Udfordring AfkØling Lærervejledning Indhold Udfordring Afkøling er et IBSE inspireret undervisningsforløb i fysik/kemi, som kan afvikles i samarbejde med Danfoss Universe. Projektet er rettet mod grundskolens ældste klassetrin og omhandler fænomener indenfor nedkøling og isolering med fukos på den naturvidenskabelige metode. Undervisningsforløbet bygger på IBSE tilgangen, som tager udgangspunkt i elevernes forforståelse og erfaringer fra naturfagsundervisningen. Man lægger her stor vægt på elevernes hypotese-dannelse, italesættelse af egne idéer og ikke mindst elevernes selvstændighed i det praktisk eksperimentelle arbejde. I lærervejledningen finder du følgende kapitler: SIDE 2 Introduktion til UV-forløb SIDE 3 Rammerne om UV-forløbet SIDE 4 Indhold og overblik SIDE 7 IBSE-tilgangen SIDE 8 Det uformelle læringssted SIDE 9 Perspektivering Concept Cartoons I dette forløb får eleverne til opgave at konstruerer en løsning, som effektivt kan afkøle 1 dl vand. Derefter skal eleverne selv komme med de gode idéer og efterhånden afprøve idéerne i praksis. Som en del af afprøvningen kan klasserne besøge Danfoss Universe og drage nytte af både faciliteter og formidlere på stedet, som netop har den pågældende viden omkring emnet afkøling og isolering. Udviklet af Forfattere: Marianne Clausen, Bo Jensen og Michael Stender Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout/film: Rune Skeel-Gjørling December 2012
Introduktion til UV-forløb Med afsæt i IBSE tilgangen skal dette undervisningsforløb udvikle elevernes evne til at arbejde undersøgende og problemorienteret i naturfagsundervisningen, der omhandler afkøling og isolering som emne. Formålet med forløbet er, at eleverne skal: - Undre sig - Formulere spørgsmål - Opstille hypoteser - Udvælge og gennemføre egnede undersøgelser eller forsøg - Indsamle og vurdere relevant data - Formulere resultater - Reformulere undersøgelse og foretage justeringer - Formidle arbejdsprocessen og resultat - Perspektivere resultatet i forhold til en teknologisk anvendelse - Arbejde med den naturvidenskabelige metode Se mere på Den gode idé [Film] Bo Jensen, fysiklærer fra Nydam skolen fortæller om, hvordan de fik idéen til deres undervisningsforløb. Varighed 1:33 min YouTube (HD) 2
Rammerne for forløbet Aldersgruppe/klassetrin Forløbet tilrettelægges, så det kan anvendes på 7., 8. eller 9. klassetrin, som en del af fysik/kemiundervisningen. Varighed af forløbet Forløbet forventes kan afvikles over minimum 8 dobbelt-lektioner, heraf foregår én undervisningsgang på Danfoss Universe. Fælles Mål 2009 - Fysik/kemi Følgende trinmål for faget fysik/kemi efter 9. klassetrin opfyldes: Formulere enkle problemstillinger, opstille og efterprøve hypoteser samt vurdere resultater Benytte fysisk eller kemisk viden, opnået ved teoretisk og praktisk arbejde Vælge og benytte udstyr, redskaber og hjælpemidler der passer til opgaven, herunder feltudstyr og data-loggere Formidle resultater af arbejdet med fysiske, kemiske eller tekniske problemstillinger based science education (IBSE), der på dansk er blevet oversat til en deltagerstyret, problem- og undersøgelses-baseret undervisningsmetode. IBSE tilgangen lægger stor vægt på elevernes hypotesedannelse, italesættelse af egne idéer samt vægtning af elevernes selvstændighed i det praktisk eksperimentelle arbejde. Derved går IBSE ind og støtter elevens lyst til at stille spørgsmål og lave undersøgelser. Centrale faglige begreber Tilstandsformer og faseovergange Temperatur, indre energi og molekyle bevægelser, varmeledningsevne, energiomsætning, isolering, molekylemodel Pædagogisk metode Forløbet er planlagt med udgangspunkt i IBSE læringscirkelen (fig. 1), og der veksles mellem fælles klasseundervisning og individuelt arbejde. Inquiry- [Figur 1] IBSE læringscirkel (Klik for at gøre større) 3
Indhold og overblik 1. og 2. lektion (spørgsmålsfremmende læringsmiljø) Indledende samtale omkring afkøling. Der kan arbejdes med forskellig tilgang alt efter elevernes forkundskaber. En tilgang kan være at eleverne arbejder med forsøgskompendiet Afkøling. I forsøgskompendiet skal eleverne arbejde med forskellige forsøg, der kan være brugbare i løsningsfasen af problemet senere i forløbet. Det er dog vigtigt, at eleverne kun arbejder med de forsøg, de ikke kender svaret på i forvejen. For elever, der tidligere har arbejdet med forsøgene, kan en anden tilgang være brugbar, f.eks. en observerende. En observerende tilgang kan iscenesættes ved at underviseren laver en udstilling fyldt med udstyr, udstoppede dyr, materialer isolering mm. Dette er tiltænkt som inspiration til undringsspørgsmål. Målet er at fremme elevernes lyst til at formulere naturfaglige spørgsmål og her igennem at øge elevernes ejerskabsfornemmelse til undervisningen. Hent forsøgshæftet Afkøling og udstilling 3. og 4. lektion (formulering af spørgsmål) Eleverne skal nu arbejde med at formulere deres egne spørgsmål med udgangspunkt i det tidligere arbejde. Eleverne har i dette projekt lavet mindmaps og formuleret spørgsmål. Se eksempel på mindmap fra en 8.klasse, Broager Skole. Arbejdsspørgsmålet for dette forløb blev: - Hvordan afkøler man vand? - Kan I bygge et apparat til afkøling? - Hvem kan afkøle vand mest muligt? Det ville også være muligt at arbejde med et problem som: hvordan kan 1 dl vand på 20 C afkøles og holdes afkølet i et aftalt tidsrum (f.eks. 20 timer)? Elevernes opgave er at stille spørgsmål til og få ideer til, hvordan problemet skal løses. [Foto] Elever får inspiration fra udstilling En helt tredje tilgang kan være at bruge Concept Cartoons. Læs afsnittet senere om Concept Cartoons. Det er kun fantasien, der sætter grænser for, hvordan man kan starte sådant et emne op. Som lærer handler det om, at få eleverne til primært at undre sig og stille spørgsmål inden for emnet. Derved sikres det, at eleverne arbejder med de begreber, man vil have eleverne skal lære og anvende. (se Centrale faglige begreber side 3). Vi kan dele spørgsmål op i uproduktive og produktive spørgsmål. Uproduktive spørgsmål kan karakteriseres ved at gøre faget til ren information og lægger op til svar fra sekundær kilde. Et eksempel på uproduktive spørgsmål er hvad er vand? Her vil man have behov for en mundtlig eller skriftlig andenhånds kilde for at finde et svar, og der er oftest ét svar. Produktive spørgsmål er karakteriseret ved at gøre faget til en arbejdsmetode, og der kan være flere korrekte svar. Produktive spørgsmål lægger op til svar som fremkommer ved førstehåndserfaringer gennem praktisk arbejde. F.eks. Kan vi bygge et apparat til afkøling? kræver førstehåndserfaringer fra praktisk aktiviteter 4
5.-6. lektion (Hypotese dannelse) Eleverne formulerer en hypotese/løsning vha. skitse/arbejdstegning. Hypotesen laves/stilles på baggrund af de spørgsmål eleverne har formuleret. Det bliver den første arbejdstegning af deres opstilling/apparat. Eleverne skal samtidig forholde sig til materialer. Hypotesen fremlægges på klassen til diskussion. Efterfølgende vurderes hypotesen ud fra de fremkomne kommentarer. Skitsen ændres evt. og laves til arbejdstegning (Se film nederst på siden). 7.-8. lektion (undersøgelse/eksperimenter) Eleverne bygger og tester første prototype af deres apparat med udgangspunkt i deres arbejdstegning. [Foto] Elever laver forsøg De tester apparatet, laver målinger og indsamler forsøgsdata. De vurderer hvilke variabler, de kan ændre. Data bruges til at vurdere de enkelte justeringsmuligheder med det formål at forbedre deres apparat. Det er afgørende kun at ændre én variabel ad gangen. [Film] Elevpræsentation - en gruppe præsenterer deres idéer. Her er mulighed for at sætte ord på de udfordringer, som elevernes forventer at møde. Varighed 0:53 min YouTube (HD) 9.-10. lektion (afprøvning og fremlæggelse) Elevernes apparater afprøves samtidig. På klassen fremlægger grupperne deres løsninger hypotese, arbejdsproces, resultater. Hvad er vi nået frem til i klassen hvilke faglige begreber har været i spil? I denne fase er det væsentlig at koble klassens spørgsmål og eksperimenter til generelle faglige begreber. Hvad har vi lært? Er der opstået nye spørgsmål? Læreren formulerer en opsamling af processen og resultater. Eleverne får til opgave at skrive en fysikrapport. Nogle punkter i fysikrapporten kan være: 5
Hvad var den oprindelige ide? Hvilke faktorer havde de fokus på i redesign processen? Hvordan testede de deres ændringer? Hvilke data fik de fra testen og hvordan hang dette sammen med, hvad andre har fundet ud af/ var de I stand til at validere deres data? Hvad har de lært? Og er der opstået nye spørgsmål? Hent evalueringshæftet og hæfte til fysikrapport 11.-12 lektion (validering af emnet) I valideringsfasen sammenholdes klassens data med tilgængelig viden på området. Dette kan f.eks. være via inddragelse af ressource personer, besøg på uformelle læringsmiljøer samt anvendelse af forskellige læremidler. I dette forløb tog klasserne til Danfoss Univers for at se og afprøve, hvordan køleskabe fungerer. Man kan også i denne fase besøge andre virksomheder, der arbejder med apparater til nedkøling/afkøling, man kan validere ved hjælp af internet og bøger eller man kan få besøg af en ekspert. Video fra forløb [Film] Elever fra 8-klasse på Broager Skole arbejder med emnet afkøling. De får til opgave at afkøle 1 dl vand i længst mulig tid. Der formuleres hypoteser, tegnes skitser, bygges og afprøves. Til sidst besøger klassen Danfoss Univers, hvor eleverne får mere indsigt i, hvordan et køleskab virker. (4:11 min) YouTube (HD) 6
IBSE tilgangen Undervisningsforløbet er inspireret af IBSE tilgangen. Der tages udgangspunkt i elevernes forforståelse og erfaringer fra naturfagsundervisningen. IBSE er kendetegnet ved en højere grad af deltagerrefleksion, hvor eleverne i fællesskab diskuterer faglige spørgsmål, lærer i praksisfællesskaber og der er et tydeligt samspil mellem hypotesedannelse og praktisk/eksperimentelt arbejde. IBSE tilgangen adskiller sig fra mere traditionel naturfagsundervisning, hvor underviseren stiller spørgsmålene, til at spørgsmålene kommer fra deltageren. [Foto] Idéer omkring kuldeblanding og isolering skitseres IBSE tilgangen lægger stor vægt på elevernes hypotesedannelse og italesættelse af egne idéer samtidig med vægtning af en større grad af selvstændighed i elevernes praktiske arbejde. I dette forløb blev det overordnede spørgsmål: - Hvordan afkøler man vand? - Kan I bygge et apparat til afkøling? - Hvem kan afkøle vand mest muligt? Spørgsmålene var blevet diskuteret i lærergruppen før forløbsstarten. Eleverne arbejdede derefter med egne spørgsmål som: Hvordan skal et afkølingsapparat se ud? Kunne man bruge tøris i stedet for en kulde blanding? Hvad er tøris? Osv. De spørgsmål der opstår, skal være spørgsmål deltagerne ikke kender svar på i forvejen. Deltagerne arbejder gruppevis med at formulere en hypotese, med udgangspunkt i disse spørgsmål. Hypotesen skal gerne blive meget konkret, så gruppens ræsonnement, diskussion og argumentation bliver udmøntet i et skriftligt løsningsforslag. Det er ligeledes vigtigt, at der bliver diskuteret et test design i denne fase. Erfaringer fra afprøvning af forløbet Elevernes engagement udfordres, da de gøres ansvarlige for opstilling af spørgsmål, formulering af idé/hypoteser og udvælgelse af metoder til undersøgelse Hypotesen fremlægges på klassen til diskussion. Efterfølgende vurderes hypotesen ud fra de fremkomne kommentarer. Det skriftlige forslag ændres evt. og laves til arbejdstegning. Den følgende arbejdsproces er derefter i tråd med den naturvidenskabelige arbejdsmetode. Tilgangen er sprogligt udviklende, da eleverne skal formulere mange tanker, det kræver refleksion og bevidstgørelse Eleverne får håndværks- og laboratoriemæssigt udviklet deres færdigheder igennem forløbet 7
Det uformelle læringssted Danfoss Universe er en science park på Als i Sønderjylland. I 2005 indviede Jørgen Mads Clausen oplevelsesparken, som i stor udstrækning anvender interaktive demonstrationsforsøg til at formidle viden om naturvidenskab og teknologi. Danfoss Universe tilbyder skolebesøg, hvor udgangspunktet er, at eleverne skal have en god oplevelse, da læring og oplevelse går hånd i hånd. Elevernes nysgerrighed udfordres ved hjælp af eksperimenterende og involverende forløb. Alle Danfoss Universe skoleforløb er beskrevet på deres hjemmeside. I beskrivelserne skelnes mellem klasseoplevelser og undervisning. Denne skelnen skulle gerne være en hjælp til at vælge det rigtige forløb til den enkelte klasse. Danfoss Universe arbejder ud fra målsætningen: Danfoss Universe er en naturvidenskabelig oplevelsespark, hvor børn og voksne leger sig til viden om naturvidenskaben. I Danfoss Universe kan hele familien blive klogere på naturens kræfter, videnskabens forunderlige verden og den teknologi, der gør hverdagen sjovere. Læs mere om Danfoss Universe 8
Perspektivering Concept Cartoons Som skrevet tidligere kan det være en udfordring at få unge til at undre sig over naturfaglige fænomener. Et spørgefremmende miljø kan skabes ved brug af Concept Cartoons, der netop er opbygget omkring et naturfagligt fænomen. I en tegning ses 3-4 bud på forklaringer og en tom taleboble. Hermed aktiveres elevernes forforståelser på en neutral og sikker grund, giver bud på spørgsmål, og skaber samtidig de ønskede undringsspørgsmål. Concept Cartoons kan også bruges som evaluering, fordi det netop får eleverne til at reflektere, og samtidig har tegningerne den force, at de diskuterende elever selv bestemmer niveauet, der diskuteres på. Dermed foregår der automatisk undervisningsdifferentiering og dette giver dermed også læreren en viden, der kan arbejdes videre med. Stuart Naylor og Brenda Keoghs Concept Cartoons In Science Education (samlet materiale) vil være at finde på dansk på ntsnet.dk omkring dec. 2013. 9