Supersugaren Att konstruera en maskin för att städa upp skräp

Transkript

1 Supersugaren Att konstruera en maskin för att städa upp skräp Elektroteknik Elektricitet Enhet för elever år ÖVERSATT AV: Prisbelönt Scientix-resurs 1

2 Inledning Det här är en av tio TEKNIK-enheter för låg- och mellanstadiet som utvecklats som stöd för lärande i naturvetenskap inom ramen för utmaningar i teknisk konstruktion. På grundval av den framgångsrika modellen från Boston Museum of Science Engineering is Elementary för frågebaserat lärande innehåller varje enhet ett nytt naturvetenskapligt och tekniskt område, och det behövs inga dyrbara material för att stödja elevlett naturvetenskapligt utforskande och problemlösande design Enheterna har utvecklats så att de ska tilltala många olika elever och för att utmana stereotyper om teknik och ingenjörer och på så sätt öka både pojkars och flickors medverkan i naturvetenskap och teknik. Vår pedagogiska metod Centralt för varje enhet är den tekniska konstruktionscykeln: fråga, föreställa sig, planera, skapa, förbättra. Genom att framhålla cykeln kan lärare främja elevers frågvishet och kreativitet och ge utrymme för elever att utveckla sina kunskaper inom problemlösning, att testa alternativa lösningar, tolka resultat och utvärdera sina lösningar. Uppgifter och utmaningar har utformats för att vara så öppna som möjligt och för att undvika rätta svar. De som har utvecklat enheterna har särskilt strävat efter att undvika konkurrens som kan stöta bort en del elever, men försökt behålla motivationen att vilja lösa ett problem. Ett viktigt mål i alla enheter är att maximera möjligheterna till grupparbete och att stödja eleverna i att lära sig att samarbeta och att kommunicera sina idéer effektivt. Eleverna måste diskutera sina idéer medan de utforskar ett nytt problem, kommer fram till vad de måste veta och delar sina resultat, designlösningar och sedan förbättringar. Hur enheterna är organiserade Varje enhet börjar med lektion 0, en allmän förberedande lektion som är gemensam för alla tio enheterna. De lärare som väljer att använda mer än en enhet kan börja med den här lektionen första gången de använder enheterna och sedan på lektion 1 i de följande enheterna. Lektion 1 inleds med en berättelse eller ett problem för det som händer sedan: I lektion 2 läggs fokus på vad eleverna behöver utforska inom naturvetenskap för att lösa problemet och i lektion 3 utformar och skapar de sin konstruktionslösning. I lektion 4 ges slutligen möjlighet att utvärdera, presentera och diskutera vad de har gjort. Varje enhet är dock unik, och några enheter är mer krävande i fråga om naturvetenskaplig förståelse, och den tid som behövs för varje enhet varierar. Ungefärliga tidsplaner och åldersgrupper anges i översikten till varje enhet. Enheterna har utformats för att vara flexibla - men lärare kan välja vilka aktiviteter de vill inkludera, och det finns alternativ för att differentiera aktiviteterna för att ta hänsyn till olika förkunskaper. Lärarstöd Vägledningen till varje enhet har skrivits för att kunna ge lämpligt naturvetenskapligt, tekniskt och pedagogiskt stöd till lärare med olika erfarenheter och kunskaper. Varje lektion innehåller förslag och tips som stöd för frågebaserat lärande, undervisningens uppläggning och förberedelser. Tekniken och genomförandet av aktiviteterna illustreras med fotografier I pedagogiska kommentarer i bilagan förklaras och diskuteras den naturvetenskap som enheten omfattar och hur man kan hjälpa eleverna i åldersgruppen att förstå de centrala begreppen. Arbetsblad som kan kopieras och facit ingår också. 2

3 Innehållsförteckning Inledning... 2 Översikt av enheten... 4 Resurser... 5 Lektion 0 Konstruera ett kuvert Introduktion - 10 minuter - diskussion i små grupper och helklass Aktivitet 1 Vad är ett kuvert? - 5 minuter, små grupper Aktivitet 2 Att passa ihop kuvert och föremål - 15 minuter - diskussion i små grupper och helklass Extrauppgift - valfritt minuter - små grupper Slutsatser - 10 minuter - helklassdiskussion Läranderesultat - för frivillig utvärdering Lektion 1 Vad är det tekniska problemet? Inledande aktivitet - helklass - 10 minuter Den tekniska utmaningen - helklass - 10 minuter Fasen FRÅGA i utvecklingsplanen - små grupper - 20 minuter Slutsatser - helklass - 10 minuter Lektion 2 Vad behöver vi veta? Inledande aktivitet - en hårtork - små grupper - 20 minuter Att få igång motorn - enskilt - 10 minuter Göra en fläkt - enskilt - 20 minuter Göra en strömbrytare - små grupper - 20 minuter (extra aktivitet) Slutsatser - helklass - 10 minuter Lektion 3 Nu bygger vi! Inledande aktivitet - helklass - 5 minuter Utmaning i teknisk konstruktion - fråga, föreställa sig och planera - små grupper - 15 minuter Konstruera och skapa - små grupper - 60 minuter Slutsatser - helklass - 15 minuter Lektion 4 Hur gjorde vi? Inledande aktivitet - helklass - 5 minuter Presentation av arbetet - helklass - 60 minuter Slutsatser - helklass - 10 minuter Bilagor Cykel för teknisk konstruktion Berättelse för att skapa en kontext Arbetsblad 1 Lektion 0 Teknik? Arbetsblad 1 Lektion 0 Teknik? - Lärarkommentarer Arbetsblad 1 Lektion 1-4- dokumentation av utvecklingsprocessen Arbetsblad 2 Lektion 3- utforma och bygg din egen dammsugare Naturvetenskapliga kommentarer för lärare om elektricitet och dammsugare Några elevers föreställningar om elektricitet och enkla elektriska kretsar Partner 40 3

4 Översikt av enheten Tidsram: 4 timmar 45 minuter plus 35 minuter med extra aktiviteter Målgrupp: Elever i åldern år Beskrivning: genom att delta i utmaningen Låt oss städa upp saker - att konstruera en dammsugare lär sig eleverna mer om elektricitet och elektroteknik. Kursplanen i naturvetenskap: den här enheten knyter an till kursplanen i naturvetenskap för elområdet. Teknikområdet: i den här enheten introduceras området elektroteknik. Mål: i den här enheten lär sig eleverna att ingenjörer arbetar i flera steg, som kallas den tekniska konstruktionsprocessen för att utforma lösningar på problem för att identifiera problem och behov som kan lösas med teknik och att planera lösningar genom att använda den tekniska konstruktionsprocessen för att förstå elektriska kretsar och tekniken som ligger bakom dem hur man använder batterier, små motorer och fläktar för att konstruera och skapa en liten dammsugare genom att förstå hur den fungerar. Lektionerna i den här enheten: Målet med en förberedande lektion är att öka medvetenheten om hur teknik bidrar till våra dagliga liv på sätt som inte alltid är självklara. I lektion 1 introduceras det tekniska problemet, dess kontext och konstruktionsprocessen. I lektion 2, leder fråge -delen i konstruktionsprocessen till en undersökning av elektricitet. I lektion 3 får eleverna tillämpa den tekniska konstruktionsprocessen för att möta utmaningen. Utmaningen är att konstruera små dammsugare. I lektion 4 är det dags att utvärdera processen för att skapa dammsugarna. Det här är också momentet där eleverna får visa om de kunde uppfylla alla kriterier och berätta om hur de gjorde förbättringar. 4

5 Resurser Lista med material och kvantiteter som behövs för 30 elever. Material Total mängd Lektion 0 Lektion 1 Hårtork 1-6 X Lektion 2 Lektion 3 Lektion 4 Små motorer 1,5-3V X X Batterier 4,5V eller 3x1,5 V eller X X 3 x AA batteribox X X Massiv kärntråd 1 X X Plastflaskor på 0,5 l - 2 l 15 X Pappersklämmor 1 låda (X) X Gem 1 låda (X) X 5

6 Kartongbitar 10x10 cm 15 (X) X Sidavbitare 2-3 (X) X Kabelskalare 2-3 (X) X Skumgummi X Gummisnoddar (breda) 10 X X Skräp från en hålslagare Såg 1 X Limpistol 1 X Tejp 1 X tumstoc k Saxar 6 X Klubbpinnar 10 X Papper A4 50 X X 6

7 Lektion 0 Konstruera ett kuvert Vad är teknik? Tidsram: lärare kan välja hur lång tid de vill ägna åt den här lektionen beroende på hur mycket erfarenhet eleverna redan har. Introduktionen, de viktigaste aktiviteterna och slutsatserna tar upp till 40 minuter, extrauppgifter minuter till. Mål: i den här lektionen lär sig eleverna att: ingenjörer utformar lösningar på problem med flera olika slags teknik vilken teknik som passar för ett visst problem beror på kontexten och de material som är tillgängliga tillverkade objekt har konstruerats för att lösa problem ingenjörer kan vara män eller kvinnor. Resurser (för 30 elever) 8 buntar med klisterlappar 8 förpackningar med minst 5 olika kuverttyper 8 uppsättningar med minst 5 olika föremål 8 uppsättningar med exempel på förpackningar för frivillig extrauppgift Kort, papper, lim, saxar för frivillig extrauppgift Förberedelser Samla ihop flera olika kuvert och förpackningar Gör kopior av arbetsblad 1 om ni ska använda det Samla ihop bilder för den inledande aktiviteten Arbetsmetod Små grupper Helklassdiskussion Kontext och bakgrund Den här lektionen är den samma i alla enheter och ska inspirera till att tänka på vad teknik är och utmana stereotyper om ingenjörer (särskilt de som hänger samman med kön) och teknik. Målet med lektionen är att utveckla insikt om att tillverkade föremål i världen är konstruerade för ett ändamål och att teknik i vid bemärkelse avser alla objekt, system eller processer som har utformats och modifierats för ett särskilt problem eller behov. Elever kan tänka på detta genom att diskutera vilka problem tekniken för ett visst tillverkat föremål (i det här fallet ett kuvert) ska lösa. På den här lektionen diskuterar de vilka slags teknik som används för att konstruera ett kuvert för ett visst avsett ändamål. Meningen med lektionen är också att undvika värderingar som högteknologisk gentemot lågteknologisk och att få elever att uppskatta att det är passande teknik i en viss kontext som är viktig: tillgängliga material avgör vilken teknik som ingenjören använder för att lösa problemet.

8 0.1 Introduktion - 10 minuter - diskussioner i små grupper och helklass Dela in klassen i grupper med 4 elever i varje och ge varje grupp en bunt klisterlappar. Be grupperna att diskutera alla saker som de förknippar med uttrycken konstruktion och teknik. Se till att varje elev i gruppen som ett bidrag till diskussionen antecknar minst en idé på en klisterlapp. Be alla grupperna att sätta sina klisterlappar på ett stort papper och att kortfattat förklara sina val för resten av klassen. Behåll hela klassens papper för en återblick i slutet av lektionen. Extra stöd för diskussion Den här delen av lektionen kan utökas genom att man delar ut bilder på typiska och ovanliga exempel på teknik och sedan ber eleverna att gruppera bilderna i sådana som de förknippar med teknik och sådana där de inte gör det. Du kan använda Arbetsblad 1 till denna aktivitet eller använda bilderna där och visa dem för hela klassen. Be eleverna att arbeta i par för att bestämma vilka av bilderna de tycker hänger samman med teknik och för att ange sina skäl till varför de anser att några gör det och några inte gör det. Varje elevpar ska dela sina idéer med ett annat par och diskutera likheter och skillnader i idéer. Du kan använda dessa idéer som grund för en helklassdiskussion. Uppmana eleverna att tänka fritt på vad som räknas som teknik och vem som kan vara en del av det. 0.2 Aktivitet 1 Vad är ett kuvert? - 5 minuter, små grupper Organisera eleverna i små grupper för att diskutera vad ett kuvert är och vad som räknas som ett kuvert. Som stöd för diskussionen kan du ge några exempel som täcker och/eller skyddar föremål eller material i vissa syften (som på bilden). En viktig del av den här aktiviteten är att få eleverna att se att det finns många tolkningar av begreppet kuvert. På bilderna finns det några exempel som kan utmana deras föreställning om ett kuvert: de ger en bredare tolkning av vad ett kuvert är som något där man kan förvara, skydda, hålla på plats, täcka, gömma eller till och med avslöja olika föremål.

9 0.3 Aktivitet 2 Att para ihop kuvert och föremål - 15 minuter - diskussion i små grupper och helklass Dela in klassen i grupper med 4 elever i varje och ge dem flera olika kuvert och föremål som kan passa i dem. Be eleverna att välja vilka kuvert som passar bäst för föremålen och förklara varför. Föremålen kan vara: ett par glasögon, ett intyg eller fotografi som inte får böjas, ett ömtåligt smycke, en retur-dvd, en bunt konfidentiella papper, en sax. Antalet föremål och kuvert kan varieras efter kontexten och vad som finns till hands. Följande frågor kan vara till hjälp för att leda diskussionen: Vilket material är kuvertet gjort av? Hur försluter man kuvertet? Vilka slags föremål kan kuvertet användas för? Vilka andra material kan det tillverkas av? Varje grupp ska berätta om sina idéer för klassen. Det finns en möjlighet här för läraren att leda diskussionen och prata om vilka olika slags teknik som används för varje tillverkat kuvert såsom olika strukturer, sätt att försluta kuvertet, (t.ex. återanvändbara eller permanenta förslutningar, förstärkta områden, inre och yttre material som valts, hur kanter försluts.) Det här är en utvärderingsaktivitet och kan återkopplas till den tekniska konstruktionsprocessen: diskussionen kan innehålla funderingar om den process som ingenjörer måste vara delaktiga i när de gör något för att lösa ett visst problem. 0.4 Extrauppgift - valfri minuter - små grupper 1. Ge eleverna flera olika kuvert och be dem utvärdera deras utformning med avseende på deras lämplighet för ändamål (se bild). Kuvert kan jämföras med avseende på vilka förslutningar och förstärkningar som används och blandningen av olika material som används (t.ex. bubbelplast, uppsugningsförmåga, styrka t.ex. motståndskraft mot rivning). Den här aktiviteten kan utökas till att titta på olika sorters förpackningar i förhållande till vikningar och hur de används för att minska (eller utesluta) behovet av klister vid tillverkningen. De följande 3 bilderna visar förpackningar som inte kräver någon form av bindemedel, i tillverkningen ingår endast en sorts material och skärningar och vikningar används för tillslutning. 9

10 2. Organisera eleverna i små grupper för att utforma och/eller göra ett kuvert för att leverera ett visst utvalt föremål. Grupperna måste utnyttja sin kännedom om material och konstruktionsprocessen för att skapa flera alternativa utformningar. Dessa kan sedan utvärderas i helklassdiskussion. 0.5 Avslutning - 10 minuter - helklassdiskussion Led en diskussion i hela klassen utifrån klassens ursprungliga klisterlappar (och där det passar deras gruppering av teknikfotografierna ) och påminn eleverna om hur deras ursprungliga uppfattningar kanske har förändrats nu. Be eleverna reflektera över vad en ingenjör gör och vad teknik är. Betona att de flesta saker vi använder är tillverkade för ett ändamål och att ingenjörer använder många olika kompetenser för att hitta lösningar på problem. Hit hör att fundera på lösningar för att lösa problem, av vilka några fungerar och några är mindre framgångsrika - den tekniska konstruktionsprocessen omfattar utvärdering och förbättringar. Det är inte högteknologisk eller lågteknologisk utan passande teknik som är avgörande - ingenjörer måste ta hänsyn till kontext och resurser. Det finns många slags teknik, och många olika slags människor i hela världen, och både män och kvinnor, som är ingenjörer. Det kan finnas många olika lika godtagbara definitioner för orden ingenjör och teknik. Dessa ord används ofta omväxlande, d.v.s. ingenjörskonst kan sägas vara användningen av teknik för att lösa problem. När man talar om förhållandet mellan ingenjörskonst, 10

11 naturvetenskap och teknik kan eleverna uppmanas att tänka på hur ingenjörer, under processen för att tillverka objekt för att lösa problem, använder olika slags teknik (som förslutningar, olika sorters material och olika komponenter i flera system) och olika former av naturvetenskapliga kunskaper. Detta är ett tillfälle till att inleda en diskussion om hur saker tillverkas och av vem, och vad som ingår i processen för att fundera på lösningar på problem. 0.6 Läranderesultat - för valfri utvärdering I slutet av den här lektionen bör eleverna kunna:: Inse hur många olika system, mekanismer, strukturer och förslutningar används i tillverkade föremål på olika sätt för att erbjuda många olika lösningar på problem Förstå att passande teknik ofta är beroende av kontexten och material som finns till hands Inse att ingenjörer använder många olika slags kompetenser för att utveckla lösningar på problem Inse att många olika slags människor med olika intressen och kompetenser kan vara ingenjörer 11

12 Lektion 1 Vad är det tekniska problemet? Komma underfund med utmaningen Tidsram: 55 minuter Mål: i den här lektionen ska eleverna lära sig dammsugarens viktigaste funktioner som ett exempel på elektroteknik hur den tekniska konstruktionsprocessen strukturerar en konstruktionsutmaning att elektricitet är en form av energi. Resurser (för 30 elever) whiteboardtavla berättelsen om konstruktionsutmaningen (se bilaga) Förberedelser Läsa om elektroteknik och den pedagogiska utvecklingsplanen Göra kopior av arbetsblad 1 Arbetsmetoder Enskilt och i grupper Viktiga begrepp i den här lektionen Vad ingenjörer gör och hur de arbetar. Kontexten för konstruktionsutmaningen introduceras Kontext och bakgrund Utmaningen, kontexten och konstruktionscykeln introduceras. Eleverna funderar på vilka kunskaper de behöver för att klara utmaningen. 12

13 1.1 Inledande aktivitet - helklass - 10 minuter Tala om för eleverna att i den här enheten introduceras området elektroteknik. Be eleverna att räkna upp elektriska prylar i klassrummet, eller i deras hem. Vem har utvecklat dem tror de? Diskutera vilken roll elektricitet och elprylar spelar i vardagen. Hur skulle en dag utan elektricitet te sig? Elektroteknik bygger på begrepp inom fysiken. Det handlar om många saker, från de minsta elektroniska komponenterna i datorer och mobiltelefoner till utveckling och användning av vårt försörjningssystem för el. Elektroteknik omfattar telekommunikationer, elektronik och radioteknik. Elektricitet kan användas för att överföra energi, d.v.s. användningen av elektricitet som energibärare, såsom kraftnät eller elmotorer. 1.2 Den tekniska utmaningen - helklass - 10 minuter Läs berättelsen om den tekniska utmaningen i bilagan. Fråga eleverna om de tror att de kan lösa problemet. Vad behöver de kunna för att lösa problemet? Skriv upp problemet på whiteboardtavlan. Problemet är att konstruera en liten dammsugare. Tala om för eleverna att de nu ska arbeta på samma sätt som ingenjörer. Tips - information till läraren. Ordet dammsugare är ganska avslöjande för att förstå hur maskinen fungerar: dammsugare fungerar ju just med sugkraft. (Faktum är att dammsugare är ett bättre ord än det engelska vacuum cleaner eftersom det inte förekommer något vakuum). Den mekaniska / elektriska delen är egentligen en stark motor som blåser ut luft, vanligen bakeller upptill på dammsugaren, och på så sätt skapar sugkraft i motsatt del (där dammet sugs in). Alla dammsugare fungerar enligt samma princip...om man fäster en motor som blåser ut luft (d.v.s. en fläkt) från en ände av ett föremål som har en öppning i andra änden så kommer det att fungera på samma sätt och få luft att först strömma in i föremålet och sedan ut genom fläkten. Tips - om du vill veta mer om hur dammsugare fungerar kan du titta på dessa webbsidor: FRÅGE -fasen i utvecklingsplanen - små grupper - 20 minuter Steg 1 FRÅGA i utvecklingsplanen. Använd arbetsblad 1, lektion 1 (utvecklingsplanen). Framhåll att alla tekniska utmaningar börjar med frågor. Börja med att fråga vad eleverna behöver kunna för att konstruera och bygga en liten dammsugare? Låt eleverna arbeta i små grupper på 4-5. Försök att få grupperna blandade i fråga om förkunskaper och kön. Låt dem diskutera i ungefär 5 minuter vad de behöver kunna för att lösa problemet. Be eleverna att anteckna alla frågor i deras grupp på arbetsblad 1 på sidan med FRÅGA-fasen. Skriv upp frågorna från alla grupper på tavlan. Tänkbara frågor: Hur kan vi få sugkraft? Kan vi få titta på en riktig dammsugare? Vilka material kan vi använda? 13

14 Vilka delar behövs? Vilket slags skräp kommer vår dammsugare att kunna suga upp? Vad är det för kriterier för nå framgång? Hur kan vi göra en fläkt? Hur stor ska dammsugaren vara? Ska den ha hjul? Hur kan vi göra en strömbrytare? 1.4 Avslutning - helklass - 10 minuter Sammanfatta lärandemålen. Diskutera med eleverna: vad har ni lärt er om elektroteknik? Kan ni beskriva de olika stegen i konstruktionsprocessen? Har ni lärt er vad en dammsugare gör? Tala om för eleverna att de i nästa lektion ska börja svara på sina frågor och att de kommer att få information om de saker som de måste känna till för att lösa problemet med att utforma och konstruera en dammsugare. Be eleverna att ta med sig hårtorkar till nästa lektion. De ska bara titta på hårtorkarna och inte plocka isär dem 14

15 Lektion 2 Vad behöver vi veta? Ta reda på mer om elektricitet Tidsram: 60 minuter (80 minuter med extra aktiviteter) Mål: i den här lektionen ska eleverna lära sig om elektriska kretsar och strömmens riktning hur man använder batterier, små motorer och fläktar om de olika delarna i en hårtork som en inledning till att konstruera en dammsugare. Resurser (för 30 elever) 1-6 hårtorkar 30 små motorer 1,5-3V 30 batterier 4,5V eller 3x1,5 V Papper Kartong (valfritt)) Pappersklämmor (valfritt) 2-3 sidavbitare (valfritt) 2-3 avbitartänger (valfritt) Kabel Gem Förlängningssladd Gummiband Förberedelser Förbered materialet Kontrollera batterierna Be eleverna att ta med hårtorkar Arbetsmetod Enskilt och i grupper Viktiga begrepp i den här lektionen Att förstå vilka delar som är viktiga i en dammsugare Att förstå varför och hur delarna kan sättas ihop Kontext och bakgrund Fråge -delen i konstruktionsprocessen leder till en undersökning av en hårtork. I den här undersökningen lär sig eleverna hur motorer fungerar med elektricitet, om strömflöde och hur de kan konstruera en fläkt. Dessa kunskaper kan de senare använda när de ska utveckla sin konstruktion av en dammsugare. 15

16 2.1 Inledande aktivitet - en hårtork - små grupper - 20 minuter Börja med att förklara varför de ska titta på en hårtork när konstruktionsutmaningen är att bygga en dammsugare. (Det är mer praktiskt i mindre skala, men den tekniska konstruktionen är delvis den samma som i en dammsugare) Varje grupp behöver en hårtork, men ha en i reserv för att visa eleverna de viktiga delarna. Låt eleverna, i grupper om 4-5, titta på hårtorkarna (utan att ta isär dem), undersöka dem och ställ frågor till dem som: Vad kan de se? Vilka delar behövs för att hårtorken ska fungera? Läraren måste peka ut följande delar, och ställa frågor som t.ex. vad är den här till för? Var finns den? Värmeelement - vad är det till för? Värme genereras av värmeelementet och överförs till luften. En fläkt - vad är den till för? Fläkten används för att åstadkomma luftflöde i hårtorken. En motor - vad är den till för? Var finns den? Den lilla elektriska motorn roterar vilket får fläkten att snurra. Kablar - Vad är de till för? Att överföra den elektriska strömmen. Strömbrytare - vad är den till för? Basmodeller har två strömbrytare, en för att stänga av och på dem och en för att kontrollera hastigheten på luftflödet. En del modeller har en extra strömbrytare som man kan reglera luftflödets temperatur med. Elektricitet - vad är den till för? Att ge ström som gör att den lilla elektriska motorn kan rotera som sedan får fläkten att snurra. Hus/hölje - vad är det till för? Alla hårtorkar har någon slags värmesensor som utlöser överspänningsskyddet och stänger av motorn när temperaturen stiger för mycket. Men det syns inte från utsidan. Läraren skriver upp alla delar som eleverna föreslår på whiteboardtavlan. Figur: hårtork. Figur: baksidan på en hårtork. Här är några bilder på en isärplockad hårtork och delarna - motorn och fläkten som sitter ihop med motorn.

17 Figur: fläkt inuti en hårtork. Figur: motor inuti en hårtork. 2.2 Att få igång motorn - enskilt - 10 minuter Viktigt! Innan ni börjar Läraren förklarar skillnaden mellan att använda spänning från väggen och från ett batteri och det viktiga budskapet är att: elever får aldrig experimentera med ström från väggen. Batterierna är endast på 4,5V och i väggen är det 230V. Så säkerhet är av största vikt när man arbetar med elektricitet. Men när de arbetar med batterier är det ingen fara. Ge alla elever en motor och ett batteri. Se om de kan få igång motorn. Batteripolerna måste kopplas till motorns kontaktpoler för att få en hel elektrisk krets. Figur: batteri och motor i kontakt. Figur: motor med kablar på kontaktpoler. När läraren ser att alla har fått igång motorn vet de att eleverna har lärt sig hur man kopplar ihop batterierna med motorn. Fråga eleverna varför den börjar arbeta när den kopplas ihop med batteriet. Klargör för eleverna att: Batteriet har två poler, en negativ och en positiv. När motorn och batteriet är rätt kopplade kan strömmen passera till motorn och den börjar arbeta. De har nu en hel strömkrets. En hel strömkrets är en sluten bana genom vilken en elektrisk ström flödar eller kan flöda. Om strömkretsen bryts får ingen av komponenterna ström. Historiskt sett har strömflöde definierats från den positiva till den negativa polen. (Negativt laddade elektroner i en elektrisk krets rör sig i motsatt riktning). Som en förenkling sägs det att elektriciteten går från den positiva till den negativa polen. 17

18 2.3 Göra en fläkt - enskilt - 20 minuter Nu ger läraren alla elever ett halvt A4-papper. Be eleverna att skapa en kraft genom att göra en pappersfläkt. (De kan vika eller dela pappret och sedan fästa det på motorn.) Fläktens konstruktion är inte viktig så länge den blåser luft. Se bilderna nedan. Låt eleverna titta på andra gruppers konstruktioner för att få idéer om hur fläkten kan se ut. Figur: ett slags fläkt. Figur: motorn i kontakt med batteriet. Om bladen i pappersfläkten ramlar av tar man två små gummiband, gör ett litet hål med en nål i det första gummibandet och sätter fast det på motorn, för att sätta fast fläkten använder man ett annat gummiband. I den här övningen använder eleverna endast papper som material. Fokus ligger på hur skillnaderna i konstruktionen förändrar fläktens effektivitet. I konstruktionen av dammsugaren kan eleverna använda andra material. Motorn kan leda elektricitet i båda riktningarna men den snurrar i olika riktningar när polerna skiftas. Be eleverna att se om de kan få fläkten att snurra i motsatt riktning. Ge dem ett tips, skifta poler så att strömmen går i den andra riktningen. 2.4 Göra en strömbrytare - små grupper - 20 minuter (extra aktivitet) Resurser (för 30 elever) o 6-8 små motorer 1,5-3V (en per grupp) o 6-8 batterier 4,5V eller 3x1,5 V o Kartongbitar o Kabel o Gem o Pappersklämmor o 2-3 sidavbitare (valfritt) o 2-3 kabelskalare Eleverna vet nu hur man gör en hel strömkrets med en motor och ett batteri. Låt dem först göra en hel strömkrets med batteri, kablar och motorn. Sedan kan de göra en strömbrytare så att de kan sätta av och på motorn. 18

19 Ta kartongbitar. Gör två hål i kartongen så att gem och pappersklämmor kan fästas. Titta på bilden. Fäst kablarnas två lösa ändar, en i varje gem. Flytta gemen så att de kan röra/inte kan röra varandra. På det här sättet är det möjligt att sätta på och av motorn. Figur: en strömbrytare i en hel strömkrets. På den här bilden ser vi en glödlampa istället för en motor. 2.5 Avslutning - helklass - 10 minuter Sammanfatta lärandemålen. Diskutera med eleverna: Har de lärt sig hur man använder batterier, små motorer och fläktar? Kan de känna igen och beskriva de olika delarna i en dammsugare? Sammanfatta hur man gör en hel strömkrets och i vilken riktning strömmen går. Läraren kan också visa hur vi använder symboler för att beskriva strömkretsar med olika elektriska komponenter: Här är några symboler: M Motor Här är schemat för motor, batteri och strömbrytare: Glödlampa Kraftkälla Strömbrytare 19

20 Lektion 3 Nu bygger vi! Konstruera och bygg din egen dammsugare. Tidsram: 95 minuter (110 med extra aktiviteter) Mål: i den här lektionen ska eleverna lära sig hur en motor med en fläkt kan användas för att flytta luft genom ett rör betydelsen av grupparbete för kreativa lösningar på ett utmanande problem att använda utvecklingsplanen för att lyckas bygga en fungerande dammsugare. Resurser (för 30 elever) 10 motorer (1,5V-3V) 10 batterier (3*1,5V eller 4,5V) Batteribox (beroende på batterier) Arbetsblad 1. Utvecklingsplan. Arbetsblad 2. Kabel (massiv kärna) 10 plastflaskor Kartong med olika tjocklek och utseende Klubbpinnar Skumgummi Gem Gummiband (breda) Skräp från en hålslagare 1 Såg 1 Limpistol 1-2 Kabelskalare 1-2 sidavbitare (valfritt) Tejp 6 saxar Förberedelser Gör kopior av arbetsblad 2 Ha konstruktionsmaterialet till hands Arbetsmetod I små grupper med 2-3 elever Viktiga begrepp i den här lektionen Använda den tekniska konstruktionsprocessen för att skapa en dammsugare Kontext och bakgrund Eleverna arbetar i grupper enligt steg som kallas den tekniska konstruktionsprocessen för att konstruera en dammsugare. Fokus för den här lektionen ligger på att eleverna ska skapa en produkt för att lösa problemet. Hänvisa till berättelsen/serien i lektion 1. På den här lektionen går eleverna igenom stegen föreställa sig, planera, skapa och förbättra. De använder kunskaperna från lektion 2 för att möta utmaningen. 20

21 3.1 Inledande aktivitet - helklass - 5 minuter Fråga eleverna: Hur kan vi nu använda vad vi vet om elektricitet, batterier, motorer och fläktar och vår egen kreativitet för att konstruera och bygga vår egen dammsugare? Den här lektionen är uppbyggd kring den tekniska konstruktionsprocessen så se till att eleverna har sin utvecklingsplan till hands från de två tidigare lektionerna. Gå tillbaka till berättelsen och problemet från lektion 1. Tala om för eleverna att nu är det dags att för konstruktionsutmaningen. Berätta sedan för dem om konstruktionsutmaningen. Aktiviteten går ut på att eleverna bygger och konstruerar en dammsugare i grupper. Dela in klassen i grupper, 4-5 elever i varje grupp, och försök att få olika kön och förkunskaper i varje grupp. Uppgiften är klar när dammsugaren suger upp något skräp. Berätta för eleverna om konstruktionsutmaningen, och börja sedan arbeta enligt stegen i den tekniska konstruktionsprocessen, utvecklingsplanen. Det är viktigt att eleverna redogör för sitt arbete i utvecklingsplanen. De kan även ta bilder av sina framsteg medan de konstruerar dammsugaren. 3.2 Utmaning i teknisk konstruktion - fråga, föreställa sig och planera stegen - små grupper - 15 minuter Fråga - vad behöver eleverna veta? Till exempel: Vilket material kan de använda? Vilket slags skräp kommer deras dammsugare att kunna suga upp? Kriterier: Dammsugaren måste fungera med batterier och motorn, men eleverna kan använda andra material som plastflaskor etc. Kriterierna för framgång är: Om den kan suga upp damm eller pappersbitar från hålslagaren, är den en framgång. Föreställa sig - be eleverna att föreställa sig olika lösningar såsom dammsugarens storlek, utrymme, placering av batteriet, etc. Ge dem en lista med material som de kan använda. Diskussionsstadiet är viktigt. Planera - låt varje grupp bestämma sig för en lösning och börja planera för dess konstruktion. Berätta för eleverna att de inte måste skapa filter eller en dammpåse, det räcker om de kan få in dammet i höljet. Tips och varning! - Byggstadiet kan vara rätt så utmanande för eleverna. Det är bra om läraren bygger en dammsugare innan lektionen och har den där så att eleverna kan se hur den färdiga produkten kan se ut. Men poängtera att deras sätt att göra saker och ting på är viktigt. Det finns mer än ett sätt att bygga en dammsugare på. Innan aktiviteten påbörjas bör läraren visa hur man sätter ihop material. Vårt förslag är att läraren visar hur man kan fästa motorn. Se exemplen nedan under punkt 4.Läraren bör även visa hur man använder verktyg på ett säkert sätt: Visa hur eleverna kan skära i en plastflaska. Var försiktiga när ni använder saxar och sågen. Båda är vassa. Påminn eleverna om hur man använder avbitarna och kabelskalarna.

22 3.3 Konstruera och skapa - små grupper - 60 minuter Skapa - varje grupp bör konstruera och göra en dammsugare. Påminn eleverna om att de kan dokumentera sina arbeten/framsteg med fotografier. Skyddet/ huset/höljet Höljet kan göras av olika slags flaskor. Låt eleverna bestämma utformningen av höljet. Enklast är att med en sax eller kniv skära till mjuka plastflaskor, t.ex. vatten-/läskflaskor. Men man kan använda alla slags runda plastflaskor. För att göra ett hål kan eleverna använda en sax eller såg. Figur: klippa av flaskan. Konstruera en fläkt och fästa den på motorn Fläkten kan göras av olika sorters material. Ett material som är lätt att arbeta med och lätt att justera är kartong. Kartongen kan ha olika tjocklek och utseenden: den kan vara från en förpackning som flingpaket, etc. Låt eleverna konstruera fläkten och sedan sätta fast den på motorn. Om fläkten lossnar från motorn kan de använda bitar av gummiband och tejp för att sätta fast den. Testa fläkten Låt eleverna prova fläkten och motorn innan de börjar fästa motorn på höljet. Här kan eleverna använda sina tidigare kunskaper för att koppla motorn till batterierna. Om fläkten passar in i höljet och börjar suga upp damm eller partiklar kan de fortsätta. Om den inte suger utan istället blåser provar de med att byta poler i anslutningen till batteriet. Sedan kommer motorn att snurra åt andra hållet och förhoppningsvis suga istället för att blåsa. Om fläkten är för stor måste eleverna justera fläkten innan de fortsätter. Om man håller en hand på baksidan av höljet kan man känna vad som händer. Figur: att testa dammsugaren. 22

23 Att fästa motorn Det finns många sätt att fästa motorn. Gruppen kan hålla motorn med fingrarna eller så kan de fästa motorn på höljet. Här är några exempel på hur de kan fästa den. Figur: dammsugare med klubbpinnar och lim. Figur: dammsugare med skumgummi. Tips - Kom ihåg att luft måste kunna passera genom höljet: om det behövs gör man några små hål så att luften kan passera Figur: små hål så att luften kan passera. Fäst batteriet/batteriboxen Batteriet/batteriboxen kan fästas på utsidan av flaskan. Eleverna kan använda sina kunskaper om att skala kablar och koppla samma batteriet med motorn. 23

24 Figur: batteriet kan fästas på utsidan av flaskan. Göra en strömbrytare (valfritt tillägg 15 minuter) Eleverna kan konstruera en strömbrytare som kan användas för att sätta på och stänga av dammsugaren. Här kan eleverna använda sina tidigare kunskaper om strömkretsar (slutna eller öppna) och material som kan/inte kan leda elektricitet. Figur: dammsugare med en strömbrytare. Förbättra - be grupperna att diskutera hur bra det har gått för dem och om det finns några tydliga förbättringar de kan göra. Påminn eleverna om att fylla i Arbetsblad 1 och utvecklingsplanen om de har några förbättringar eller nya idéer eller frågor. 3.4 Avslutning helklass - 10 minuter Sammanfatta lärandemålen. Diskutera med eleverna vad de har lärt sig om hur en dammsugare fungerar, hur en motor med en fläkt kan användas för att flytta luft genom ett rör och hur man utformar och testar olika lösningar för en dammsugare. När eleverna har gjort klart sina konstruktioner får de städa klassrummet. Berätta sedan för dem att nästa lektion kommer de att få visa sina konstruktioner för hela klassen. 24

25 Lektion 4 Hur gick det? Klarade de utmaningen? Tidsram: 75 minuter Mål: i den här lektionen ska eleverna lära sig att det finns olika sätt att lösa ett tekniskt problem, att granskning och utvärdering enligt kriterier är viktiga aspekter av utvecklingsplanen, att framgångsrik teknik bygger på goda naturvetenskapliga kunskaper. Resurser (för 30 elever) deras konstruerade dammsugare Förberedelser Eleverna måste ta med sig sina dammsugare från den förra lektionen Arbetsmetod Arbeta i grupper och i helklass Viktiga begrepp i den här lektionen I den här lektionen ska eleverna tänka över och analysera utvecklingsplanen och de föremål de skapat enligt de beslutade kriterierna. De reflekterar också över de naturvetenskapliga begrepp som de har använt. Kontext och bakgrund I den här lektionen utvärderas processen och produkten. Klarade de utmaningen? Och hur använde eleverna de kunskaper i naturvetenskap de skaffat sig och hur arbetade de med konstruktionscykeln. Nu ska de också presentera sin lösning på problemet och känna sig stolta över vad de har lärt sig och skapat. 25

26 4.1 Inledande aktivitet - helklass - 5 minuter Varje grupp har en dammsugare som de har konstruerat och byggt. På den här lektionen diskuterar klassen sina olika lösningar och utvärderar produkterna. Läraren måst tala om för eleverna hur de ska göra sin presentation för klassen och hur mycket tid varje grupp har. 4.2 Presentation av arbetet - helklass - 60 minuter Varje grupp ska berätta för resten av klassen om sin dammsugare. Läraren kan stödja diskussion med följande frågor: Finns det något mer ni kan förbättra? Hade någon problem med att få in tillräckligt med luft i dammsugaren? Var kommer luften in och ut? Måste luften komma ut? Varför förs dammet in i dammsugaren? Hade någon problem med riktningen på luftflödet? Hur löste ni det? Vad är den största skillnaden mellan en hårtork och en dammsugare? Hur stänger man av och på dammsugaren? Har alla samma lösning eller finns det olika lösningar? Varför startar och stannar dammsugaren? Varför har de flesta dammsugare en dammpåse och filter? Korrekta ord och uttryck som eleverna ska använda: Strömbrytare Motor Fläkt Elektriska kablar Batteri Strömkrets 4.3 Avslutning - helklass - 10 minuter Sammanfatta lärandemålen. Diskutera med eleverna vad de har lärt sig om olika sätt att lösa problem med hjälp av utvecklingsplanen. Vad har de lärt sig genom att göra en dammsugare? Har de förstått något som de inte förstod innan? Diskutera vilka kunskaper i naturvetenskap de har fått och tillämpat när de konstruerade sin dammsugare. Till sist, har enheten inspirerat dem att arbeta som elingenjör? 26

27 Bilagor Cykel för teknisk konstruktion 27

28 Berättelse för att skapa en kontext Du har just haft en fantastisk skolavslutningsfest i ditt klassrum. Tyvärr användes massor med konfetti och rummet är väldigt stökigt. Lokalvårdaren är på semester och har tagit med sig all städutrustning. Det finns varken sopskyffel eller borste och det verkar som om städningen kommer att ta lång tid. Du har hittat några motorer, elektriska kablar, batterier och papper i förrådet för naturvetenskap. Du har även hittat flera tomma plastflaskor efter festen. En av eleverna föreslog att du kunde använda en hårtork för att blåsa bort all konfetti, men det skulle bara skapa ännu större röra! Kan du bli en elingenjör för att konstruera, bygga och testa en passande städapparat som kan suga upp allt skräp så att du hinner hem innan det blir allt för sent? 28

29 Arbetsblad 1 Lektion 0 Teknik? 29

30 Arbetsblad 1 Lektion 0 - Teknik? - Lärarkommentarer Bilderna på arbetsbladet ska stödja elevernas diskussion om vad teknik är, vad ingenjörerna är och vem som kan hålla på med olika sorters teknik. Bilderna på spindeln och snigeln utgör några intressanta utmaningar. Eleverna kan till exempel besluta att spindeln konstruerar ett nät, och det kan föra vidare till andra konstruktionsexempel (som en bäver som bygger en damm). En sak som är intressant att framhålla är att det är vanligare att tänka på teknik med avseende på den konstruerade världen. Men vi kan lära oss av att studera naturen och miljön. Till exempel har det material som spindlar använder för att göra ett nät inspirerat till ett mycket starkt material (Kevlar) som har många användbara egenskaper. På liknande sätt har snigeln utvecklat en användbar strategi för att ta sig fram över ojämna ytor som skyddar dess mjuka kropp från att skadas. En intressant fråga är om detta skulle vara användbart för att lösa ett problem i den mänskliga världen (ett bra exempel är kardborrband som har utvecklats från de taggiga frukterna på växten). Leksakerna kan anses vara tekniska eftersom de är exempel på tillämpning av kamskivor, men det är intressant att fråga vilka material de kan göras av och vem som faktiskt gör dem. Det här leder troligtvis till några könsrelaterade frågor (många i klassen kanske tycker att leksaker görs för barn av leksakskonstruktörer som är män). En liknande fråga kan komma upp när eleverna diskuterar det stickade plagget och den tillagade måltiden - eleverna kan tycka att de endast görs av kvinnor, och att de inte är en teknisk produkt. En del av bilderna på skulpturerna och konstverken kanske inte uppfattas som tekniska och utan något riktigt praktiskt syfte. Det här väcker frågan om sambandet mellan teknik och konst och om ett konstruerat föremål måste ha ett praktiskt syfte för att räknas som teknik. Bilderna ska stimulera engagemang och dialog om teknik. Det här kan leda till en diskussion om vad som ingår i teknik där du om du vill kan introducera cykeln för teknisk konstruktion. 30

31 Arbetsblad 1 Lektion 1-4- dokumentation av utvecklingsprocessen Namn: Datum: Fråga Vad är problemet? Vilka är behoven? Vad har andra gjort? Föreställ er Vilka är restriktionerna? Vilka möjliga lösningar kan det finnas? Brainstorma idéer. Välj den bästa. Planera Rita diagram/bild/skiss eller skriv ner era idéer. Gör en lista på material som ni kommer att behöva. Skapa. Följ er plan och skapa den. Förbättra Testa den. Gör förbättringar, gör er konstruktion ännu bättre. Testa den. 31

32 Fråga Skriv ner alla era frågor och svar. Föreställ er Brainstorma. Vilka lösningar kommer ni på? Hur ska ni konstruera er dammsugare? Vilka delar kommer ni att behöva använda? Hur ska ni koppla ihop delarna? Storlek? Praktiska lösningar? etc. skriv ner/rita era idéer. 32

33 Planera Rita en bild/sketch/diagram av er bästa idé från steget föreställa sig. Förklara detaljerna och skriv en lista med material ni behöver för att konstruera den. Skapa. Tips! Ta bilder under konstruktionsfasen. Testa! Vad hände när ni testade er konstruktion? Vilka delar fungerade bra? Hur vet ni det? Vilka delar fungerade inte? Varför? Hur kan ni förbättra er konstruktion? Förbättra Vilka delar av er konstruktion måste förbättras? Hur vet ni det? Rita/skriv ner eller ta bilder av er förbättrade konstruktion. Beskriv förbättringarna 33

34 Arbetsblad 2 Lektion 3 - konstruera och bygg er egen dammsugare Namn: Datum: a. Ha er utvecklingsplan till hands med stegen fråga, föreställa sig och planera. b. Nu är det dags att skapa, att bygga er egen dammsugare. Nedan finns en beskrivning ni kan följa. Men gör gärna er egen konstruktion. c. Kom ihåg att dokumentera varje steg i byggprocessen, antingen genom att skriva ner det eller ta foton. d. Om ni behöver göra förbättringar, har nya idéer om konstruktionen eller om ni har fler frågor som behöver besvaras innan ni kan fortsätta konstruera eller under själva konstruerandet, så titta på utvecklingsplanen och gå tillbaka till det steget och skriv ner det (dokumentera). e. Uppgiften är klar när dammsugaren suger upp något skräp. 1. Skyddet/huset/höljet Höljet kan göras av olika sorters flaskor. Välj en flaska som er grupp enats om under planeringen och börja forma den. För att göra det första hålet kan ni även använda en såg och sedan en sax. Var försiktiga! Saxar och sågar är vassa. 34

35 2. Konstruera en fläkt och fästa den på motorn Konstruera en fläkt och sedan fästa den på motorn Om fläkten lossnar från motorn kan ni använda bitar av gummiband på båda sidor av fläkten. 3. Testa fläkten Prova fläkten och motorn innan ni börjar fästa motorn på höljet. Koppla samman batterierna med motorn. Om fläkten passar i höljet och den börjar suga upp små pappersbitar kan ni gå vidare till nästa punkt, 4. Om den inte suger utan istället blåser kan ni prova med att byta poler i anslutningen till batteriet. Om fläkten är för stor måste ni justera fläkten innan ni fortsätter. 4. Att fästa motorn Det finns många sätt att fästa motorn. I gruppen kan ni välja att antingen hålla i motorn med fingrarna eller så kan ni fästa motorn på höljet. Kom ihåg att luften måste kunna passera igenom materialet och att ni kanske måste göra små hål. Försök hålla handen på baksidan av höljet för att se vad som händer. 5. Fäst batteriet/batteriboxen Batteriet/batteriboxen kan fästas på utsidan av flaskan. Använd era kunskaper för att förstå hur ni ska koppla ihop kablarna. Kom ihåg att dokumentera ert arbeta och fylla i arbetsblad 1 och utvecklingsplanen varje gång ni kommer på en ny idé, en annan lösning och/eller förbättring. När ni är nöjda med ert arbete kan ni utveckla/göra en strömbrytare till er dammsugare 6. Att göra en strömbrytare (valfritt) Använd era kunskaper om strömbrytare och gör en till er egen dammsugare. 35

36 Naturvetenskapliga kommentarer för lärare om elektricitet och dammsugare Några viktiga naturvetenskapliga begrepp, kunskaper och färdigheter som ingår i Lektion 2 att konstruera en enkel strömkrets som innehåller batteri, kablar, en motor (och fläkt) och en strömbrytare en hel strömkrets behövs för att en elektrisk ström ska flöda batteripolerna måste kopplas till motorns kontaktpoler för att få en hel elektrisk krets. batteriet har två poler, en negativ och en positiv. att använda en enkel elektrisk krets med en motor för att få en pappersfläkt att rotera konstruktionen på fläkten kan förändra dess effektivitet motorn kan leda elektricitet i båda riktningarna och snurrar i olika riktningar när polerna skiftas. om kretsen bryts får ingen av komponenterna ström och de kommer inte att fungera. det är skillnad mellan huvudspänning (230V) och batterispänning (4,5V) symboler och diagram används för att beskriva enkla elektriska kretsar. Vad är elektricitet och vilka material leder elektricitet? Det grekiska ordet för bärnsten är elektron, varifrån ordet elektricitet kommer. Grekerna roade sig med att gnugga en stång av bärnsten med en duk och sedan plocka upp fjädrar, löv, etc. men de visste inte varför detta hände. Elektricitet är en form av energi. Det är flödet av negativ laddning som orsakas av elektronernas rörelse. Allt material är gjort av atomer. En atom består av en kärna (atomkärna) och skal. Atomkärnan består av positivt laddade protoner och neutrala neutroner. Runt om detta finns skal av elektroner som rör sig och är negativt laddade. Om du vill veta mer om detta kan du titta på webbplatsen nedan: I en atom finns det lika många protoner som elektroner, vilket innebär att den är neutral. När kraftbalansen mellan protoner och elektroner störs av en kraft utifrån kan en atom få eller förlora en elektron. När elektroner försvinner från en atom utgör dessa fria elektroners rörelse en elektrisk ström. I några material, som vatten och metall, rör sig elektronerna lätt genom materialet. Dessa är bra ledare för elektricitet. I koppartråd till exempel är några elektroner inte bundna till specifika atomer och kan röra sig fritt i ett hav av elektroner. Därför är koppartråd bra för att göra kretsar. I andra material, som plast och bärnsten, rör sig elektronerna inte lika lätt, och följaktligen möjliggör de inte något elektriskt strömflöde. Elektricitet kan omvandlas till värme, ljus och rörelse. Elektricitet kan användas för att kontrollera teknik. Den kan stängas av med strömbrytare och den kan även överföra energi över långa avstånd. Men i princip kan vi inte lagra elektricitet. Om enkla elektriska kretsar En enkel krets är en sluten bana inom vilken elektroner rör sig. Om man tänker sig en enkel krets gjord av ett batteri, en apparat eller komponent (som en motor eller en glödlampa) sammankopplade med trådar: Vad är det som får elektronerna att röra sig? I ett batteri åstadkommer en kemisk reaktion en ackumulering av elektroner vid en pol ( anoden) och en relativ brist på elektroner vid den andra polen (katoden). Detta leder till en elektrisk skillnad mellan de två 36

37 polerna (potentialskillnad). När batteriet ansluts orsakar denna skillnad ett flöde av negativ laddning från en pol till den andra (anod till katod). Detta flöde med elektrisk ström är en följd av att elektroner är negativt laddade och därför kommer att stöta bort varandra, så att de rör sig mot en plats där det finns mindre negativ laddning (slutligen katoden som är positivt laddad). Varje komponent eller apparat i en krets kommer att skapa ett motstånd mot flödet av negativ laddning. Den negativa laddningens rörelse genom komponenten kommer att leda till energiöverföring (en glödlampa lyser, en motor roterar, och båda blir varma). Batteriet är drivkraften i kretsen och till slut är de kemikalier som orsakar laddningsseparationen i batteriet förbrukade och batteriet är slut. Ström, spänning, motstånd och effekt Ström är flödet av elektroner och följaktligen flödet av negativ laddning i en krets. Ju större elektronrörelse, desto mer ström. Ström mäts i ampere (A) och kan definieras som hastigheten på strömflödet. Det är ett mått på den mängd elektrisk laddning som passerar en punkt i en elektrisk krets per tidsenhet. Historiskt sågs strömflöde som en rörelse från den positiva polen i en krets till den negativa polen. Rörelsen av negativt laddade elektroner i en elektrisk krets går egentligen i motsatt riktning (från den negativa till den positiva). Strömmen börjar flöda så snart batteriet ansluts och strömbrytaren sluts. Strömmen är den samma oavsett var någonstans i kretsen man mäter. Spänning är skillnaden mellan laddningar. Spänning mäts i volt (V). Varje batteri har en viss märkspänning (i lektion 2 använder vi batterier på 1,5V och 4.5V). Märkspänningen anger skillnaden i laddning mellan batteriets poler. Ju större skillnad, desto större impuls kan batteriet ge (ett batteri på 4,5V ger 3 gånger så stor impuls som ett batteri på 1,5V). Denna skillnad (eller impuls ) får elektronerna att röra sig för att försöka utjämna dessa skillnader. Ett mer passande namn för spänning är potentialskillnad. Motstånd i en krets hämmar strömflödet och gör att elektronerna rör sig långsammare. Alla apparater eller komponenter (som en glödlampa eller motor) ger upphov till motstånd i strömflödet. Om en apparat ska fungera måste impulsen från batteriet vara tillräckligt stark för att övervinna det motstånd som apparaten skapar. Det innebär att apparater vanligtvis har en märkspänning som måste passas ihop med ett batteri med lämplig märkspänning. Motstånd mäts i ohm (Ω). Effekt avser hastigheten på energiöverföringen. Ljuskällor som vi använder i våra hem har en märkeffekt i watt (W). En watt motsvarar en joule energi per sekund. Om dammsugare Namnet dammsugare är ganska avslöjande för att förstå hur maskinen fungerar: dammsugare fungerar ju just med sugkraft. Faktum är att dammsugare är ett bättre ord än det engelska vacuum cleaner eftersom det inte förekommer något vakuum. Den mekaniska / elektriska delen är egentligen en stark motor som blåser ut luft, vanligen bak- eller upptill på dammsugaren. Detta skapar sugkraft i motsatt del (där dammet sugs in). Alla dammsugare fungerar enligt samma princip...om man fäster en motor som blåser ut luft (d.v.s. en fläkt) på en ände av ett föremål som har en öppning i andra änden så kan det fungera på samma sätt. Den får luft att först strömma in i föremålet med hjälp av en fläkt och sedan ut genom ovan- eller baksidan på föremålet. Om du vill veta mer om hur dammsugare fungerar kan du titta på dessa webbsidor: Ett problem med sugkonstruktionen är att filter alltid täpps till. Moderna dammsugare övervinner detta genom en konstruktion som bygger på virvelprincipen. Mer information om detta på: 37

38 Några elevers föreställningar om elektricitet och enkla elektriska kretsar Barns föreställningar om naturen kommer från deras vardagliga upplevelser. De kanske inte återger den rådande vetenskapliga uppfattningen men de innehåller vanligtvis förståndiga tankegångar som bygger på observation och interaktion. Det är troligare att man förändrar barns uppfattningar om man ger dem möjlighet att utmana sitt tänkande genom aktiviteter än om man berättar om fakta för dem. Men detta utgör en betydande pedagogisk uppgift. Det är ytterst krävande för lärande på alla nivåer och i alla åldrar att anamma nya föreställningar om en viss företeelse, särskilt när de tycks strida mot det sunda förnuftets slutsatser. Även om vi genom undersökningar har vissa insikter i de föreställningar eleverna troligen har inom vissa naturvetenskapliga begreppsområden så har eleverna ofta svårt att ge uttryck för sitt tänkesätt så att det finns anledning att vara försiktig när man gör antaganden om deras slutsatser. Detta belyser vikten av att ge barn möjlighet att diskutera sitt tänkesätt. Föreställningar om elektricitet Barn är i allmänhet väl medvetna om de många användningsområdena för fast elektricitet i vardagslivet, särskilt för att åstadkomma värme, ljus och rörelse (1). Det är också troligt att de har vissa kunskaper om farorna med fast elektricitet men det är viktigt att utveckla detta i lektion 2. En del förknippar snarare elektricitet med nätet istället för med batterier, men de flesta vet att batterier är viktiga för att få apparater att fungera (som leksaker). Allen (2) menar att elever skapar föreställningar som liknar vuxnas uppfattning av energi. Batteriet avger en del av sin kraft (som eleverna har olika namn för som: elektricitet, energi, effekt, kräm) till apparaten för att få den att fungera. Kraften förbrukas av apparaten och när batteriet inte har någon kraft fungerar det inte längre och är dött. I Nuffield Primary Science Teachers Guide (1) ges exempel på många olika lågstadieelevers föreställningar om vad elektricitet är. Till dessa hör att den är osynlig, färdas mycket snabbt och är flytande. Ett barn säger: Elektricitet är som magi. Eftersom principen med elektroner och negativ laddning troligen är för krävande för elever i den här åldern kan läraren kanske tolerera de olika föreställningarna om vad elektricitet är, samtidigt som man framhåller föreställningarna om strömflöde i kretsen. Föreställningar om en enkel krets I denna uppgift krävs det att eleverna vet att det behövs en sluten krets för att få en apparat (motorn) att fungera. Detta innebär praktisk erfarenhet av att bygga kretsar, se till att anslutningar görs med omsorg och att resultaten observeras. Medan vissa elever vet att ett batteri har två anslutningar är andra kanske inte medvetna om att komponenter som en motor också har två anslutningar, eller att skifte av anslutningarna på motorn får motorn att snurra åt motsatt håll. De behöver även förstå och undersöka uppkomsten av brott i kretsen. I lektion 2 ges tillfälle att utveckla tekniska färdigheter i att bygga enkla kretsar. Det är skillnad mellan att veta hur man ansluter komponenter för att göra en hel krets och att förstå varför detta händer. Att förstå varför är mycket mer krävande. Undersökningar visar att elever har många olika förklaringar till hur enkla kretsar fungerar (3). Figur 1 visar vilka anslutningar som behövs för att skapa en hel krets för att få en glödlampa att lysa. Figur 1. En hel krets för att få en glödlampa att ysa batteri _ + Tråd A Tråd B Glödlampa 38

39 Ibland har barn en enpolig modell där de tror att endast en tråd är aktiv. Det är förståeligt eftersom ju fast elektricitet bara tycks ha en tråd. Enligt denna uppfattning ses tråd A (i figur 1) ofta som den aktiva tråden eftersom eleverna tänker sig att elektricitet kommer från den positiva polen på batteriet. Även om de får veta att den andra tråden behövs för en hel krets kan de fortfarande tro att den inte har en aktiv roll för att få glödlampan att lysa. En del elever ser det som att elektricitet flödar från båda polerna på batteriet. De kan tro att det är två olika slags elektricitet som möts vid glödlampan och får den att lysa ( en modell med kolliderande strömmar ). Andra kan sitta inne med modellen förbrukad ström där de tror att den återvändande tråden har mindre elektricitet eftersom en del har förbrukats av glödlampan (tråd B innehåller mindre elektricitet än tråd A). I den vetenskapliga modellen bevaras strömmen i kretsen och båda trådarna har samma strömflöde (tråd A = tråd B). Många elever tycker inte att detta stämmer eftersom de drar slutsatsen att något måste förbrukas vid glödlampan. För att förstå varför strömmen bevaras måste eleven förstå att energi överförs vid komponenten (glödlampan, motorn etc.). Den negativa laddningens rörelseenergi överförs som rörelse, ljus och värme när komponenten arbetar. Glödlampan lyser eller motorn snurrar och båda blir varma. Detta är en abstrakt föreställning som står i strid med intuitionen och som är mycket utmanande. Lärare i naturvetenskap använder sig ofta av analogier som hjälp för eleverna när de förklarar sina observationer. Asoko och de Bóo (4) föreslår en rad analogier som exemplet med en cykelkedja där batteriet utgörs av den person som trampar cykeln och glödlampan (eller motorn) utgörs av cykelhjulet. Hjulet snurrar och glödlampan lyser. Att strömmen bevaras åskådliggörs med kedjan i rörelse som inte förbrukas. Alla analogier har dock sina begränsningar som lärare måste vara medvetna om. I cykelanalogin har varken trådarna eller energin någon fysisk representation. Läraren måste använda sig av sitt professionella omdöme för att avgöra vad som är lämpligt för eleverna. För syftena med den här uppgiften kanske läraren inriktar sig på den tekniska utmaningen att bygga kretsar. En del elever behöver mycket erfarenhet av att bygga kretsar med olika komponenter innan de kan generalisera föreställningen om en hel krets. I lektion 2 ges tillfälle att utveckla principerna om flöde i kretsen och energiöverföring i form av rörelse och värme vid motorn. Dessutom bidrar möjligheten att bygga och lägga till strömbrytare till insikten om en hel krets. Referenser (1) Nuffield Primary Science: Teachers Guides (Ages 7-12): Electricity and Magnetism (1995) HarperCollins Publishers: London (2) Allen, M. ( 2010) Misconceptions in Primary Science. Open Univesrity Press: Berkshire, England (3) Driver, R., Squires, A., Rushworth, P. & Wood-Robinson, V.(1994) Making Sense of Secondary Science. Routledge : London. (4) Asoko, H. & de Bóo, M. (2001) Analogies & Illustrations: representing ideas in primary science. Association for Science Education: Hertfordshire. 39

40 Partner Bloomfield science Museum Jerusalem The National Museum of Science and Technology Leonardo da Vinci Science Centre NEMO Teknikens hus Techmania Science Center Experimentarium The Eugenides foundation Condervatoire National des Art et Métiers- muse des arts et métiers Science Oxford Deutsches Museum Bonn Boston s Museum of Science Netiv Zvulun School Istituto Comprensivo Copernico Daltonschool Neptunus Gränsskolan The 21st Elementary School Maglegårdsskolen The Moraitis school EE. PU. CHAPTAL Pegasus Primary School KGS Donatusschule MAGLEGÅRDSSKOLEN Gentofte Kommunes skolevæsen ECSITE European Network of Science Centres and Museums ICASE International Council of Associations for Science Education ARTTIC Manchester Metropolitan University University of the West of England Det finns 10 lektionsmaterial på dessa språk: Enheterna finns på till 2015 och på 40