Naturvidenskabeligt grundforløb Lars Andersen, fagkonsulent i naturvidenskab Naturvidenskabeligt grundforløb er elevernes første indtryk af og introduktion til naturvidenskaben i stx: Faget tilrettelægges tematisk og aktuelt og alle forløb inddrager minimum to faglige vinkler enkeltfaglighed er ikke en del af læreplanen. forløbet bygger naturligt videre på de kompetencer og den viden, som eleverne har opnået i biologi, fysik/kemi og geografi i grundskolen. Prøveformen for biologi og geografi i grundskolen er skriftlige, netbaserede prøver, og for fysik/kemis vedkommende en prøve med fokus på det eksperimentelle. Ved afslutningen af grundskolen har eleverne altså allerede nogle eksperimentelle færdigheder med sig, og mange elever er allerede fortrolige med elektronisk dataopsamling og har formidlet resultater med tal og grafer. Det er ikke altid sikkert, at eleverne har arbejdet meget systematisk med en tilknyttet skriftlighed (en egentlig rapportskrivning), men har arbejdet mere styret ved udarbejdelse af journaler eller tilsvarende. Det er værd at tænke på ved tilrettelæggelsen af både den faglige progression og den skriftlige dimension, at der er noget at bygge videre på, bygge bro fra, når eleverne træder ind i gymnasiets naturvidenskabelige grundforløb. Vi beskæftiger os muligvis med nogle af de samme temaer, som eleverne har mødt i deres tidligere undervisningsforløb, men vi bruger mere fagsprog, arbejder meget systematisk, kræver højere præcision og korrekt anvendelse af enheder og benævnelser osv. Fasthold dette, men hjælp eleverne med overgangen ved at lette deres forståelse gennem oversættelse af eksisterende viden til gymnasiets sprogbrug og arbejdsformer. Det er en rigtig god idé at opfatte den skriftlige genre bredt, så eleverne også her møder en mangfoldighed: målebog, journal, empiriske data omsættes til tabeller og grafik, der forklares og fortolkes, en lille populærvidenskabelig artikel skrives, en poster fremstilles og fremlægges, en lille filmstribe forklarer et laboratorieresultat, eller der laves en genskrivning af en øvelsesvejledning på baggrund af observation af kammeraters gennemførelse af et eksperiment. Det sidste er ikke helt let, men giver rigtig megen læring. Formålet med naturvidenskabeligt grundforløb er flerdelt: En introduktion til naturvidenskabelige metoder, hvordan skaffer man ny viden? Eleverne skal prøve det eksperimentelle arbejde, møde laboratoriearbejde også sikkerhedsaspektet: Hvordan gebærder man sig i et laboratorium, arbejdspladsbrugsanvisninger og faremærkning og få erfaringer med feltarbejde: Ikke alt kan studeres indendørs, men kræver, at man kommer ud i naturen og studerer vandløbets fauna, vejrets udvikling eller for eksempel de dynamiske kystprocesser. Empiriske data indsamlet inde eller ude er et godt fundament for et samarbejde med matematik. Eleverne skal være aktivt lærende. Et andet formål med faget er inspirationen, lysten til at gå på opdagelse i naturvidenskaben, fremme elevernes naturvidenskabelige nysgerrighed. Det kan række lige fra rene oplevelser af naturfænomener til mere dybdegående analyse af fænomener kombineret med en introduktion til videnskabsteori alt afpasset efter elevernes formåen og tidspunktet i forløbet. Vores elever er forskellige, og de har, ved indgangen til gymnasiet, tænkt sig at vælge forskellige studieretninger. Et af fagets formål er således også at hjælpe til med at kvalificere dette valg Er jeg alligevel til en naturvidenskabelig studieretning, selvom jeg oprindelig havde tænkt mig en mere samfundsvidenskabelig retning? En svær opgave, hvor en nyere evaluering af faget viste, at her flyttede vi ikke mange elever! Men vi kan måske så et frø, så et naturvidenskabeligt fag på B niveau senere i stx forløbet bliver et naturligt valg. Hvis eleverne allerede er placeret i en foreløbig studieretning (endeligt valg af studieretning foretages efter 1. december) er det en god ide at tænkte på dette flersidede formål: Hvordan tilrettelægger vi forløbet for de sprogligt eller kunstnerisk orienterede elever eller for de stærkt naturvidenskabeligt orienterede elever, der på ingen måde kunne forestille sig at fravælge matematik, fysik, kemi, biotek eller geovidenskab? Det er måske ikke helt de samme emner eller tilgange til faget, der giver eleverne en god oplevelse og en vigtig faglig viden. Ved at lære eleverne naturvidenskab og naturvidenskabelige metoder, vise hvad naturvidenskaben kan, vise relevans og anvendelsen af naturvidenskab, så er vi med til at lægge fundamentet for fagvalgene i almen studieforberedelse langt senere i uddannelsen. forløbet organiseres meget forskelligt fra skole til skole: Nogle har et langt forløb fra august til januar med et parallelt læst naturvidenskabeligt fag, mens andre komprimerer. Komprimerede forløb fra skolestart til efterårsferie bliver efterhånden mere og mere udbredt men hver skole har sin tradition og finder, at deres valgte løsning er tilfredsstillende: Nogle skoler kører to temaer (med 2 2 lærere), hvor klasserne skifter lærere midtvejs i grundforløbet. Her er det typisk, at et tema kombinerer viden fra fysik og naturgeografi, og et andet tema bygger på viden fra biologi og kemi; andre tilrettelægger med to lærere hele vejen. Nogle kombinerer en hyttetur med feltarbejde og atter andre bruger halve og hele blokdage, ligesom nogle benytter en traditionel, fast skemastruktur. Atter andre laver hele temauger med. Det svære i et komprimeret forløb er at få tænkt mål og delmål ind i forløbene, så det samlede resultat for eleverne bliver oplevelsen af et sammenhængende fag med tydelig progression. Uanset hvor komprimeret forløbet er, så skal undervisningen evalueres efter afslutningen af de enkelte temaforløb med henblik på at vejlede eleven i det fremadrettede arbejde. forløbet afsluttes med et skriftligt produkt og en faglig samtale og der skal gives én karakter ud fra en helhedsvurdering. 44 LMFK-bladet 3/2014
Naturkatastrofer i et geologisk perspektiv Michael Agermose Jensen, Christianshavns Gymnasium Det overordnede emne Emnet tager udgangspunkt i forskellige slags naturkatastrofer og deres konsekvenser, de bærende fag er fysik og naturgeografi. I forløbet indgår følgende underemner. 1. Geologisk tid 2. Danmarks geologi 3. Pladetektonik 4. Jordskælvsbølger 5. Tsunamidannelse/bølgeenergi 6. Vulkaner Eleverne vælger selv en case, baseret på en faktisk forekommet naturkatastrofe. Casen skal bearbejdes fagligt, eleverne skal selv finde data (fx seismogrammer) for katastrofens årsag og konsekvenser. Mulige forsøg Forsøgene kan være fælles for alle eller afhænge af valget af katastrofe. Forsøg 1 Bølger i bølgekar Undersøgelse af sammenhængen mellem vanddybde, D, og bølgehastighed, v, for lavvandsbølger v = g D. Forsøg 2 Jordskælvsbølger Bestemmelse af bølgehastigheden med geofoner. Arbejdsspørgsmål Undervejs er der indlagt regneøvelser med Seismogrammer og bestemmelse af et jordskælvs størrelse (magnitude) ud fra et nomogram. Bestemmelse af epicentrum for jordskælv ud fra flere seismogrammer. Litteraturforslag Fysik: Jordskælv Jorden fra yderst til inderst. Peter Husby, Gyldendal 1998. Tsunamiens fysik, Tim Wille Jørgensen, Forlaget Hax, 2008. NATURligvis til gymnasiet. Kapitel 3. GeoScience er en fællesudgivelse fra Københavns Universitet, GEUS og Aarhus Universitet, der alle er parter i Geocenter Danmark. Bogen er en inspirationsbog til fagene geovidenskab og naturgeografi i gymnasiet, og den er skrevet af forskere tilknyttet de tre institutioner. Flere af kapitlerne er opdateringer af tekster, der tidligere har været bragt i bladene Geoviden og Geologisk Nyt, og herfra kan der hentes masser af materiale til at supplere GeoScience i undervisningssammenhæng. Kapitlerne kan læses uafhængigt af hinanden, og de giver en introduktion til centrale temaer inden for geologi, naturgeografi, kulturgeografi og biologi både i Danmark og i resten af verden. GeoScience kan også bruges som oplæg til diskussion af vigtige emner som for eksempel vores beredskab i forhold til naturkatastrofer, forvaltning af naturressourcer samt menneskets ansvar i forhold til klimaforandringer, også i det langsigtede perspektiv. Orbit 1, 2. udgave, kapitel 10 (med ild og svovl). earthquake.usgs.gov Naturgeografi: Alverdens Geografi, Karsten Duus m.fl. geografiforlaget. GeoScience en inspirationsbog til fagene geovidenskab og naturgeografi i gymnasiet, se science.ku.dk/oplevscience/gymnasiet/undervisningsmaterialer/boeger/bog_geoscience GeoScience GeoScience - en inspirationsbog til fagene geovidenskab og naturgeografi i gymnasiet GeoScience udleveres gratis som klassesæt til danske gymnasier. De tre udgivende institutioner har omfattende tilbud om klassebesøg, studiepraktik og meget mere. Du kan læse mere om mulighederne på: www.fokus.ku.dk www.geus.dk www.geo.au.dk Københavns Universitet GEUS Aarhus Universitet Produkt og eksamen Produktet er en rapport, eleverne skriver over deres case. Eksamen tager udgangspunkt i rapporten og de udførte eksperimenter, og derefter kan man komme lidt rundt inden for emnet. LMFK-bladet 3/2014 45
Nødhjælp Jesper Terp Jørgensen og Danni Thorkild Pedersen, Odense Katedralskole Her præsenteres tre forløb under den fælles overskrift Nødhjælp. Fagene er fysik og kemi. Forløbene indeholder traditionelle fagbegreber og forsøg, men sat i en anvendelsesorienteret ramme. En anden klasse på samme årgang kørte sideløbende tre forløb med samme indhold, men her var den overordnede titel Overlevelse i vildmarken. Forløbene afsluttedes med ét samlet skriftligt produkt pr. gruppe. Forløb 2 Nødhjælpsrationer Forløb 3 Friske fødevarer i varmen Opgave Lav et forslag til produktion og opbevaring af energi til familier i 3. verdens lande. Forløb 1 LifeStraw rent vand til millioner Opgave Lav en opskrift til en müslibar, der giver energi nok til at holde kroppens funktioner i gang i et døgn. Opgave Undersøge i hvor høj grad LifeStraw renser for salt. Faglige begreber Densitet, salte, den rette linje (i samspil med matematik). Forsøg Kvalitativ bestemmelse af saltprocent i ukendt prøve smag på saltblandinger med kendt koncentration, brug mere eller mindre metode. Faglige begreber Energi, opvarmning, forbrænding, effekt, næringsstoffer, hvilestofskifte. Forsøg Måling af hvilestofskifte vha. svedekasse. Faglige begreber Elektrisk energi og effekt, kredsløb, redoxreaktioner, elementer, reaktioner i brændselscellen, nyttevirkning. Forsøg Effekt af minikøleskab. Citronbatteri. Nyttevirkning af solcelle. Nyttevirkning af brændselscelle. Bemærkning Det er nærliggende at perspektivere til brintsamfundet og inddrage fordele og ulemper ved denne idé. Forsøgene med solceller giver rig mulighed for undervisningsdifferentiering, idet serie og parallelforbindelser kan inddrages. Fremstilling af standardkurve for densitet og saltprocent. Herefter bestemmelse af vandprøves saltprocent før og efter LifeStraw vha. standardkurven. Bundfældning af salte. Bemærkning Der blev indkøbt et LifeStraw pr. gruppe. Man skal ikke forvente at kunne genbruge de anvendte LifeStraws. Eleverne indsamlede vandprøver ved Odense Havn. Effekten af en hånd. Energiindholdet i peanuts o.a. Bemærkning Forløbet kan afsluttes med, at eleverne faktisk blander deres valgte ingredienser og smager på deres müslibar. Kommentarer Forløbene sigter mod at træne forskellige områder af de faglige mål fra nv læreplanen. Forløbene blev derfor afrundet med en skriftlig anonym evaluering, hvor eleverne skulle tage stilling til i hvor høj grad de følte, at de var blevet bedre på de pågældende områder. Ved slutningen af sidste forløb blev begrebet naturvidenskabelig metode behandlet. Ord som kvalitativ, kvantitativ, falsifikation og objektivitet blev sat i forbindelse med indholdet i de tre forløb. 46 LMFK-bladet 3/2014
CSI En Morder er Løs på Gymnasiet Christoffer Milo Plum og Emil Enderup Friis, Marselisborg Gymnasium Dette forløb tager udgangspunkt i et DASG udviklingsprojekt fra 2007 2008, og mere information kan findes på deres hjemmeside. I denne opsætning er det fagene biologi og fysik der deltager, men inddragelse af kemi og matematik er også muligt. Udgangspunktet er, at der er foregået et mord på gymnasiet, og det er nu elevernes opgave at finde frem til morderen ud fra diverse retstekniske metoder. Eleverne får udleveret en indledende rapport fra gerningsstedet samt et katalog over mistænkte mordere. En god idé kan være, at det er eleverne selv eller et medlem af deres nærmeste familie, der optræder som mistænkte. I kataloget over de mistænkte opstilles der en profil for hver af de potentielle mordere, bl.a. med information om tidspunkter for alibi, brug af brillestyrke, indregistrerede våben modeller etc. som funktion af tid, igennem undersøgelser af afkølingskurver for vand med forskellig masse. Alternativt kan man tage udgangspunkt i et Henssge nomogram, og lade eleverne sammenligne deres undersøgelser på vand med dette. Når eleverne har fundet et interval for dødstidspunktet, kan de ved sammenligning med de mistænktes alibier, begynde at sortere de første fra. Optisk undersøgelse af briller På gerningsstedet blev der fundet et par briller. Eleverne kan ved undersøgelser af brillernes fokallængde finde brillernes dioptri, og ved sammenligning med oplysninger fra kataloget over mistænkte, kan de sortere endnu flere fra. Oprensning af DNA fra løg Som indledning til DNA profilanalyse kan man oprense DNA fra løgceller, da det giver eleverne en konkret, visuel præsentation af DNA, samt en indledende tilgang til at arbejde i laboratoriet med et nemt forsøg. Forsøget ender med, at man kan vikle det udvundne DNA fra løgets celler op på en lille glasspatel og se det med det blotte øje. DNA Profilanalyse Når de indledende undersøgelser har reduceret antallet af mulige mistænkte på baggrund af udelukkelsesmetoden, kan man bruge en DNA profilanalyse til at identificere gerningsmanden. Dette kunne man i teorien have gjort fra starten af, såfremt man havde fundet godt biologisk materiale på gerningsstedet, men på baggrund af ressourcer og tid er der en udmærket mulighed for at diskutere bevisvægtning og statistiske sandsynligheder. Eleverne skal, på baggrund af forskellige eksperimentelle retstekniske undersøgelser, sortere flere og flere af de mistænkte fra. Til sidst har de indsnævret feltet af mistænkte til en 2 3 stykker, og en DNA analyse af disse kan ved en sammenligning med DNA materiale fra gerningsstedet fælde morderen. Mulige eksperimentelle undersøgelser Dødstidsbestemmelse ved måling af kropstemperatur I rapporten over gerningsstedet er der opgivet en temperatur af liget. Eleverne kan evt. selv opstille en model for afkøling Ballistiske undersøgelser Der er oplyst, at nogle af de resterende mistænkte har ét af to typer luftgeværer indregistreret, og fra en retsmedicinsk rapport er der et estimat over hvor meget energi der er blevet afsat. Ved at måle mundingshastigheden af de to typer luftgeværer, kan man finde ud af, hvilket af geværerne, der er kraftigt nok til at afsætte den påkrævede energi. Hvis skolen ikke har geværer med væsentlig forskellig mundingshastighed, kan man sandsynliggøre, at en specifik geværmodel kan være mordvåbnet. Dette skal så munde ud i, at der kun er 2 3 hovedmistænkte tilbage. Et nyt bevis er pludselig dukket op, man har fx fundet et stykke tyggegummi. Eleverne får udleveret oprenset DNA fra gerningsstedet, tyggegummiet samt skematiske DNA profiler på de resterende mistænkte. Nu kan eleverne så ved hjælp af restriktionsenzymer og gelelektroforese sammenligne DNA fra de mistænkte med det fundne DNA og afgøre, hvem der må have befundet sig på gerningsstedet. National Centre for Biotechnology Education 4.2 The Lambda protocol Student s guide LMFK-bladet 3/2014 47
Forsøget kan laves med almindeligt skoleelektroforeseudstyr, buffervæsker, agarosegel, farve osv. Man kan købe et DNA kit fra NCBE i Reading: The Lamda Protocol. Et refill kit indeholder materialer, DNA og restriktionsenzymer i eppendorfrør, nok til 16 grupper. På NCBE s hjemmeside kan man også finde den skematiske DNA profil, som matcher DNA prøven fra The Lamda Protcol, under Teacher s guide. Det kan bestilles fra www.ncbe.reading.ac.uk/ NCBE/MATERIALS/DNA/menu.html. Yderligere biologiske undersøgelser Biologisk antropologi, studiet af skelettet og dets vidnesbyrd om personen det tilhørte. Odontologi, studiet af tænder. I et land som Danmark hvor vi vha. personnummer og tandkort har en enorm identifikationsdatabase, kan man på baggrund af fundne tænder på fx udbrændte lig identificere individer. Tandaftryk og sammenligning, fx til bidmærker på offers hud eller knogler. Blodtypebestemmelse og blodtypesystemet. Yderligere fysiske undersøgelser Andre undersøgelser kunne være finger, fod og dækaftryksanalyse, blodsøgning med luminol, sædsøgning med UV lys, brændværdi for væsker i tilfælde af forsøg på tilsløring af gerningssted ved ildspåsættelse etc. Ekskursionsforslag En retsmedicinsk afdeling En åben retssag Politiet, drab eller kriminalteknisk Produkt og eksamen Produktet kunne være en retsteknisk rapport med gennemgang af de enkelte undersøgelser. Eksamen kan afholdes som en retssag, hvor eleverne er indkaldt til at vidne som retstekniske specialister, og lærerne udgør den mordmistænktes forsvar, der skal prøve at finde huller i den retstekniske rapport. Litteraturforslag Bøger om retsmedicin: Viden om Drab, Aarhus Universitetsforlag Retsmedicin, FADL s forlag Videnskabelig artikel om Henssges nomogram: C. Henßgea & B. Madea, Estimation of the time since death in the early post-mortem period, Forensic Science International 144 (2004),167 175. Suppler med uddrag af relevante gymnasiale fagbøger, bl.a. om optik, kinetisk energi og DNA. Lys og UV stråling en betingelse for liv, men også farligt Mette Machholm og Birgit Sandermann Justesen, Nærum Gymnasium Lys og UV stråling har stor betydning for livet på Jorden og heriblandt mennesker. I dette forløb dykker vi ned i forståelse af, hvad stråling er, hvordan stråling danner basis for liv, men også hvor farlig stråling kan være. Forløbet integrerer alle fire fag for på den måde at give eleverne en fornemmelse for, hvordan fagene styrker hinanden. Om forløbet Skemamæssigt havde vi mulighed for at være to lærere på i de af modulerne, hvor det var mest praktisk fx når det eksperimentelle kørte som IBSE og vi kunne løbende inddrage elementer fra alle 4 fag. IBSE, Inquiry Based Science Education, tilgangen har været et meget vigtigt element, hvilket har betydet, at der ind imellem krævedes lidt mere tid til det eksperimentelle arbejde. Forløbets indhold Solhøjde og solsystemets opbygning Årstider og atmosfærens opbygning Bølgelængde og EM spektrum Jordens og atmosfærens strålingsbalance UV indeks Solcremers beskyttelsesevne Strålingens skadevirkning på celler og væv Kræft og tidlig aldring Lys som betingelse for liv Fotosyntesen og planternes pigmenter Fotosyntesens lys og mørkeproces Afstemning af kemiske reaktioner DNA molekylet og hvorfor det nemt ødelægges af stråling Atomer og lyskilder Formidling: Hvordan formidles viden om UV stråling til unge? Ilt CO 2 fra luften Lys CO 2 fra luften Solen 48 LMFK-bladet 3/2014
Ideer til forsøg Måling af solhøjde ved hjælp af skygger Måling af IR stråling og UV stråling vha. pyranometer og IR termofølere Hvor meget beskytter din solcreme? Fx tyndt lag solcreme på objektglas og UV-sensor Hvilke pigmenter indeholder grønne planter? TLC på fx spinat Fotosyntesens mekanismer forsøg vha. bromthymolblå, vand, planter +/ lys mm. Hvorfor er blade grønne? spektre af reflekteret lys Spektre af belysningskilder Formidlingsopgave oplæg til IBSE arbejde Det er svært at få unge til at tage det alvorligt, at man skal beskytte sig mod Solen. Det skyldes måske især, at skadevirkningen i form af tidlig aldring af huden og evt. hudkræft først rammer mange år senere. Eleverne fik til opgave at formidle budskabet beskyt dig mod solens UV stråling til unge på deres egen alder. Krav til produktet: 1. Valgfri form, fx poster, video, gruppe på facebook 2. Der skal argumenteres naturvidenskabeligt for budskabet 3. Der skal inddrages egne eksperimentelle resultater eksamen Individuel powerpoint præsentation. Valgfrit underemne og mindst ét forsøg inddrages º UV strålings skadevirkninger º Solens lys: UV stråling, synligt lys og solcreme º Solens lys og Jorden: Årstider, solhøjde og atmosfæren º Belysning farvegengivelse og belysningskilder º Fotosyntese En perspektivering af emnet til teknologi og/eller samfund Emner der er læst i forbindelse med Lys og UV Naturvidenskabelig metode Biologibogen (online) Solhøjde og årstidsvariation Strålingsbalancen og breddegrader Bølger og det elektromagnetiske spektrum Varmestråling Indstråling, solvarsler og ozonlaget DMI Materialer fra Kræftens bekæmpelse UV kufferten Fotosyntesen også lys og mørkeprocesser Lærervejledning Orbit 1 side 139 146 Interaktive links om solhøjde, indstråling mm. Naturgeografi C side 30 35 Links: cancer.dk/skrunedforsolen/boern +og+unge/skoler/vejledninger+til+uvkufferten.htm dmi.dk/dmi/index/danmark/solvarsel.htm dmi.dk/dmi/index/viden/introduktion_ til_ozonlag.htm fuckcancer.dk/index.php/da/de-3-store/straling phet.colorado.edu/sims/blackbody-spectrum/blackbody-spectrum_da.html ing.dk/artikel/nye-sparepaerer-danskerne-klojes-i-lumen-kelvin-og-ra-vaerdier-136262 LMFK-bladet 3/2014 49
En rejse ind i vandet Frank L. Borum og Thomas Mellergaard Amby, Marselisborg Gymnasium Mulige forsøg For at kunne besvare spørgsmålene, kunne eleverne lave en række forsøg. IPCC, FN s internationale klimapanels hefte om klimaændringer, side 11 20 og 25 33 Fra Jumbobog nr. 395 side 97 128 I dette nummer af Jumbobogen bliver Stål - anden, Von And og George Gearløs ved et uheld skrumpet, så de ender nede på en længdeskala, der svarer til, at de kan gå på oxygenmolekylet i et vandatom. Herfra hører vi om vandmolekylers opbygning, de tre tilstandsformer, om letopløselige salte, om havets indflydelse på vinden, om produktion af elektricitet vha. vandkraft og til slut om vandforurening i jorden. En indgangsvinkel kunne være: Det overordnede emne Her er nok at tage fat på under overskriften Vand eller Klima. Umiddelbart kan forløbet være mellem fysik og naturgeografi og handle om klima. Her vil følgende overordnede spørgsmål kunne danne udgangspunkt for et forløb: Forsøg 1 Måling af solhøjden som funktion af tiden. Her kunne man udlevere supplerende data for en sommerdag og en vinterdag. Forsøg 2 Måling af vands og sands specifikke varmekapacitet. Forsøg 3 Måling af temperaturstigningen i to glas, som belyses. Her indeholder det ene atmosfærisk luft, mens det andet indeholder CO 2. Forsøg 4 Modelforsøg med globus og en fokuseret lampe, hvor indstrålings-intensiteten illustreres. Arbejdsspørgsmål For at hjælpe de studerende lidt på vej kan man stille en række spørgsmål/små opgaver fx: Beskriv årstidernes gang Beskriv Jordens energiudveksling med omgivelserne Forklar, hvad drivhuseffekt er Hvordan påvirker havstrømme Jordens lokale klima? Hvad er forskellen på kyst og fastlands klima? Film En ubekvem sandhed Produkt og eksamen Produktet kunne være en rapport, som på baggrund af forsøgene og arbejdsspørgsmålene besvarer de tre hovedspørgsmål. Eksamen kunne så tage udgangspunkt i et af forsøgene (her vælger eleverne selv), og derefter komme lidt rundt inden for emnet. En anden indgangsvinkel Det overordnede emne En anden indgangsvinkel til emnet kunne være fra fysik og kemi: Hvorfor er det netop vand, vi kikker efter, når vi kikker efter liv i Universet? Her ville følgende overordnede spørgsmål kunne danne udgangspunkt for et forløb: 1. Hvilke fysiske egenskaber har vand, som understøtter liv, som vi kender det her på Jorden? 2. Hvilke kemiske egenskaber har vand, som understøtter liv, som vi kender det her på Jorden? 1. Beskriv solhøjdens og atmosfærens betydning for klimaet. Du skal også komme ind på den naturlige og den menneskeskabte drivhuseffekt. 2. Gør rede for, hvordan nogle forskere mener, at klimaet vil ændre sig som følge af den menneskeskabte drivhuseffekt, og hvilken indflydelse dette kan få på bl.a. Golfstrømmen. 3. Nævn og forklar en eller flere andre mulige konsekvenser af klimaændringerne. Litteraturforslag Fysik Spektrum Fysik B, Claussen m.fl., siderne 63 78 og 99 119 Orbit 1, 2. udgave side 192 196 Fysik i Perspektiv, Fysikforlaget, se fys.dk/fipnet/4_klima Naturgeografi Alverdens Geografi, Karsten Duus m.fl., Geografiforlaget, 1. udgave side 47 63 3. Hvor i Solsystemet kan vi forvente at finde vand? Mulige forsøg For at kunne besvare spørgsmålene, kunne eleverne lave en række forsøg. Forsøg 1 Måling af densiteten for is. Vigtigt, at is flyder, ellers ville søerne ikke være frostfrie om sommeren. Forsøg 2 Måling af vands specifikke varmekapacitet. 50 LMFK-bladet 3/2014
TI-30X Pro MultiView Enkel at bruge som TI-30, men mere matematik Ideelt supplement, hvis du bruger software til CAS og grafik Integraler (numerisk) Differentialregning (numerisk) Enkle komplekse beregninger Bladre i beregninger og resultater med piletasterne Gratis Få en fungerende lommeregner på tavlen i hele skolen...! Ved køb af mindst 60 stk. TI-30X Pro MultiView, kan skolen gratis få 5 stk. samtidige brugerlicenser af TI-SmartView Emulator TI-30X Pro MultiView! For mere information besøg education.ti.com/da/volumen Se mere på education.ti.com/danmark eller ring 38 18 19 56 for forhandlernavne. Texas Instruments DK A5 TI30XPro MV Ad.indd 1 29/08/2013 09:44 Forsøg 3 Polære og upolære væsker. Vigtigt, da vands opløsningsevne giver muligheden for transport af næringsstoffer. Forsøg 4 Saltes opløselighed hvor meget og hvad kan vi opløse? Arbejdsspørgsmål For at hjælpe de studerende lidt på vej stilles en række spørgsmål/små opgaver fx: Hvad er koge og smeltepunktet for vand? Hvor meget energi kræves der for at opvarme 1 kg vand fra 20 C til 90 C? Hvor meget energi kræves der for at opvarme luft fra 20 C til 90 C? Hvordan er et vandmolekyle opbygget, og hvilke egenskaber giver det? Giv eksempler på vands påvirkning af salte og/eller molekyler i kroppen og/ eller i naturen. Beskriv temperaturforholdene på de fire inderste planeter i Solsystemet. Hvor kan vi forvente at finde vand? Litteraturforslag Fysik Spektrum Fysik B, Claussen m.fl., siderne 23 33, 63 76 og 99 116 Internettet til at finde oplysninger om Solsystemet Kemi Oplev naturvidenskaben, Anette Nielsen m. fl. Siderne: 38-40, 44-47. Kend Kemien, Kim K. Mortensen m.fl., siderne 127 135 og 137 140 Internetartikel fra The Stuff of Life, Why Water, The Planetary Report, Maj/Juni 1998, pp. 16 17, universer.dk/vand.htm Produkt og eksamen Produktet kunne være en rapport, som på baggrund af forsøgene og arbejdsspørgsmålene besvarer de tre hovedspørgsmål. Eksamen kunne så tage udgangspunkt i et af forsøgene (her vælger eleverne selv), og derefter komme lidt rundt inden for emnet. LMFK-bladet 3/2014 51
Genbrug og nytænkning Jette Vingborg og Trine Crovato, Egaa Gymnasium Nature of science stod i centrum, da vi i 2102 skulle nytænke forløbet på Egaa Gymnasium. Vi var enige om, at vi skulle nedtone lektielæsning og teoribaseret undervisning og have mere fokus på grundlæggende naturfaglige kompetencer. Vi havde også et ønske om at indtænke ny skriftlighed i forløbet og lade være en del af den samlede progressionsplan for ny skriftlighed over de tre år. Samtidig var vi tilfredse med store dele af de eksisterende forløb og ønskede derfor at genbruge elementer heraf. Den oplagte mulighed var derfor at nytænke nogle af de eksisterende forløb med en styrkelse af kompetenceudvikling og supplere disse med korte fokuserede kompetencekurser. Dette ledte os frem til en blokopdelt struktur af hele forløbet. Struktur og emne: Betingelser for liv forløbet er opbygget af blokke, som vi kalder hhv. introforløb, hovedforløb og studieretningsforløb, se figur 1. Introforløbene er de nyudviklede kompetencekurser. Her træder fagenes forskellighed i baggrunden, og der arbejdes ikke med et bestemt emne. Det er derimod de grundlæggende naturvidenskabelige kompetencer, der introduceres og trænes. I hovedforløbene arbejdes i fagkombinationer hhv. ke/bi og fy/ng ud fra det fælles overemne Betingelser for liv. Figur 1 Oversigt over strukturen. I hovedforløbene har fagenes særegenheder mulighed for at komme til udtryk. I bi/ke forløbet har vi arbejdet med vand og næringsstoffer, herunder vitaminer, som grundlæggende betingelser for liv, mens fy/ng forløbet har fokuseret på Solen, Solens stråling og Jordens atmosfære. afsluttes efter efterårsferien med et studieretningsforløb, der leder frem til den faglige samtale. Træning af grundlæggende naturfaglige kompetencer Hvad er det så for grundlæggende naturfaglige kompetencer, vi ønsker at udvikle hos eleverne? Vi har lavet en kompetencestrategi, der især fokuserer på eksperimentelle kompetencer. Træningen af disse kompetencer sættes i gang i første introforløb og fortsættes og udbygges i de senere hovedforløb. I studieretningsforløbet med efterfølgende faglig samtale anvendes og testes kompetencerne, så eleverne også evalueres på disse kompetencer, se under Studieretningsforløb og prøven. Det vi mener, at eleverne skal kunne, er følgende: Sætte sig ind i et problem og opstille en hypotese Tilrettelægge forsøg med variabelkontrol og kontrolforsøg Udføre forsøg og notere iagttagelser Fortolke, argumentere og konkludere Formidle forsøgsresultater skriftligt I første introforløb arbejder vi målrettet med de tre midterste punkter, fx: tilrettelægge forsøg med variabelkontrol Efter en del teoretisk arbejde med at identificere og klassificere variabler og introduktion til begrebet variabelkontrol, skal elevene tilrettelægge en række forsøg, hvor variabelkontrol er et vigtigt element. Det første klassiske eksempel er Toner i rør. Andre eksempler omhandler blandbarhed, pendulsvingning og enzymaktivitet i gær. I alle tilfælde bliver eleverne blot præsenteret for problemet vha. en åben skriveramme, og de skal derefter selv tilrettelægge forsøgene, se eksempel i figur 2. Eleverne skal gøre rede for, hvordan de har sørget for variabelkontrol inden påbegyndelsen af forsøgene. Anvendelsen af åbne forsøg fortsætter gennem hele forløbet, og efterhånden stilles der også krav om, at eleverne skal opstille hypoteser. Flere af de forsøg, vi laver i det nye, er genbrug fra gamle forløb. Vi tilpasser dem til kompetenceplanen ved at ændre fra kogebogsopskrifter til mere åbne problemformuleringer. Derved har arbejdet med at forny forløbet ikke været uoverstigeligt. udføre forsøg og notere iagttagelser Erfaringer har vist, at det har været svært at overbevise elever om nødvendigheden af at tage udførlige forsøgsnotater. I stedet forsøger vi at vise dem dette. I én af de første lektioner skal eleverne lave forskellige forsøg uden på forhånd at være gjort opmærksom på notatskrivning. Forsøgsgangen efter skal de redegøre for forsøget ud fra egne noter for klassekammerater, der ikke kender til forsøget. Den efterfølgende snak om vigtigheden af forsøgsnotater giver dermed bedre mening. fortolke iagttagelser Elever har ofte svært ved at skelne mellem observationer og fortolkning. Vi har derfor lavet et spil, der skal træne netop dette. Vi kalder spillet Fra observation til fortolkning, og det går ud på at parre samhørende observationer og fortolkninger. Eksempelvis skal observationen Da vi tilsatte sølvnitratopløsning til 52 LMFK-bladet 3/2014
Hvordan renser man olie af sine bukser? Hvordan fjerner man gulerodsfarve fra hænderne? For at besvare disse spørgsmål skal du undersøge blandbarheden af forskellige væsker og opløseligheden af nogle farvestoffer i væskerne. Formålet med eksperimentet er at 1. undersøge blandbarheden af de tre væsker indbyrdes 2. undersøge de tre farvestoffers opløselighed i væskerne Udstyr og kemikalier Væsker: Rensebenzin, madolie, vand Faste stoffer: Gulerodsfarve (hedder også betacaroten), kobbersulfat (CuSO 4 5H 2 O), greens Eppendorphrør, engangspipetter, sugerørsspatel (til at tage enkelte krystaller af de faste stoffer) Sikkerhed Rensebenzin er sundhedsskadeligt, der skal anvendes udsug læs arbejdspladsbrugsanvisning. Figur 2 Eksempel på en åben skriveramme. observationer og refleksioner undervejs. For hvert afsnit er der således en generel beskrivelse og et link til et konkret eksempel fra et eller flere af de fire naturvidenskabelige fag. Der er desuden en tæt forbindelse mellem de tidligere beskrevne åbne skriverammer og Master til journal, idet masteren, ligesom skriverammerne, er struktureret i tre hovedafsnit, nemlig skrivning før, skrivning under og skrivning efter. vandprøven kom der hvidt bundfald parres med fortolkningen Vandprøven indeholder chloridioner. Efterfølgende følger vi op på dette efter hvert forsøg ved at dele op i observation og fortolkning. Dette ligger meget tæt på påstand og belæg, og dermed understøtter vi også arbejdet med argumentationskompetencen, der indgår i skolens samlede skriftlige kompetenceplan. Journalen som genre I forbindelse med nytænkningen af den skriftlige dimension i har vi bl.a. haft fokus på genrebevidsthed. Et af vores mål har været, at eleverne ved afslutning af var fortrolige med journalgenren, og det at etablere et stillads om elevernes skrivning har været et grundprincip ved introduktionen af journalgenren. Til det formål har vi arbejdet med eksempeltekster og Master til journal. En eksempeltekst er en genretypisk modeltekst, der præsenterer eleverne for en bestemt skrivegenre fx en journal. Inspirationen stammer bl.a. fra den australske genreskole, der ser det som centralt, at eleverne aktivt undersøger de karakteristiske træk ved den specifikke genre, inden de selv giver sig i kast med den. I en af de første lektioner får eleverne udleveret to journaler, der fungerer som eksempeltekster. Den ene journal er klippet i stykker med et afsnit inklusiv overskrift (fx hypotese eller konklusion) på hvert stykke. Ved at sammenligne med den anden journal får eleverne indblik i, hvilke enkeltdele en journal består af, og hvordan enkeltdelene er organiseret i forhold til hinanden. Målet er altså, at eleverne bliver bevidste om, hvordan en journal er struktureret. Eleverne går derefter på jagt i eksempelteksterne efter karakteristiske formuleringer. Alle iagttagelser skrives ned, og i fællesskab formuleres genrespecifikke ledesætninger, dvs. sætninger som typisk optræder inden for den aktuelle genre. På denne måde ledes eleverne ind i diskursen. Første gang eleverne selv skal skrive en journal i, startes den op på Smartboardet. Nogle afsnit laves helt færdige i fællesskab, mens der blot skrives stikord til andre afsnit. Herved prioriteres den kollektive skrivning før den individuelle skrivning. Den anden nytænkning i forbindelse med den skriftlige dimension i er Master til journal. Denne master er i virkeligheden udviklet gennem mange år, men i sin nuværende form er den mere generel end de tidligere versioner, og den rummer mange interne links, som viser eksemplariske eksempler på afsnit i en journal. Figur 3 viser et uddrag af Master til journal om afsnittet Fremgangsmåde, Et andet nyt tiltag er indførelsen af fremtidsrettelser i stedet for udelukkende at anvende fortidsrettelser. I forbindelse med retningen af elevernes journaler skal hver elev have ét fokuspunkt, som de særligt skal arbejde med i den næste journalaflevering. Da det er en anden lærer, som skal rette den efterfølgende journal, får eleverne at vide, at de skal skrive deres fokuspunkt øverst på den næste journal. Dette giver mulighed for, at den nye lærer kan følge op på det aktuelle fokuspunkt for hver enkelt elev. Målet er at sikre progression i det skriflige arbejde. Studieretningsforløb og prøven Efter afviklingen af de to hovedforløb, se figur 1, kommer det afsluttende studieretningsforløb, der bygges op om et tema på tværs af to fag. Der er valgt to fag, som klassen skal have på mindst C niveau i deres gymnasieforløb. Klasser, der har naturvidenskabelige fag som studieretningsfag, har så vidt muligt disse fag i det afsluttende forløb. Hvor det er muligt, tones forløbet i forhold til studieretningen. Eksempelvis har temaet Kroppen på arbejde været brugt til et studieretningsforløb i en klasse med biologi og idræt som studieretningsfag. Ud over biologi indgik fysik også i dette forløb. Studieretningsforløbet har bl.a. fokus på, at eleverne kan tilrettelægge eksperimentelle undersøgelser samt udføre og efterbehandle dem. Desuden skal de kunne formidle det eksperimentelle arbejde LMFK-bladet 3/2014 53
ved hjælp af skrivning før, under og efter. Produktet er en journal, som eleverne har med til den afsluttende faglige samtale. Erfaringer Tidsfaktoren kommer man ikke uden om, når man arbejder med åbne forsøg. Det tager lang tid for eleverne at tilrettelægge forsøgene selv, og ind imellem har vi pga. tidspres måttet give så mange hints til en gruppe, at de reelt ikke selv har tilrettelagt forsøget. De fleste elever lykkes dog med at planlægge forsøgene selv, og det er vores klare opfattelse, at udbyttet af disse forsøg er meget højere end af forsøg med kogebogsopskrif- ter. Vores erfaring er, at elever, der har gennemgået det nye, ikke kan så meget forskellig teori som eleverne fra det gamle, men til gengæld har de opnået betydeligt bedre eksperimentelle kompetencer og en bedre forståelse af, hvad naturvidenskab er. Det er også vores erfaring, at eleverne har haft markant lettere ved at skrive journaler, når de møder de naturvidenskabelige fag efter. Kvaliteten af journalerne er bedre både med hensyn til strukturen hvilke afsnit skal med og i hvilken rækkefølge og det indholdsmæssige. Eleverne er fx markant bedre til at huske at give en faglig begrundelse for deres hypotese og til at mestre overgangen fra observation til fortolkning. Eleverne giver selv udtryk for, at de er rigtig glade for især Master til journal, som de ofte bruger i forbindelse med deres skrivning. Set ud fra en lærervinkel, så oplever vi, at der er færre spørgsmål i forbindelse med de skriftlige opgaver. Desuden er det nemt at hjælpe eleverne videre i deres skrivning, hvis de er gået i stå, ved at kunne pege på bestemte afsnit og formuleringer i masteren. Figur 3 Eksempler fra Master til journal. Skrivning under eksperimentet Fremgangsmåde, observationer og refleksioner undervejs. Korte, præcise notater til fremgangsmåden nok til, at man kan gentage forsøget ud fra notater og en evt. forsøgsvejledning det har man sommetider. Tegninger eller billeder af eksperiment Præcise notater om observationer. Både kvalitative og kvantitative værdier, fx farveskift i en kemisk reaktion. Kvantitative resultater SKAL have både tal og enhed. De refleksioner, du har undervejs, skal med her. Det kan fx være noget, du undrer dig over. Eller det kan være en mistanke om, at forsøgsmetoden kan give anledning til fejlfortolkninger. Eksempel 1 Biologi lab journal eksempel Fremgangsmåde Observationer dvs. iagttagelser, som har kvalitative værdier, og målinger, som har kvantitative værdier Refleksioner undervejs Skrivning under eksperimentet er en laboratoriejournal. Den kan se ud på mange forskellige måder. Hvis journalen skal bruges af andre, fx læses af din lærer, som kan vurdere, om du arbejder rigtigt og tilstrækkeligt med journalen, så skal den måske finpudses lidt men ikke skrives om inden den afleveres! Eks. 1 (bi), Eks. 2 (fy), Eks. 3 (ke) og Eks. 4 (ng) Vi måler forsøgspersonens blodtryk i hvile tre gange i træk og finder gennemsnittet. Forsøgspersonen løber en tur på 5 min. i højt tempo. Herefter måles blodtrykket igen. Blodtryk 1/ Blodtryk 2/ Blodtryk 3/ Gns./ mmhg mmhg mmhg mmhg 61/113 64/121 71/128 65/121 Blodtryk/ mmhg 76/150 Forsøgspersonen sad ikke helt stille ved den sidste måling. En anden gruppe havde lånt blodtryksapparatet, så vi fik ikke målt blodtrykket lige efter løbestop. 54 LMFK-bladet 3/2014