Professionshøjskolen University College Nordjylland 2008 Golfstrømmen Læreruddannelsen Aalborg Fag: Naturfagligt fællesforløb Eksamensmåned og -år: Juni 2008 Studienr.: Stamhold: Søjle: Navn: A070012 07-7 Troels Banke A070036 07-7 Pia Damsgaard A070040 07-7 Lasse Dobritz Duusgaard
Område 2: Undersøgelse af vandets massefylde - forskel i saltindhold Vi har nu til hensigt at undersøge forskellen på vands massefylde i en saltholdig blanding og drikkevand. Vi starter med at fylde to bægerglas med 500 ml vand, det ene tilsættes 25 gram NaCl (husholdningssalt) og rød frugtfarve. Til det andet tilsættes kun gul frugtfarve. Således har vi nu gult drikkevand og rødt saltvand. Ved sammenblanding af disse to bægerglas vil vandet med den største massefylde lægge sig nederst. Vi vil så først starte med at fylde et andet bægerglas med 250 ml rødt saltvand, ovenpå hælder vi så forsigtigt 250 ml gult drikkevand. Fig. 1 Fig. 2 På figur 1 har vi hældt de to væsker sammen uden at være forsigtige, og det resulterede i at blandingen blev orange. På figur 2 har vi forsigtigt hældt det gule drikkevand oveni det røde saltvand, og der sker ikke en blanding, men den lagdeling. Således er det blevet visuelt at saltvand har en højere massefylde end drikkevand. Vi laver forsøget omvendt, hvor vi først hælder 250 ml gult drikkevand i et nyt bægerglas, ovenpå hælder vi (igen forsigtigt) det røde saltvand.
Fig. 3 På figur 3 ser vi at blanding atter bliver orange, dette skyldes ikke at vi ikke har været forsigtige, men simpelthen at vandet med den mindste massefylde (drikkevand) lå nederst først, og ovenpå hældte vi væsken med den højeste massefylde (saltvand) og disse to blander sig, da de skal skifte plads og farverne blander sig og bliver orange. For at drage en parallel til den virkelige verden, kan vi kaster et blik på vores ferske grundvand, som vi pumper op til drikkevand, finder vi nedenunder salt grundvand (se figur 4). Dette skyldes at det ferske grundvand har en lavere massefylde end det salte, som ligger dybest. Drikkevand har en massefylde på 0,998 g/cm 3 og saltvand 1,03 g/cm 3 ved stuetemperatur. 1 Fig. 4 (Kilde: http://www.geus.dk/viden_om/vogv07-dk.htm) 1 Databog Fysik kemi, side 147
Sammenhængen mellem vands saltindhold og temperatur. Vi har valgt følgende forsøg for at vise sammenhængen mellem vands saltindhold og temperatur. Forsøgsbeskrivelse: Vi har fyldt to reagensglas og sat dem i en holder. I det ene reagensglas er der 20 ml drikkevand og i det andet 20 ml saltvand. I hvert reagensglas nedsænkes et termometer. Først afkøles de to reagensglas fra stuetemperatur til ca. 5 o C. Vi har følger hvordan temperaturen udvikler sig med tiden, når vandportionerne stilles i en dybfryser, og temperaturen måles ca. hvert 10. minut. Når temperaturen er ca. 5 0 C tager vi opstillingen op af fryseren og stiller den ved stuetemperatur. Herefter måler vi temperaturen ca. hvert 10. minut indtil temperaturen når stuetemperatur. Målingerne er indføres i nedenstående skema.
Temp/C Nedkølings tid drikkevand saltvand Opvarmnings drikkevand Saltvand tid 0 20 21 0-6 -8 10 1-1 10 1-4,5 20 1-7 20 1-2 30 1-1,5 30 1 2,5 40 1-2 40 1 9 50 1-2 50 3 12 60 0-3 60 4 15 70 0-5 70 10 17 80-3 -6 80 14 18 90-6 -8 90 17 19 Måleresultaterne er indtegnet i nedenstående koordinatsystemer. Nedkølingskurve 25 20 15 10 5 drikkevand saltvand 0-5 -10 0 20 40 60 80 100 Tid/min Nedkølingskurven: Drikkevand og saltvand har den samme temperatur ved start, men saltvand tager lidt længere tid om at nå frysepunkt end drikkevand. Dog får saltvand en lavere frysetemperatur over samme tid. Dette har den simple forklaring at saltvand er et andet stof, end almindelig drikkevand. Reagensglasset med drikkevand har en jævn og lang overgangs fase. I vores forsøg varer overgangsfasen næsten en time.
Temp/C Opvarmningskurve 25 20 15 10 5 drikkevand saltvand 0-5 0 20 40 60 80 100 Op- -10 Tid/min varmningskurven: På opvarmningskurven kan man se en tydelig forskel på drikkevand og saltvandskurven. Drikkevandskurven har, ligesom på nedkølingskurvens, en lang overgangsfase. Imens har saltvandskurven en meget jævn opvarmning, så de to kurver starter næsten på samme sted, men overtid begynder de at nærme sig hinanden. Ved størkning går et stof fra flydende form til fast form, punktet i overgangen kaldes frysepunktet. I denne proces frigives energi for at få temperaturen til at falde 2. Ved smeltning og smeltepunktet går et stof fra fast til flydende form. Der skal tilføres energi, når et stof skal smeltes, grundet nedbrydningen af bindingerne mellem molekylerne. Den tilførte energi øger molekylernes fart, dermed stiger temperaturen. Jo større mængde salt vandet indeholder, jo lavere er frysepunktet. Havvand med et saltindhold på 35 promille er frysepunktet næsten -2 0 C 3. Saltholdigt vand gør det sværere for vandmolekylerne at finde sammen i en fast struktur og dermed sværere at danne is. Område 3 2 Hanses noter side 11 3 Geografi Natur Kultur Mennesker side 132
Salt udskilles under frysning I følgende forsøg viser vi, at salt udskilles ved frysning af saltvand med det formål at forklare hvordan dybhavspumpen fungerer. Vi starter med at lave en farvet saltblanding med KCr(SO 4 ) 2 i demineraliseret vand. Saltblandingen hældes op i et mælkekarton, der er isoleret med 6 cm flamingo på alle siderne og bunden. Herefter fryses den langsomt til ca. -20 C. Når saltblandingen er frossen, tages den op af fryseren og pakkes ud af kartonen. Herefter smeltes siderne med et strygejern indtil man kan se klart gennem isen. Da mælkekartonen er isoleret på alle sider undtagen toppen, vil saltblandingen fryse fra toppen og nedefter. Dette ses tydeligt på isen, hvor den i toppen er klar, mens saltet er presset ned mod bunden. Dette forklarer netop hvorledes dybhavspumpen fungerer. Varmt overfladevand fra syd, med højt saltindhold, nedkøles ved Østgrønlands kyst og fryser. Saltet presses ud under frysningen, som vist i forsøget, og blander sig med det resterende overfladevand. Saltkoncentrationen øges, overfladevan-
det bliver tungere, synker til bunds og strømmer tilbage mod syd. Det er altså saltkoncentrationen, der holder pumpen i gang. Område 4 Dette afsnit vil omhandle hvilke elementer, der er vigtige for en god naturfagsundervisning. Undervisning er det, der sker, når en lærer har en intention om at lære en anden noget, i dette tilfælde eleven. Læring er først sket, når læreren har ændret noget i eller tilføjer noget til elevens viden. Læring er en konstant proces, og den slutter aldrig. Men selvom en undervisning er tydelig og logisk tilrettelagt, er der ingen sikkerhed for en god læring. Dette er gældende, hvis eleven ikke tager undervisningens indhold til sig (altså ikke sætter det i forhold til de allerede tilegnede erfaringer) 4. Ifølge folkeskoleloven fra 1993 skal elever trods forskellige forudsætninger blandt andet lære af hinanden, men også forbedres til at være medborgere i et samfund baseret på medansvar, medbestemmelse og rettigheder. Den gode undervisning giver eleverne medansvar og medbestemmelse i dele af undervisningen. Til dette kan vi også knytte et link til fællesmål, hvor eleverne skal kunne være med til at udvikle selvstændige arbejdsformer og have ansvar 5. Kaster vi et blik på den naturfaglige undervisning, har Carl Jørgen Veje opstillet en model over et godt undervisningsforløb i bl.a. naturfag 6. Det er vigtigt kun at spore eleverne ind på emnet og ikke åbne alt for meget op for emnet. Dette bevirker, at eleverne får nogle erfaringer frem, som de har tilegnet sig uden for skolen. Dernæst er frie undersøgelser, hvor eleverne kan undersøge og eksperimentere, gode for at få et fælles udgangspunkt. En afrunding hjælper herefter eleverne til at udveksle erfaringer og finde ud af, hvad de ved og hvad de har fundet ud af, som de ikke vidste før undersøgelsen. Det er vigtigt at gøre eleverne bevidste om, at de lærer noget ved selv at undersøge hvordan bl.a. materialerne virker. Senere træder en mere målrettet og lærerstyret undervisning ind, hvor metoder og begreber indføres og bruges. Man kan bl.a. bygge videre på den frie undersøgelse til noget dybere undersøgende. Nye afrundinger med opsummeringer, diskussioner, erfaringer er behjælpelige for elevernes forståelse af og interesse for emnet. Alt efter hvad man ønsker eleverne skal have ud af forløbet, kan man forgrene et forløb til miniprojekter, store fælles projekter, mere teoretisk eller en blanding. Ved en afslutning af et emne er det fordelagtigt at trække linjer ud til hverdagen og andre fagområder. Der diskuteres, evalueres, reflekteres på klassen over det lærte 7. 4 4. Læring og personlige kvalifikationer link på opgaven 5 http://www.faellesmaal.uvm.dk/fag/natur_teknik/beskrivelser_synoptisk.html Udvikling i undervisningen 3 og 4 klasse trin. 6 Model opstillingen kan ses på side 92 i Carl Jørgen Veje. 7 Carl Jørgen Veje side 92-97
Naturfagsundervisningen er baseret på praktiske og undersøgende arbejdsformer og derfor vil en god naturfagsundervisning indeholde en blanding af teoretiske, praktiske og undersøgende arbejdsformer. En blanding af disse vil hjælpe til at fange elevernes interesse for faget. Derudover er det vigtigt, at eleverne får sanserne med ind i naturfagsundervisningen. Dette skyldes, at man lærer bedre ved at se og gør ting, altså udføre eksperimenterne selv, frem for at høre det rent teoretiske bag ét fænomen 8. I det følgende ønsker vi at behandle det udleverede undervisningsmateriale med henblik på opbygning, vurdering og forslag til mulige forbedringer. Det udleverede undervisningsmateriale er opbygget som et undervisningsforløb om vejr og hav, med 3 undertemaer, som alle kan lede til forståelse af golfstrømmen. De tre undertemaer er: vand, luft og Solen. Til hvert undertema findes flere arbejdskort. Disse arbejdskort er vejledninger til praktiske øvelser, som eleverne skal udføre og dokumentere. Til hvert arbejdskort er der en logbog, hvor eleverne inden arbejdets begyndelse skal gøre sig nogle overvejelser om emnet og til sidst efterbehandle og forklare resultaterne. Logbogen skal være en hjælp til eleverne i det forberedende og undersøgende arbejde, her skal eleverne nemlig reflektere over de efterfølgende eksperimenter. Det er vigtigt og godt for indlæringen, at eleverne først reflekterer over, hvad de skal lære af forsøgene, hvad de tror de ved om forsøget og dets formål, inden de går i gang. Dette er med til, at de får af- eller bekræftet deres forventninger og dermed får resultaterne som en Aha-oplevelse eller en ja det vidste jeg jo godt -oplevelse, som gerne skulle gøre. at stoffet sidder bedre fast. Det er dog utroligt vigtig med en grundig opsamling og afrunding, så eleverne får rettet eventuelle forkerte opfattelser i de indledende refleksioner. Opsamlinger og afrundinger vil være optimale, hvis eleverne selv fremlægger dem, da disse ville kunne indlede til diskussion mellem elevernes refleksioner og forsøgsresultater. Selve udførslen af eksperimentet er med til at fremme forståelsen og indlæringen hos den enkelte. Som tidligere nævnt er naturfagsundervisningen baseret på praktisk og undersøgende arbejdsformer, der er med til at gøre fagene sjovere og mere interessante. Eleverne lærer bedst ved selv at stå med tingene i hænderne, og jo flere sanseindtryk de får, des bedre. Udover de motiverende og indlæringsmæssige fordele ved at lade eleverne udføre eksperimenter, styrker det også samarbejdsevnen på et praktisk plan, som er nyttigt i videre akademisk eller håndværksmæssigt virke. 8 https://www.itslearning.com/main.aspx?courseid=214
Når undervisningsmaterialet er opbygget på denne måde, er det inspirerende, godt opbygget, let forståeligt og ikke svært at komme i gang med. Der er dog visse ting, der kunne forbedres. Vi mener ikke, at man skal udlevere alt undervisningsmaterialet på én gang. Svarende på spørgsmålene ligger i de tilhørende tekster, og dermed kunne man forestille sig, at eleverne ville have en tendens til at lede efter svarene der, i stedet for at tænke over dem. Derudover skal undervisningsmaterialet redigeres og revurderes alt efter hvem, der skal undervise i det, og hvilke muligheder, der er på den enkelte skole for at udføre disse eksperimenter. Til teoridelen kunne man, med fordel, supplere powerppointshowet om golfstrømmen med et filmklip for at give et mere nuanceret billede, der kunne understøtte kort og tegninger i powerpointshowet. Til dette fandt vi flere egnede klip på. For at hjælpe med at illustrere dybhavspumpen kunne man vise eleverne et forsøg lignende det, vi har lavet i område 3. Dette vil give eleverne en bedre forståelse for, hvordan dybhavspumpen fungerer, da eleverne med egne øjne ser og eventuelt kan deltage i et forsøg, der støtter teorien. Følgende er en mulig tilrettelæggelse af emnet vejr og hav i fysik/kemi undervisningen i en 7. klasse. Læreren starter med at fortælle, at det overordnede emne er vejr og hav, og at der skal udfærdiges en rapport, som omhandler bl.a. golfstrømmens forløb, dybhavspumpen, drivhuseffekt og konsekvenser for den menneskeskabte drivhuseffekt. Før dette skal eleverne arbejde med 3 emner: Vand, luft og Solen. Dette består af dobbeltlektioner, hvor der bliver en kort lærerintroduktion til dagens emne, dernæst udleveres et ark, med spørgsmål, som skal få eleven til at tænke over emnet. Dernæst udleveres udstyr til den følgende opgave, dette studeres af eleverne, som derigennem kan gøre sig erfaringer med udstyret og blive fortrolige med det. Så udleverer læreren opgaven og fortæller hvad, den går ud på, og eleverne får lov at lave opgaven. Til sidst i timen samler læreren op. Se følgende eksempel: 1-2 lektioner Vandets kredsløb Læreren introducerer kort emnet for eleverne, forklarer hvad vands kredsløb er, og udleverer logbogs kort 1. Eleverne får nu 10 min. til to og to, at svare på spørgsmålene. Derefter udveksles erfaringerne enten på klassen eller med en anden tomandsgruppe. Dernæst udleveres materialerne til opgaven på arbejdskort 1, eleverne kan nu studere materialerne og blive fortrolige med udstyret. Så udleveres arbejdskort 1, og eleverne har nu mulighed for at stille spørgsmål, ellers skal de lave opgaven i firemandsgrupper.
Til sidst, når alle har løst opgaven, samler læreren op, ved at spørge eleverne, hvad de har fået ud af opgaven. Denne metode fortsættes indtil arbejdskortene er lavet. Hvis tiden bliver knap, så laves enkelte forsøg af læreren. Når alle arbejdskortene er lavet, skulle alle i klassen være fortrolige med emnet vand, og afslutningsvis får eleverne stillet den opgave, at samle de erfaringer de har fået med vand i en rapport, som laves gruppevis og fremlægges for klassen. Dette gøres igen med emnet luft og Solen. Når de 3 emner er udfærdiget, har alle grupperne 3 rapporter, som skal danne grundlag for deres rapport om golfstrømmen. Læreren laver så et oplæg om golfstrømmen og de emner, som eleverne skal arbejde med: golfstrømmens forløb, dybhavspumpen, drivhuseffekt og konsekvenser for den menneskeskabte drivhuseffekt, således at læreren får koblet emnerne vand, luft og Solen sammen med golfstrømmen. Eleverne får så en tidsfrist til opgaven og muligheder for at få vejledning og hjælp af læreren. Litteratur Andersen, Erik S. mfl., Databog fysik/kemi, F&K Forlaget, 10. udgave 2000 Jensen, Torben P. mfl., Geografi Natur Kultur Mennesker, Geografiforlaget, 1. udgave 1993 Veje, Carl Jørgen, natur/teknik i folkeskolen hvorfor og hvordan, Malling Beck, 1. udgave 2001 Noter udleveret af OT omhandlende vand, luft og Solen. http://www.dr.dk/undervisning http://www.geus.dk/viden_om/vogv07-dk.htm http://www.faellesmaal.uvm.dk/fag/natur_teknik/beskrivelser_synoptisk.html