UNDERVISNING MED ALGODOO Nya kurs- och ämnesplanerna för grundskolan och gymnasieskolan

Transkript

2 Innehåll Om algodoo Algodoo - användning i utbildning Grundskola och gymnasieskola Årskurs 1-3 Årskurs 4-6 Årskurs 7-9 Gymnasieskola Lektion - Speglar (åk 1-6) Lektion - Regnbågen (åk 1-6) Lektion - FLyta och sjunka (ÅK 1-6) Lektion - Vältande lastbil (åk 6-9) Lektion - Gungbrädan (åk 6-9) Lektion - Friktion (åk 6-9) Om algodoo Algodoo är en lärmiljö för fysik, en programvara för 2D-simulering där användaren själv kan bygga och interagera med scener på ett lekfullt sätt. Det kan vara allt från enkla till mycket komplexa simuleringar. Simuleringarna skapas med hjälp av ritverktyg som har en låg inlärningströskel. Den resulterande simuleringen får en lekfull karaktär och användaren uppfattar det som kreativt, motiverande och spännande att bygga och analysera simuleringar. Algodoo har utvecklats av forskare och lärare med lång erfarenhet av undervisning, och de underliggande simuleringsmetoderna bygger på internationellt konkurrenskraftig forskning vid Umeå universitet och ett 20-tal vetenskapligt publicerade arbeten. Funktionalitet: skapa och editera scener med enkla ritverktyg, starta och stanna simuleringar, ångra, spara och ladda scener, interagera med simuleringen. Lägg till färgspår, visualisering av vektorer och hastigheter. Plotta grafer av energi, hastighet, position, etc. Fysik: stelkroppar, vätskor, kedjor och vajrar, gravitation, kontakter, friktion, restitution, fjädrar, dämpare, lås, gångjärn, motorer, ljusstrålar, optik. Elektricitet och elektriska kretsar är under utveckling. Hemsida och forum På Algodoo:s hemsida finns möjlighet att utforska mer: Forum för kommunikation och samarbete mellan utvecklare, användare och utbildare. FAQ och support. Lektioner, utbildningsmaterial, användarguider. Både redigerat material och material tillagt av användare finns tillgängligt. Utrymme för att dela scener (f.n. ca uppladdade användarscener) Webbshop. komma-igång guider Det finns några enkla komma-igång guider inbyggt i Algodoo som rekommenderas att genomgå första gången programmet används. Klicka på frågetecknet uppe till höger i Algodoo för att komma igång. På finns ytterligare tutorials samt informationsvideor att titta på för att lära mer om Algodoo. Träningsvideor: Algodoo goes to school video: Webinar for SMART Board :

3 Algodoo - användning i utbildning Algodoo stimulerar ett konstruktionistiskt synsätt på. Det innebär att sker genom att eleverna själva gör modeller och bygger sina simuleringar stället för att använda färdiga moduler. Den möjlighet som Algodoo erbjuder när det gäller att låta eleverna ta kontroll över sin egen situation är en viktig aspekt för att motivera till. Det intuitiva gränssnittet tillåter alla åldrar möjlighet att själva skapa scener och modeller av olika fenomen, från de mest grundläggande till de mer avancerade. En aktiv webbplats med handledningar, lektionsförlag, färdiga scener och diskussionsgrupper är ett viktigt komplement till Algodoo. Algodoo har en bred användargrupp över hela världen som bildar en viktigt resurs och utbytet av erfarenheter från användare bidrar kontinuerligt till såväl utvecklingen av användningen av Algodoo som av Algodoo själv. Grundskola och gymnasieskola Algodoos intuitiva gränssnitt kombinerat med den avancerade inbyggda fysikmodelleringen gör att verktyget kan användas i utbildning på alla stadier - från förskola till universitet. Grundskolans och gymnasiets kursplaner håller nu på att omarbetas och anpassas till den nya skolan och hur dessa kommer att se ut är inte klart i skrivande stund. Gemensamt för undervisning i naturvetenskap syftar för samtliga årskurser att eleverna ska utveckla en nyfikenhet och lust att undersöka omvärlden och stimuleras att ställa frågor om naturvetenskapliga fenomen utifrån sina egna upplevelser. Eleverna ska också utveckla en förtrogenhet med de begrepp, teorier och modeller som naturvetenskapen använder och få en förståelse hur dessa utvecklas. Viktiga aspekter av kunskaputvecklingen ligger i hur eleverna kan resonera och kommunicera kring naturvetenskapens förklaringsmodeller. Algodoo kan bidra till detta eftersom eleverna kan skapa scener utifrån sina egna erfarenheter istället för att vara begränsade till isolerade experiment. Begrepp och fenomen sätts därmed i ett sammanhang vilket stimulerar förmågan att resonera och förklara. Algodoo gynnar arbetsmetoder som fördjupar förmågan att arbeta med modeller och använda en undersökande arbetssätt och skapar en bra grund för förståelse om hur naturvetenskaplig kunskap utvecklas. Årskurs 1-3 De tidigare årskurserna handlar om att uppmuntra till naturvetenskapligt tänkande genom att göra enklare naturvetenskapliga undersökningar och att dokumentera och kommunicera kring naturvetenskap. Genom ett upptäckande angreppssätt kan Algodoo erbjuda en lekfull miljö för visualisering och undersökning av många grundläggande begrepp som t ex tyngdkraft, friktion, balans, tyngdpunkt, flyta och sjunka. Eleverna kan vägledas till att skapa och utforska scener som både direkt behandlar enskilda begrepp men också sätta dessa i ett större sammanhang. Eftersom Algodoo är en miljö som helt igenom reflekterar naturlagarna får det effekter på allt som skapas i verkyget. Eleverna kan utforska olika orsaker till rörelse, t ex falla, rulla, dra, eller skjuta på, och göra dessa experiment utifrån sina egna idéer. Tyngdkraftens inverkan på olika föremål kan lätt undersökas genom kraftvisualiseringspilarna samt att undersöka vad som händer vid tyngdlöshet. Balans och tyngdpunkt utforskas genom att t ex bygga en gungbräda och flytta föremål med olika massa längs med den. Föremål kan tilldelas olika material, t ex is, trä, gummi, och friktionen mellan olika ytor kan undersökas. Algodoo simulerar också vatten och flytförmågan hos föremål av olika former eller material kan bli ett spännande experiment. Elevernas egna erfarenheter används ständigt som referens för inspiration och diskussion. Med tiden tränas eleverna att göra modeller av olika fenomen och tolka dessa utifrån ett fysikaliskt perspektiv. Även i matematik är Algodoo ett värdefullt verktyg. Eleverna kan utforska olika geometriska former, mönster och symmetrier. Rutsystement gör det lätt att undersöka hur föremål kan förstoras och förminskas och att titta på sträckor, omkretsar och areor. Tangrampussel (t.v) kan användas för att undersöka olika geometriska former. En klassisk valvbro (t.h), en av de viktigaste innovationerna inom arktitektur, är här visualiserad I Algodoo

4 Årskurs 4-6 När eleverna kommer upp i högre årskurser har de blivit mer och mer förtrogna med att använda modeller för saker som de inte direkt kan koppla till egna erfarenheter. Det centrala innehållet från årskurs 1-3 kan fördjupas ytterliggare genom att använda Algodoo för att bygga modeller och utforska fenomen. Mer avancerade begrepp och modeller introduceras och eleverna lär sig hantera krafter och rörelse i större utsträckning. Kraft- och hastighetsvisualisering blir ett viktigt hjälpmedel för att förstå kroppars rörelse och de krafter som verkar på dessa. Förändringar i hastighet under inverkar av krafter som tyngkraft och friktion är enkla att visualisera och bygga scener omkring. Här kan det också vara värdefullt att introducera plotfunktionen som visar hur rörelse kan visualiseras genom grafer och diagram. Vattensimuleringen ger möjlighet att undersöka vattnets lyftkraft i olika sammanhang, t ex båtar av olika form, material och last. Även solsystemets rörelser kan undersökas och fenomen som tidvatten kan enkelt visualiseras. Algodoo har också stöd för optik vilket innebär att ljusets egenskaper kan utforskas. Enkla modeller av optiska instrument som kikare och periskop kan eleverna själva bygga för att undersöka ljusets väg. Årskurs 7-9 När eleverna nått högstadiet får förståelse av samband mellan begrepp, modeller och fenomen större betydelse. Eleverna ska tränas i systematiska undersökningar och få djupare förståelse i hur resultaten kan användas för att utveckla modeller och teorier. Till det centrala innehållet hör till exempel att förstå hävarmars betydelse i utväxling i verktyg och andra vardagliga sammanhang. Förståelsen kring rörelse och krafter fortsättar att utvecklas och begrepp som rörelsemängd och kraftmoment kan introduceras. Algodoos mångfasetterade simuleringsmiljö fortsätter att erbjuda möjligheter till skapande och förståelse. Kraft- och hastighetsvisualisering är redan viktiga hjälpmedel vid skapandet och utforskande av Algodooscener. Energibegreppet kan nu också utforskas med hjälp av plotfunktion där rörelseenergi och potentiell energi plottas allt eftersom scener spelas. Partikelmodellen för att beskriva gaser, vätskor och fasta ämnen introduceras. Det är ett viktigt steg för att träna modelltänkandet och Algodoo är ett kraftfullt hjälpmedel även här. Algodoos stöd för optik innebär att ljusets utbredning, reflektion och brytning i material med olika brytningsindex kan också simuleras i Algodoo. Prismor, speglar, linser och regndroppar kan visualiseras med enkla medel och användas för att undersöka ljusets egenskaper som strålgångar och spektrum. Möjligheten att simulera vatten gör att olika tekniska konstruktioner som vattentorn och vattenklockor kan konstrueras och undersökas i Algodoo. Vattenvisualisering gör det möjligt att undersöka vattnets lyftkraft. Visulasiering av kraftbalans för en kulpyramid. Ett prisma och en vågledare visualiserad i Algodoo.

5 Gymnasieskola I gymnasiet ska eleverna ytterligare utveckla det naturvetenskapliga arbetssättet och tränas i att planera och genomföra undersökande uppgifter. Ämnesinnehållet fördjupas och nya begrepp och förklaringsmodeller introduceras. Matematisk formulering för att beskriva olika fenomen blir viktigt och eleverna lär sig att matematiskt uttrycka sig vid förklaring och diskussion kring fysikaliska begrepp och modeller. Användning av Algodoo tränar modelltänkandet och eleverna kan använda verktyget för att undersöka fenomen i mekanik såväl som i optik och termodynamik för att få djupare förståelse inom dessa områden. Eleverna kan planera och designa mer avancerade Algodooexperiment och utnyttja funktionaliteten kring fysikmodeller och simulering som finns i Algodoo. Rörelsemängd, kraftmoment och rörelsemängdsmoment är nyare begrepp som kan undersökas genom att bygga scener där hela förlopp kan undersökas. Newtonvaggor, verktygskonstruktioner, och olika kollisionssituationer visualiserar olika fenomen. Energivisualiseringen, genom plottar av bl a kinetisk och potentiell energi, är ett kraftfullt hjälpmedel som visar hur energin omvandlas mellan olika former vid olika händelser och hur energi och olika begrepp hänger samman. Energiprincipen för en boll i en cirkulär bana

6 Lektion - Speglar (åk 1-6) Lärare: åk 1-6 Detta är en lärarhandledning som kan används som förberedelse I den här lektionen kan elever undersöka reflektion av ljus genom att bygga konstruktioner som skickar ljus i olika riktningar, t ex ett periskop. Att undersöka hur en spegel påverkar ljusets väg. Förstå hur ett periskop fungerar. Att utforska en enkel optisk labyrint. ljus, reflektion, spegel Diskutera vilka verktyg som hjälper oss att se bättre. Skriv upp elevernas förslag på tavlan, t ex glasögon, kikare och teleskop. Diskutera om det finns tillfällen när dessa inte hjälper. Låt elever ge förslag hur det är möjligt att låta ljus gå runt hörnet eller att se runt hörnet. Diskutera hur detta kan visualiseras och utforskas i Algodoo. SKAPA EN SCEN Bygg ett periskop genom att använda penselverktyget. Håll ner Shift-knappen för att göra raka linjer. Speglar görs genom att sätta brytningsindex till oändligheten. Använd två ljuskällor med olika färg för som representation av ett föremål som kan ses genom periskopet. VAD KOMMER ATT HÄNDA? Vilken vinkel bör speglarna ha? Kommer bilden att bli upp och ner? Ändra vinkeln på spegeln. Hur påverkar vinkeln mellan ljusstrålen och spegeln den reflekterade ljusstrålen? UTVECKLA SCENEN Bygg en laserlabyrint på samma sätt som periskopet med en ingång och en utgång. Sätt en laser vid ingången och sätt räckvidden till max om du använder Mellan eller Avancerad nivå. av sina erfarenheter. VAD KOMMER ATT HÄNDA? Hur kan laserstrålen ledas genom labyrinten? Sätt speglar i labyrinten för att leda laserstrålen genom. Flytta och rotera speglarna för att få ljuset att gå igenom labyrinten. Är det möjligt att använda färre speglar?

7 Lektion - Regnbågen (åk 1-6) Lärare: åk 1-6 Detta är en lärarhandledning som kan användas som förberedelse Regnbågen kan användas som utgångspunkt vid diskussion om ljusets egenskaper. Eleverna kan undersöka hur prismor och andra genomskinliga föremål påverkar vitt ljus. Regnbågen kan beskrivas där vattendroppen representeras av en genomskinlig cirkel med vattnets brytningsindex. Känna till att vitt ljus är en blandning av alla färger (våglängder). Känna till hur regnbågen uppstår och vilka färger den består av. synligt ljus, prisma, regnbåge, spektrum, brytning, våglängd Börja med att diskutera regnbågen. Hur och när uppstår en regnbåge? Var kommer ljuset ifrån? Var kommer färgerna ifrån? Låt eleverna komma med förslag. Diskutera hur vitt ljus kan delas upp i regnbågens olika färger. Diskutera andra tillfällen när regnbågsliknande ljus uppstår. Demonstrera hur ett prisma bryter vitt ljus. Diskutera hur detta kan visualiseras och utforskas i Algodoo. av sina erfarenheter. Skapa en scen Skapa ett prisma med hjälp av polygonverktyget. Håll nere Shift för att få raka linjer. Tilldela prismat material glas. Vad kommer att hända? Vad händer när vitt ljus passerar genom prismat? Vad händer om man ändrar färgen på ljuset från början? kör och interagera Låt en vit ljusstråle lysa genom prismat. Skapa vitt ljus genom att sätta Färgstyrka till minsta värdet (vitt). Rotera prismat, ändra infallet från ljuset för att undersöka effekter i det brytna ljuset. Utvärdera Lägg till ytterligare glasföremål efter prismat och undersök vad som händer med spridda ljuset från prismat. Hur uppför sig de olika färgerna (våglängderna). Bryts de på samma sätt? Utveckla scenen Modellera en regndroppe genom att skapa en transparent cirkel med brytningsindex 1,3. Vad kommer att hända Vad händer med en solljuset när det träffar regndroppen? Var kommer regnbågen att uppträda? Kör och interagera Låt en vit laser representera solljuset som träffar regndroppen. Rotera eller flytta lasern för att variera infallsvinkeln. Vad händer med intensiteten i det refrakterade ljuset? Regnbågen uppstår därför att intensiteten från den reflekterade strålen beror på vinkeln mellan den infallande och den reflekterade strålen. Den mest intensiva strålen uppstår vid Detta gäller inte för ljuset som går igenom regndroppen vilket betyder att det kommer att blandas och bli vitt. Utvärdera Vilken stråle ut från regndroppen motsvarar regnbågen? Vad händer med ljuset som går genom regndroppen på andra sidan?

8 Lektion - FLyta och sjunka (ÅK 1-6) Lärare åk 1-6. Detta är en lärarhandledning som kan används som förberedelse Eleverna skapar föremål med olika form och material och undersöker deras flytförmåga. Hur kan järn flyta? Förutom att tilldela olika material till föremål så kan eleverna introduceras till densitet och undersöka hur numeriska värden på densiteten förhåller sig vattnets densitet. Förutsäga och observera flytförmågan hos olika material och former. Undersöka hur densiteten förhåller sig till flytförmågan i vatten. flyta, sjunka, densitet, flytförmåga Diskutera vad som gör att ett föremål flyter. Hur kan en båt av järn flyta? Hur flyter ett isberg? Skriv upp eleverna förslag på tavlan. Diskutera hur detta kan visualiseras och utforskas i Algodoo. av sina erfarenheter. SKapa en scen Skapa en behållare, ungefär 2 m bred, genom att använda t ex penselverktyget. Gör ett stort föremål inuti behållaren och välj Gör till vatten (under Geometriåtgärder om du använder mellan eller avancerad nivå). Kör simuleringen så att behållaren fylls med vatten och stoppa den sedan. Skapa ett föremål och klona till ett antal föremål med samma storlek och form. Tilldela olika material till föremålen. Vad kommer att hända? Vilka föremål kommer att flyta och vilka kommer att sjunka? Kör simuleringen och observa de olika materialens flytförmåga. Vilka egenskaper är olika mellan föremålen? Varför flyter vissa och varför sjunker andra? Vad händer med vatten när föremålen hamnar där? UTVECKLA SCENEN Gör ett isberg av en oregelbundet föremål och material is. Ta bort andra föremål från behållaren. VAD KOMMER ATT HÄNDA? Hur kommer isberget att flyta? Vad händer när isberget smälter eller bitar bryts av? Vad händer med vattennivån om isberget förvandlas till vatten? Kör simuleringen. Använd kniven och skär loss bitar från isberget för att förändra dess form. Gör småbitarna till vatten. Gör hela isberget till vatten. Hur flyter isberget? Vad händer om isbergets form förändras? Vad händer med vattennivån när isberget smälter?

9 Lektion - Vältande lastbil (åk 6-9) Lärare: åk 6-9 Detta är en lärarhandledning som kan användas som förberedelse I den här lektionen kan eleven undersöka begreppet tyngdkraft och hur tyngdpunktens läge i förhållande till stödpunkten påverkar balansen. I exemplet kan eleven utforska vad som orsakar att en lastbil tippar, när en bok faller över bordskanten och när en person tappar balansen. Få förståelse vad som menas med begreppet tyngdpunkt. Förstå konsekvenserna av hur stödpunkten är placerad i förhållande till tyngdpunkten. tyngdpunkt, massa, tyngdkraft Diskutera tyngdpunkt. Vad är det som gör att ett föremål tippar? Vad betyder och vilka konsekvenser har det i vardagslivet? Diskutera möjliga situationer i vardaglivet där något kan tippa och sätt upp möjliga förslag på tavlan. Diskutera hur en lastbil lastad på olika sätt kan visualiseras och utforskas i Algodoo. av sina erfarenheter. Skapa en scen Skapa ett plan och se till att friktionen är tillräckligt hög för att förhindra att föremålen glider. Gör en last bil genom att göra en ram med penselverktyget och fylla den med lådor. Klona därefter hela lastbilen med last så att det finns två stycken identiska lastbilar. Gör så att lastbilarna blir olika lastade genom att tilldela lådorna olika material så att exemplevis en lastbil har guldtackor längst ner och den andra har lagt guldet högt. Vad kommer att hända? Vilken lastbil kommer att tippa först när planet börjar luta? Kör och interagera Starta simuleringen. Markera roteringsverktyget och rotera planet. Utvärdera När tippar lastbilarna? Varför? Hur ska lastibilarna lastas för förhindra att de välter? Var är tyngdpunkten placerad? Slå på kraftvisualisering och notera hur tyngdkraften är riktad i förhållande till stödpunkten. Utveckla scenen Lasta om lastbilarna och försök göra dom mer stabila. Kör och interagera Starta simuleringen och se om de klarar en större lutning nu. Utvärdera Vilka konsekvenser kan detta ha i en vardagssituation. Skapa fler scener där det kan finnas tipprisk. T ex bricka med glas nära bordskant, bokhylla full med böcker eller en person som tappar balansen.

10 Lektion - Gungbrädan (åk 6-9) Lärare: åk 6-9 Detta är en lärarhandledning som kan användas som förberedelse I den här lektionen kan eleven utforska balans genom en gungbräda. Genom att lägga föremål på båda sidor om gungbrädan kan brädan fås I balans. Sambandet mellan massa och avstånd från stödpunkten can undersökas och ge en förståelse om hävarmar och kraftmoment. Få en förståelse för sambandet mellan massa och avstånd för att upprätthålla balans. Förstå principen för en balansvåg. Få en förståelse för vad hävarm innebär och och dess samband med kraftmoment. tyngdpunkt, balans, hävarm, kraftmoment Diskutera balansen på en gungbräda. Hur är den konstruerad och vad händer när barn som väger olika mycket sätter sig på den. Spelar det roll var man sitter någonstans? SKAPA EN SCEN Skapa ett plan. Bygg en gungbrädan genom att göra en triangel som stödpunkt och en lång rektangulär låda som bräda. Fäst ihop dom med ett lager. Skapa föremål av olika storlek och material och sprid ut dom på gungbrädan. VAD KOMMER ATT HÄNDA? När är gungbrädan I balans? Hur påverkar gungbrädans egen vikt balansen? Starta simuleringen. Flytta föremål på gungbrädan för att få den i balans. Vad händer när ett föremål flyttar mot respektive från stödpunkten? Vad är det för samband mellan föremålets massa och avståndet till stödpunkten. Genom att göra gungbrädan till en linjal (högerklicka och välj Linjal under Utseende) och använda kraftvisualiseringen kan man även räkna på sambanden. Hur kan gungbrädan konstrueras för att bli stabilare. Diskutera olika aspekter av att leka med en gungbrädan. Hur kan man hitta tyngdpunkten? Skriv upp förslagen på tavlan. Diskutera hur detta kan visualiseras och utforskas i Algodoo. av sina erfarenheter. Förslag till andra scener Balanserande bok: När ramlar en bok ner över bordskanten. Gör en scen med en bok som sticker ut över en bordskant och hitta den kritiska punkten när den ramlar ner. Balansvåg: Hur är en enkel balansvåg konstruerad? Bygg en våg och använd den till att väga olika föremål.

11 Lektion - Friktion (åk 6-9) Lärare: åk 6-9 Detta är en lärarhandledning som kan användas som förberedelse Friktion är ett viktig begrepp för förståelse kring kraft och rörelse. I den här lektionen utforskar eleven friktion mellan olika material. Hur uppför sig ett föremål på en yta? Vad händer när planet lutas? Hur påverkar materialet rörelsen? Kunna skilja på hög och låg friktion. Få en förståelse för friktion som kraft. Känna till massans betydelse för friktion. Känna till betydelsen för kontaktytans storlek för friktion. friktion, kraft, friktionskoefficient Diskutera egenskaper hos olika ytor. Vad betyder hög respektive låg friktion. Diskutera vardagssituationer där friktion är viktigt att tänka på. När är hög friktion bra (däck, skor, handskar)? När är låg friktion bra (skridskor, skidor, rutschkanor). Vad händer i en lutning med hög respektive låg friktion. Diskutera hur detta kan visualiseras och utforskas i Algodoo. av sina erfarenheter SKAPA EN SCEN Skapa ett plan med planverktyget. Lägg en låda på planet och luta det genom att använda rotationsverktyget. Tilldela ett material till planet. VAD KOMMER ATT HÄNDA? Hur kommer lådan att uppföra sig? Kommer den att ligga kvar. Starta simuleringen och observera hur lådan glider. Stoppa simuleringen och ändra materialet i planet. Observera eventuella skillnader i hastighet. Sätt på kraft- och hastighetsvisualiseringen. Vad händer med hastigheter och krafter när vinkeln på planen ökar eller minskar? UTVECKLA SCENEN Skapa ett plan med hjälp av lådverktyget och sätt en stopp längst ner för att förhindra att föremål glider av. Rotera planet till lämplig vinkel. Klona planet tre gånger. Tilldela olika material till planen och lägg identiska lådor på planen. Starta simuleringen och undersök eventuella skillander. Lägg lådor av olika material (densitet) på identiska plan. Undersök massans inverkan på friktionen. Lägg lådor av olika storlek på identiska plan. Undersök inverkan av kontaktytans storlek på friktionen.