Bygg en dammsugare Elektricitet/teknisk design Lärarhandledning för arbete med Fysik och Teknik för elever 10-13 år

Bygg en dammsugare Elektricitet/teknisk design Lärarhandledning för arbete med Fysik och Teknik för elever 10-13 år

Introduktion I det här materialet får du handledningar för att arbeta med Teknik och Fysik. Syftet är att ge eleverna kunskaper i att arbeta med elektricitet och olika typer av konstruktionsmaterial, att själva konstruera en fungerande maskin. Systematisk tillämpas metoden; ingenjörens designmodell som ger färdigheter i att designa och konstruera, i en tydlig arbetsprocess. Eleverna presenteras en berättelse där uppdraget går ut på att bygga riktiga små dammsugare. Eleverna lär sig om produktutvecklingsprocessen, introduceras till teknisk grundförståelse, övar på att arbeta systematiskt och kreativt med utveckling av funktionella produkter. Materialet är framtaget inom EU-projektet ENGINEER och används i ämnena Teknik och Fysik för år 4-6 i grundskolan. Grundidén baseras på den framgångsrika modellen Engineering is Elementary från Boston Museum of Science. Eleverna utför uppdraget i grupper, de kommer att ta på sig yrkesrollen som produktutvecklare för att kunna arbeta med sina uppgifter inom elektroteknik och design. Materialet tar upp aspekter på jämställdhet och mångfald, med tonvikt på att alla ingenjörsarbeten skall vara tillgängliga för både kvinnor och män. Vår pedagogik Momenten i ENGINEER ger kompetens i processmodellen: Engineer Design Process, benämns här i lärarhandledningen för EDP, som består av fem delar: fråga, tänka, planera, konstruera och förbättra. Modellen stödjer och styr eleverna att ifrågasätta och tänka kreativit. Eleverna ges utrymme att utveckla sina färdigheter för problemlösning, möjligheter att testa alternativa metoder samt tolka resultat samt utvärdera sina lösningar. Uppgifter och utmaningar är formulerade att öppna för många svarsalternativ. Materialet är utformat för att minimera konkurrens hos barnen, att lyckas ger större motivation att klara av problem. Lösningarna på utmaningen är minst lika många som det finns elever. Grupparbete tränar förmågan att ta till sig andras tankar och idéer. Eleverna kommer att diskutera sina teorier när de utforskar ett nytt problem, räkna ut vad de behöver veta, dela sina iakttagelser, tänka, skissa på konstruktionslösningar och därefter arbeta med förbättringar. Hur materialen är organiserade Materialet börjar med Lektion 0, som är en allmänt förberedande lektion. Lärare rekommenderas att börja här första gången materialet används. Lektion 1 introducerar en story som innehåller en berättelse, ett sammanhang och ett problem som väcker idéer om vad som händer härnäst. Lektion 2 fokuserar på begrepp inom ingenjörsprofessionen, som eleverna behöver veta för att lösa problemet, i Lektion 3 designar och bygger de sin produkt. Slutligen är Lektion 4 tillfället för att utvärdera, presentera och diskutera vad de har gjort. 2

Lärarstöd Lärarhandledningen ger tekniskt samt pedagogiskt stöd för lärare och innehåller faktakunskaper samt erfarenheter. Varje lektion presenterar förslag och tips för att underlätta planering och förberedelser, aktiviteterna illustreras med bilder. Appendix förklarar och diskuterar tekniska begrepp som förekommer i materialet samt ger läraren förståelse för de centrala idéer som behandlas i materialet. Arbetsblad och svar för kopiering medföljer. 3

Innehållsförteckning Introduktion... 2 Hur materialen är organiserade... 2 Lärarstöd... 3 Översikt... 5 Materialförteckning... 6 Lektion 0 Teknik i ett kuvert. Vad är teknik?... 8 Arbetsblad 1 Lektion 0- Vad gör en ingenjör?... 13 Arbetsblad 1 Lektion 0 Vad gör en ingenjör? Tips till läraren... 14 Lektion 1 Vilket är ingenjörens problem? Förstå utmaningen... 15 1.1 Introduktion, helklass, 5 minuter... 16 1.2 Ingenjörens utmaning, helklass, 10 minuter... 16 1.3 FRÅGA fasen i EDP,grupparbete, 20 minuter... 16 1.4 Sammanfattning, helklass, 5 minuter... 17 Lektion 2 Vad behöver vi veta? Undersöka el... 18 2.1 Introduktion till hårtork, grupparbete, 20 minuter... 19 2.2 Få motorn att starta, individuellt arbete, 10 minuter... 20 2.3 Tillverka en fläkt, individuellt arbete, 15 minuter... 21 2.4 Gör en strömbrytare, grupparbete, 20 minuter, valfritt... 21 2.5 Sammanfattning, helklass, 10 minuter... 22 Lektion 3 Nu bygger vi! Formge din egen dammsugare... 23 3.1 Introduktion, helklass, 5 minuter... 24 3.2 Ingenjörens designutmaning, behov, tänka och planera i grupper, 15 minuter... 24 3.3 Designa och skapa, grupparbete, 60-75 minuter... 25 3.4 Sammanfattning, helklass, 15 minuter... 27 Lektion 4 Hur gjorde vi? Är utmaningen löst?... 28 4.1 Introduktion, helklass, 5 minuter... 29 4.2 Presentation av elevens arbete, helklass, 60 minuter... 29 4.3 Sammanfattning, helklass, 10 minuter... 29 Bilagor... 30 EDP, Engineering design process... 30 Konceptberättelse... 31 Teknik och naturvetenskapliga förklaringar för lärare om el och dammsugare... 38 Elevers idéer om elektricitet... 39 Partners... 41 4

Översikt Tidsåtgång: ca 6 timmar Målgrupp: elever 10-13 år Beskrivning: genom att delta i utmaningen får eleverna lära sig om elektriska kretsar och teknisk design. Läroplan: kursplan i Teknik och Fysik Ingenjörsområde: Elektroteknik och Teknisk Design Mål: känna till fysikens och teknikens betydelse i vardag och samhälle, relevanta metoder och arbetssätt värderingsförmåga och förhållningssätt om hur tekniska lösningar kan utvecklas i förhållande till människa, samhälle och miljö identifiera problem och behov som kan lösas av teknik, utarbeta förslag till lösningar genom att använda processmodelen EDP färdighet och förmåga att utifrån tidigare kunskaper om elektricitet, koppla elektriska kretsar färdighet och förmåga att förstå hur batterier, små motorer och fläktar används färdighet och förmåga att känna till dammsugarens funktion och beståndsdelar Lektionerna i materialet består av Förberedande introduktion som syftar till att bli medveten om hur teknik bidrar till vårt dagliga liv på ett sätt som inte alltid är uppenbart. Lektion 1 introducerar tekniska problem, dess sammanhang och konstruktionsprocessen. Lektion 2 fokuserar på kravspecifikationen som är en del av konstruktionsprocessen för utveckling av elprodukter och arbete med elektricitet. Lektion 3 involverar eleverna att utföra konstruktion för att möta utmaningen. Utmaningen är att bygga små dammsugare. Lektion 4 ger tillfälle för utvärdering av projektet att konstruera dammsugare. Eleverna reflekterar och summerar om de uppfyllt alla mål samt för samtal om förbättringar och erfarenheter. 5

Materialförteckning Lista med materialval och antal 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 15-30 X X Batterier 4,5V or 3x1,5 V 15-30 X X eller 15-30 X X 3 x AA Batteri paket Kärntråd 1 X X Plastflaskor 0,5-2liter 15 X Pappersklipps 1 box (X) X Gem 1 box (X) X 6

Kartongbitar 10X10 cm 15 (X) X Avbitare 2-3 (X) X Kabelskalare 2-3 (X) X Skumgummi X Gummiband (breda) 10 X X Pappersbitar från hålslagare Såg 1 X Limpistol 1 X Tejp 1 rulle X Sax 6 X Blompinnar 10 X Papper A4 50 X X 7

Lektion 0 Teknik i ett kuvert. Vad är teknik? Tid: Lärarna väljer valfri tid för lektionen beroende på hur mycket erfarenhet eleverna har. Introduktion, aktiviteter och sammanfattning kommer att ta upp till 40 minuter, ytterligare diskussioner kan ta ytterligare 10-30 minuter. Mål för lektion 0: att känna till några olika ingenjörsområden att förstå varför ingenjörer väljer teknik som löser ett visst problem beroende på sammanhang och material att ha kännedom om att äldre tekniska frågor löstes på ett sätt som var nödvändigt då att ha kännedom om att ingenjörer finns inom alla kön och etniciteter Material, 30 elever 8 tomma anteckningsblad 8 uppsättningar med minst 5 olika kuvert typer 8 uppsättningar med minst 5 olika föremål 8 uppsättningar med förpackningar för eventuellt fördjupningsarbete Kort, papper, lim, sax Förberedelser Kuvert och förpackningar Kopiera arbetsblad 1 om det ska användas Välja ut bilder till introduktionen Arbetsmetod Grupparbete Diskussion i helklass Sammanhang och bakgrund Denna lektion är densamma i alla material, tanken är att uppmärksamma eleverna på vad teknik är och fokusera på ingenjörens arbetsuppgifter. Lektionen handlar om förståelse för att föremål gjorda på olika håll i världen är utformade för olika syften, teknik i dess vidaste mening avser varje föremål, system eller process som har utformats för att lösa ett visst problem eller behov. Eleverna diskuterar vad problemet innebär, vilken teknik som ligger till grund för en viss sak, i detta fall ett kuvert. I den här lektionen analyserar eleverna teknikval som används för att konstruera kuvert för ett särskilt ändamål. Lektionen syftar också till att undvika värdeomdömen av high tech respektive low tech och uppmärksammar eleverna på vad som är lämplig teknik i ett särskilt sammanhang samt vad som är viktigt: tillgång på resurser kommer att avgöra vilken teknik som ingenjören väljer för att lösa problem. 8

0.1 Introduktion, 10 minuter, grupparbete och diskussion i helklass Dela in klassen i grupper om 4 elever, ge varje team anteckningspapper. Be dem att diskutera alla de saker som de förknippar med begreppen: Vad gör en ingenjör? och Teknik. Se till, som en del av diskussionen, att varje individ åtminstone skriver en idé som svar. Be varje grupp att placera sina noteringar på whiteboardtavlan och kortfattat förklara sina val för resten av klassen. Hela klassen kan få se allas svar i slutet av lektionen. Ytterligare stöd till lektionen Lektionen kan fördjupas genom att visa bilder för eleverna av stereotypa och udda exempel på ingenjörsverk, be eleverna gruppera bilderna som de förknippar med teknik och de som inte gör det. Du kan använda Arbetsblad 1 för det här eller bilderna, för en genomgång i helklass. Be eleverna arbeta i par för att avgöra vilka bilder som är relaterade till en viss teknik och ge skäl till varför de tror att det förefaller så. Varje par kan dela sina tankar med ett annat par för att diskutera likheter och skillnader i idéer. Du kan låta reflexionerna vara grund för diskussion i helklass, uppmuntra eleverna att tänka fritt om begreppet teknik. 0.2 Vad är ett kuvert? Grupparbete, 5 minuter Dela in eleverna i mindre grupper för att diskutera vad ett kuvert är och vad som räknas som ett kuvert. För att hjälpa diskussionen, ge ledtrådar: täcka och/eller skydda föremål, material för särskilda ändamål, se bilderna. En viktig del av aktiviteten är att hjälpa eleverna att upptäcka att det finns många tolkningar av tanken på ett kuvert. På bilderna finns några exempel som kan ge nya perspektiv på ett kuvert: de inkluderar en bredare tolkning som exempelvis, förvaring, skydd, hålla på plats, innehålla och innesluta. 0.3 Aktivitet 2. Passande kuvert till objekt, 10-15 minuter, grupparbete och diskussion i helklass Dela in klassen i grupper om fyra, ge förslag på ett utbud av kuvert och föremål som ryms i dem. Be eleverna att välja vilka kuvert som skulle vara mest lämpade för de objekten och förklara varför. Föremålen kan innefatta: ett par glasögon, intyg eller fotografi som inte får bli böjt, ett vackert smycke, en dvd, en uppsättning av viktiga papper, en sax. Utbudet av föremål och kuvert kan varieras beroende på sammanhang och vad du har tillgängligt. Följande frågor kan hjälpa till att styra diskussionen: Vilket material är kuvertet tillverkat av?

Vilka infästningar och förslutningar är använda? Vilka typer av objekt kan höljet förvara? Vilka andra material kan kuvertet göras av? Varje grupp ska redovisa sina idéer för klassen. Här finns det möjlighet för läraren att leda diskussionen och prata om olika tekniker som används i varje kuvert, typer av strukturer, infästningar och fästanordningar som används t.ex. återanvändbara eller permanenta infästningar, förstärkningsområden, interna och externa material val, hur kanterna är förseglade. Detta är en utvärderingslektion och hänger ihop med EDP. Diskussionen kan omfatta att fundera över processen där ingenjörens roll är viktig för att lösa ett visst tekniskt problem. 0.4 Fördjupning, frivilligt grupparbete, 10-30 minuter 1. Eleverna visar valda kuvert, be dem att utvärdera lämplig design i termer av dess funktion för ändamålet, se bild. Kuvert kan jämföras med avseende på produktionssätt, materialval samt hållbarhet i hantering. Aktiviteten kan fördjupas till att titta på olika typer av förpackningar i relation till deras utformning, behov av lim, val av material till fönster, komponenternas möjlighet till återvinning. Följande tre bilder visar förpackningar utan någon form av förslutande tillsatt komponent, genom att skapa vecka bildas en funktionell form för ändamålet. 10

2. Dela in eleverna i små grupper och be dem utforma samt göra ett kuvert som ska innehålla ett viss valt objekt. Grupperna måste fundera över sin kunskap om olika material och över EDP processen för att designa olika lösningar. Resultaten kan sedan utvärderas och diskuteras i helklass. 0. 5 Summering, diskussion i helklass, 10 minuter Läraren leder en diskussion i helklass med utgångspunkt från klassens anteckningar och frågar eleverna om hur deras eget tänkande nu kan ha ändrats. Be eleverna att reflektera över vad en ingenjör gör och vad teknik är. Berätta att det mesta vi använder är utvecklat för bestämda syften, att ingenjörer använder en rad färdigheter för att finna lösningar på problem. Det handlar om att tänka på alternativ för att lösa problem, vissa av dessa fungerar och vissa är mindre lyckade - konstruktionsprocessen inkluderar utvärdering och förbättring. Det är inte high tech eller low tech utan lämplig teknik som gör skillnad, ingenjörer måste överväga sammanhang och resurser. Det finns en rad definitioner för termerna ingenjör och teknik, de används i olika syften. Teknik kan betraktas som användning av teknik för problemlösning. När vi talar om relationen mellan teknik, naturvetenskap och teknik, kan eleverna uppmanas att tänka på hur ingenjörer, i färd med att göra föremål för att lösa problem, använder en rad tekniker. Fortsätt samtalet med eleverna om vilken teknik som kuverten innehåller. 11

0.6 Lärandemål för valfri bedömning I slutet av den här lektionen skall eleverna kunna: Känna igen hur tekniker och metoder används på olika sätt, för att ge en mängd olika lösningar på problem. Förstå att lämplig teknik ofta är beroende på sammanhang och tillgång på material. Visa insikt om att ingenjörer använder ett brett spektrum av färdigheter för att utveckla lösningar på problem. Inse att många olika typer av människor med skilda intressen och färdigheter kan vara ingenjörer. 12

Arbetsblad 1 Lektion 0- Vad gör en ingenjör? 13

Arbetsblad 1 Lektion 0 Vad gör en ingenjör? Tips till läraren Bilderna i arbetsbladet syftar till att ge idéer i elevernas diskussion om vad teknik är, vad ingenjörer gör och vem som kan vara involverad i ingenjörens arbete. Fråga barnen om deras tankar om innovationer, materialbesparingar, framtidsscenarion Duration: och förbättringar av produkter vi redan har. Hur ser de på utmaningen att arbeta för en hållbar utveckling? Objectives, in this lesson the pupils will learn: [max 3 to 4] Bilderna Objective av spindeln 1 och snigeln illustrerar några intressanta exempel över hur naturens skapelser är användbara inom tillverkningsindustrin. Objective 2 En vanlig tanke är att ingenjörerna har skapat nästan allt materiellt i världen. Vi har mycket att Objective lära genom 3 studier av naturen. Hjälp eleverna att upptäcka hur spindeln väver sitt nät, kopierad av oss människor för att tillverka ett mycket hållfast och Resources slitstarkt material, (for 30 pupils) Kevlar. Andra exempel är kardborrband som kommer från inspiration av piggarna på kardborreväxter. Resource Snigeln 1 har utvecklat en användbar strategi för att And ta sig so över on.. ojämna ytor, den skyddar sin kropp från att skada Resource det 2 mjuka skalet. Intressanta frågor är på vilka fler sätt And naturen so on... är användbar för att lösa problem i den mänskliga And världen. so on.. And so on Leksaker kan vara konstruerade av en ingenjör eftersom de har tillämpad mekanik, det är ändå intressant att fråga sig vilka Preparation material de görs av och vem som designar dem. Detta kommer Working sannolikt method att leda in diskussionen på genusfrågor. Collect the materials hadghjgh Liknande frågor kan uppstå när barnen diskuterar bilderna med stickade sdhja plagg och den färdiglagade maträtten, de kan tycka att dessa endast görs av kvinnor, att de inte är en ingenjörsprodukt. Några Key av ideas andra in this bilderna lesson av skulpturer och konstverk kan uppfattas som att de inte hör till ingenjörens profession eftersom... de saknar någon egentlig praktisk funktion. Det leder in på frågan om kopplingen mellan teknik och konst, huruvida... eller inte föremål måste ha en praktisk funktion för att det ska räknas som ingenjörskonst. Bilderna... är tänkta att stimulera engagemang och dialog om ingenjörens yrkesroll, starta en diskussion om vad som är involverat i framtagning av produkter. Avrunda diskussionen med en återkoppling till EDP. Context and background 14

Lektion 1 Vilket är ingenjörens problem? Förstå utmaningen Längd: 40 minuter Mål: att lära sig om elektriska kretsar att lära sig om designprocessen att lära sig hur en dammsugare fungerar Materialförtekning, 30 elever whiteboard berättelse till designutmaningen Förberedelser Läsa om elektriska kretsar och EDP Arbetsblad 1 Arbetsmetod Individuellt och i grupper Fokusområden i lektionen Eleverna blir introducerade till ingenjörens arbete Eleverna blir introducerade till designutmaningen och får ett sammanhang att utgå ifrån Kontext och bakgrund Utmaning, kontext och designprocess introduceras för eleverna. Eleverna funderar över vilka kunskaper de behöver för att klara utmaningen.

1.1 Introduktion, helklass, 5 minuter Börja med att fråga vad elektricitet är? Barnen kommer att ta upp förslag inom elektronik, belysning och energiteknik. Be dem att peka ut elektriska föremål i klassrummet eller tänka på vad de har i sina hem. Vem tror de har utvecklat dem? Diskutera vilken roll el och elektriska produkter har i vardagen. Hur skulle barnens dag se ut utan el? Elektriska kretsar finns i Elektroteknik, ett omfattande och alltid aktuellt ämne som utgår från fysiken, i form av mikroelektronik till tillämpad matematik, via kommunikation och digitala signaler i till exempel mobiltelefonsystem eller i medicinteknik. Elektrotekniken länkar ihop allt elektriskt krävande i samhället med energikällorna, ofta används motorer, givare och datorer för att få systemen att bli så ekonomiskt och miljömässigt hållbara som möjligt. Några av områdena inom elektroteknik är Robotik elektronik, Tjänster i nätverk och system, Smarta Elnät och Hem, Kommunikationssystem, Mikrosystemteknik och Sensornätverk. 1.2 Ingenjörens utmaning, helklass, 10 minuter Läs ingenjörsutmaningen koncept och berättelse. Skriv utmaningen på whiteboardtavlan designa en dammsugare". Berätta för eleverna att de nu kommer att arbeta som ingenjörer gör. Information till lärare. Dammsugaren består av en elmotordriven fläkt, som suger luft genom filter, där damm och andra partiklar avskiljs. Sugförmågan styrs av motoreffekt och mäts i watt, mängden luft anges i kubikmeter per timme eller minut. Dammupptagningsförmåga är beroende av både sugeffekt, motorstyrka och munstycke. Det behövs hög motorstyrka för att få en riktigt kraftfull och effektiv dammsugare. Förutom den vanligaste dammsugaren finns en del alternativ; handdammsugare, skaftdammsugare, självgående dammsugare och centraldammsugare. Om du vill veta mer om hur dammsugare fungerar kan du titta på följande webbsidor: http://home.howstuffworks.com/vacuum-cleaner.html http://www.explainthatstuff.com/vacuumcleaner.html 1.3 FRÅGA fasen i EDP,grupparbete, 20 minuter Steg 1 FRÅGA i EDP. Använd arbetsblad 1, EDP planen. Börja med att fråga vad eleverna behöver veta för att konstruera och bygga en dammsugare? Låt eleverna arbeta i små grupper, 2-3 elever i varje grupp. Diskussionen får pågå i cirka 5 minuter om vad de behöver veta för att lösa problemet. Skriv alla frågor i arbetsbladet 1 på sidan med fråga fasen. Sammanställ alla frågor på whiteboardtavlan. Vanligt förekommande frågor: Hur kan vi skapa sugförmåga? Kan vi få titta på en riktig dammsugare? Vilka material kan vi använda? Vilka beståndsdelar behöver vi? Vilken typ av smuts kommer den att ha kapacitet för? Vilken är kravspecifikationen? Hur kan vi göra en fläkt? 16

Vilken storlek ska den ha? Ska den ha hjul? Hur kan vi göra strömbrytare? 1.4 Sammanfattning, helklass, 5 minuter Diskutera med barnen: Har du lärt dig något om elektriska kretsar? Kan eleverna beskriva de olika stegen i designprocessen? Har de lärt sig vad en dammsugare gör? Tala om för eleverna att i nästa lektion får de svar på frågorna och introduceras till fakta som de behöver veta för att lösa problemet med att utforma och bygga en dammsugare. Till nästa lektion kan läraren be eleverna att ta med sig en hårtork hemifrån, för att utifrån se hur den ser ut. 17

Lektion 2 Vad behöver vi veta? Undersöka el Tid: 60-80 minuter Mål, under denna lektion lär sig eleverna: att förstå elektriska kretsar och strömmens riktning hur man använder batterier, motorer och fläktar att förstå vilka delar en dammsugare består av Material, 30 elever 1-6 hårtork 30 små motorer 1,5-3V 30 batterier 4,5V or 3x1,5 V Papper Kartong (valfritt) Pappersbitar (valfritt) 2-3 Avskalare (valfritt) 2-3 Avbitare (valfritt) Elkabel Pappersklämmor Förlängningssladd Gummiband Förberedelse Material Laddade batterier Be eleverna ta med sig en hårfläkt hemifrån Arbets metod Individuellt och i grupp Fokusområden i lektionen förstå vilka väsentliga delar som behövs i en dammsugare varför och hur delarna kan anslutas med varandra Kontext och bakgrund Momentet med att fråga sig vad som ska konstrueras i den tekniska processen leder till en undersökning av en hårtork för att kunna tillämpa kunskapen på sin egen utformning av en dammsugare. Eleverna upptäcker också hur motorer fungerar med el, strömmens flöde och hur de kan utforma en fläkt. 18

2.1 Introduktion till hårtork, grupparbete, 20 minuter Låt eleverna, i grupper om 2-3, titta in i en hårtork, utan att öppna eller demontera den, undersök okulärt och fråga sedan eleverna: Vad är det de ser? Vilka delar behövs för att få fläkten att fungera? Du behöver som lärare berätta vad det är ni ser, vad de olika delarna kallas. Ställ frågor om funktion och syften vad gör den delen? o Värmeelement. Varför finns det? värme alstras av värmeelement och överförs till luft o En fläkt. Vad gör den? Fläkten används för att skapa luftflöde i hårtorken o En motor. Varför finns den? Var är den placerad? Motorn snurrar, vilket gör att fläkten börjar röra sig o Kablar. Varför finns de? Överföra ström o Strömbrytare. Vad gör den? En vanlig basmodell har två strömbrytare, en för att starta/stänga och en för att reglera effekt. Vissa modeller har ytterligare en funktion för att reglera temperaturen i luftflödet. o Elektricitet. Varför behövs det? Strömmen gör att motorn börjar snurra, vilket gör att fläkten går igång. o Höljet. Vad gör det? Omger och kapslar in de övriga komponenterna Alla hårtorkar har också någon typ av värmesensor som löser ut och stänger av motorn när temperaturen stiger för mycket. Läraren skriver elevernas förslag på whiteboardtavlan. Figur 1-2 visar en hårtork och dess beståndsdelar. Figur 1: Hårtork Figur 2. Luftintag i hårtork

Bilderna visar en isärtagen hårtork med motor och fläkt. Figur 1: Fläkt i en hårtork. Figur 2: Motor i en hårtork. 2.2 Få motorn att starta, individuellt arbete, 10 minuter Viktigt! Före du börjar Läraren förklarar skillnaden mellan att använda spänning från väggen och från ett batteri. Det viktiga budskapet är att: Aldrig experimentera med ström från väggen. Batterierna är endast på 4,5 V och i väggen är spänningen 230V. Säkerheten är av stor betydelse när du arbetar med el. När eleverna arbetar med batterier är det ingen fara. Ge en motor och ett batteri till varje elev. Fråga dem om de kan få motorn att snurra. Batteriklämmorna måste anslutas till motorernas kontaktpoler för att få en fullständig elektrisk krets. Figur: Batteri och motor i kontakt. Figur: Motor med elkablarna i kontakt med polerna. När läraren ser att alla får motorn att snurra, då har de lärt sig hur man kopplar batterier till motorn. Fråga eleverna varför motorn går igång när den är ansluten till batteriet. Klargör för eleverna att batteriet har två poler, en negativ och en positiv. När motor och batteri är korrekt anslutna kan strömmen passera genom motorn och den börjar att rotera. De har nu en sluten krets. En krets är en bana genom vilken en elektrisk ström flyter. Om kretsen är bruten, mottar ingen av komponenterna ström. Elektroner rör sig från minuspol till pluspol, men enligt konventionen för strömriktning är strömmens riktning från pluspol till minuspol. 20

2.3 Tillverka en fläkt, individuellt arbete, 15 minuter Nu ger läraren alla elever ett halvt A4-papper. Be dem att tillverka en liten fläkt av papper som luften kommer att passaera genom. Fläkten kan nästan se ut hur som helst och den kommer att fungera. Se bilderna nedan för att få lite idéer. Låt barnen titta på varandras konstruktioner för att få idéer om hur fläkten kan se ut. Figur: En typ av fläkt. Figur: Motorn har kontakt med batteriet. Om vingarna lossnar kan man klippa till två små bitar av ett gummiband, göra ett litet hål, placera det ena över vevaxeln, lägga papperet på och till sist den andra lilla biten med gummiband. I den här övningen används endast papper som material. Fokusera på hur skillnaden i design ändras i förhållande till hur effektiv fläkten är. Vid konstruktion av dammsugaren är barnen fria att använda andra material. Motorn kan leda elektricitet i båda riktningar, den vänder i andra riktningen när polerna växlas. Be eleverna att se om de kan få fläkten att snurra i motsatt riktning. Tipsa om att byta poler för att se hur strömmen gör att den snurrar åt andra hållet. 2.4 Gör en strömbrytare, grupparbete, 20 minuter, valfritt Materialförteckning, 30 elever o 15 motorer 1,5-3V o 15 Batterier 4,5V or 3x1,5 V o Kartongbitar o Elkabel o Pappersklämmor o Pappersbitar o 2-3 Avbitare o 2-3 Kabelavskalare Eleverna vet nu hur man kopplar ihop motorn med batteri. Låt eleverna först göra en komplett krets med batteri, kablar och motor, efter det får barnen göra en strömbrytare så att de kan vrida på och av motorn. Ta bitar av kartong. Gör två hål för att fästa gem och pappersklämmor. Titta på bilden. Fäst de två ändarna av kablarna till varje gem. Flytta gemen så att de inte vidröra varandra. På så sätt kan man slå på och av motorn. 21

Figur: En strömbrytare i en komplett krets. Här används en lampa i stället för en motor. 2.5 Sammanfattning, helklass, 10 minuter Sammanfatta inlärningsmålen. Diskutera med barnen: Har barnen lärt sig att använda batterier, motorer och fläktar? Kan eleverna identifiera och beskriva de olika delarna av en dammsugare? Sammanfatta hur man gör en komplett krets och på vilket sätt strömmen går. Om du vill kan du visa dem på tavlan hur man kan rita bilder med symboler för att illustrera arbetet. Tala om för eleverna att vi använder symboler för att förklara och beskriva koppling av kretsar med olika elektriska komponenter. Teckenförklaring M Motor Lampa Spänningskälla Strömbrytare Schema för motor, batteri and strömbrytare 22

Lektion 3 Nu bygger vi! Formge din egen dammsugare Tid: 60-75 minuter Mål, i den här lektionen lär sig eleverna: hur en dammsugare fungerar hur en motor med en fläkt kan användas för att flytta luft genom ett rör hur man bygger och testar olika lösningar Materialförteckning, 30 elever 15 Motorer 1,5V-3V 15 Batterier 3*1,5V or 4,5V Batteribox vid behov Arbetsblad 1. EDP planen. Arbetsblad 2 Entrådig elkabel 15 plastflaskor Kartong, med olika tjocklekar och utseende Blompinnar Gummiband Pappersklämmor Gummiband Pappersbitar från ett hålslag 1 Såg 1 Limpistol 1-2Kabelskalare 1-2 Avbitartång Tejp 6 Saxar Förberedelse Arbetsblad 2 Byggkomponenter enligt materiallista Arbetsmetod Grupper bestående av 2-3 barn Fokusområde i lektionen Använda designprocessen för att formge en dammsugare Kontext och bakgrund Barnen kommer att arbeta i grupper med EDP Engineering Design Process för att designa en dammsugare. Huvudfokus för den här lektionen är att eleverna ska skapa en produkt för att lösa ett problem. Hänvisa tillbaka till berättelsen i lektion 1. I den här lektionen går eleverna igenom stegen behov, planera, skapa och förbättra. Eleverna använder kunskapen från lektion 2 för att göra utmaningen. 23

3.1 Introduktion, helklass, 5 minuter Fråga eleverna: Hur kan vi nu använda vad vi vet om el, batterier, motorer och fläktar och vår egen kreativitet för att designa och bygga vår egen dammsugare? Be eleverna att få sin EDP plan klar. Gå tillbaka till historien och problemet från lektion 1. Berätta för dem att nu är det dags att göra designutmaningen, fortsätt genom att förklara vad den innebär. Aktiviteten går ut på att eleverna designar och bygger en dammsugare i grupper. Dela in klassen i grupper, 2-3 elever i varje grupp. Uppgiften är slutförd när dammsugaren sugit upp allt skräp. Berätta för eleverna om designutmaningen och börja sedan arbeta från stegen i EDP planen. Det är viktigt att eleverna dokumenterar i EDP planen. De kan också ta foton av de framsteg som görs med att konstruera dammsugaren. 3.2 Ingenjörens designutmaning, behov, tänka och planera i grupper, 15 minuter Fråga: Vad behöver eleverna veta? Till exempel: Vilka material finns att tillgå? Kravspecifikation? Material: Tillgång till batteri, motor, material i form av plastflaskor etc. Krav på funktion: Den ska klara att suga upp damm och bitar av papper från ett hålslag. Tänka Dela in barnen i små grupper, 2-3 elever, diskutera olika lösningar tillsammans som storleken på dammsugaren, lagring, placera batteriet etc. Ge dem en lista över material som de kan använda. Diskussionen är viktig. Planera Låt varje grupp bestämma en lösning och börja planera för byggandet. En bra idé kan vara att läraren konstruerar en egen dammsugare och låter eleverna titta på om de inte kan komma med idéer. Berätta för eleverna att de inte behöver ett filter/dammpåse, det räcker om de kan få damm i behållaren. Tips och varning! Innan eleverna börjar konstruktionsarbetet: Demonstration av hur man sammanfogar material. Förslagsvis visar läraren hur man kan montera motorn i dammsugaren. Se exempel under punkt 4. Demonstration och säkerhet i arbete med verktyg samt dess användning. Demonstrera hur eleverna kan skära till plastflaskorna. Var försiktig när sax och såg används. Påminn eleverna hur man använder avskalare och avbitare.

3.3 Designa och skapa, grupparbete, 60-75 minuter Utforma Varje grupp designar och gör en dammsugare. Påminn eleverna om att de kan dokumentera sitt arbete och sina framsteg med hjälp av en kamera. Behållare Behållaren kan tillverkas av olika typer av flaskor. Låt eleverna bestämma utformning av denna. Lättast är att försiktigt skära med en sax, kniv eller använda såg. Figur 5. Tillverka en behållare. Designa en fläkt och koppla ihop den med motorn Fläkten kan göras i många olika material. Ett material som är lätt att arbeta med och enkelt att justera är kartong. Tillgång och variation är bra, med olika tjocklek och utseende, ta från förpackningar av mjölk, spannmål, pizza etc. Låt eleverna bygga fläkten och sedan koppla den till motorn. Om fläkten lossnar från motorn, använd bitar av gummiband eller tejp. Testa fläkten Låt eleverna prova motor och fläkt innan de börjar fästa motorn på behållaren. Här kan eleverna använda sin tidigare kunskap om hur man ansluter motorn till batterierna. Om fläkten passar i behållaren och den börjar suga in skräp kan de fortsätta. Om den inte suger, utan den kanske blåser ut, kan de försöka byta poler på batteriet. Då snurrar motorn i motsatt riktning och förhoppningsvis suger den istället för blåser. Om fläkten är för stor måste de justera storleken innan de fortsätter. Försök att hålla din hand på baksidan av behållaren och se vad som kommer att hända. Figur 6. Testa dammsugaren. 25

Montera motor Det finns många sätt att fästa motorn. Om eleverna vill kan de hålla motorn med fingrarna eller de kan välja att montera motorn på locket. Här är några exempel på hur de kan fästa den. Figur 7. Dammsugare med blompinnar och lim. Figur 8. Dammsugare med motorfäste av skummgummi. Kom ihåg att luft skall kunna passera genom behållaren, gör eventuellt små hål i materialet. Figur 9. Dammsugare med små hål för passage av luft. Sätt fast batteriet Batteriet kan fästas på utsidan av flaskan. Eleverna kan sedan skala elkabel samt koppla för att ansluta batteriet till motorn. 26

Figur 10. Batteriet kan monteras på utsidan av flaskan. Gör en strömbrytare (tillval) Eleverna kan designa en strömbrytare som kan användas för att slå på och stänga av dammsugaren. Här får eleverna använda sina kunskaper om elkretsar (kompletta eller inkompletta) och material (kan/kan inte) leda elektricitet. Figur 11. Dammsugare med strömbrytare. Förbättringsarbete Låt grupperna diskutera hur de kan förbättra sin konstruktion och låt dem göra modifieringar. Påminn eleverna att fylla i EDP planen som finns på Arbetsblad 1, med eventuella förändringar, nya idéer eller frågor. 3.4 Sammanfattning, helklass, 15 minuter Sammanfatta inlärningsmålen. Diskutera med barnen: Har de lärt sig hur en dammsugare fungerar, hur en motor med en fläkt kan användas för att flytta luft genom en slang, hur man bygger och testar olika lösningar av en dammsugare. När eleverna är klara med sina konstruktioner låt dem städa upp i klassrummet. Berätta för dem att under nästa lektion kommer de att få visa sina konstruktioner till andra i klassen. 27

Lektion 4 Hur gjorde vi? Är utmaningen löst? Tid: 80 minuter Mål, i den här lektionen kommer eleverna att lära sig: att ta del av olika problemlösningar att definiera eventuella missuppfattningar om konstruktion av dammsugare Materialförteckning, 30 elever elevernas designade dammsugare Förberedelse Eleverna måste ha med sig sina dammsugare från föregående lektion Arbetsmetod Grupparbete och helklass Fokusområden i lektionen Eleverna kommer att reflektera och analysera över EDP processen samt de tillverkade föremålen utifrån de givna kriterierna. De kommer också att reflektera över den vetenskapliga metod de använt. Kontext och bakgrund I den här lektionen utvärderas processen och produkten. Är utmaningen uppnådd? Hur tillämpade eleverna ingenjörsmetoden de lärt sig och hur har de arbetar med produktutvecklingen. Detta är också tidpunkten för att presentera sin lösning på problemet och vara stolta över vad de har lärt sig och skapat. 28

4.1 Introduktion, helklass, 5 minuter Varje grupp har sina dammsugare som de har designat och byggt. I den här lektionen kommer klassen att diskutera olika lösningar och göra en utvärdering av de tillverkade produkterna. Läraren berättar för klassen om innehåll i presentationen och vilken tid varje grupp har. 4.2 Presentation av elevens arbete, helklass, 60 minuter Grupperna berättar för resten av klassen om sina dammsugare. Frågor och diskussioner som läraren kan ha med grupperna: Finns det något ni fortfarande kan förbättra? Diskutera olika problem som kan ha uppstått i de olika grupperna, till exempel: Har någon haft problem med att inte få tillräckligt med luft i dammsugaren? Varifrån kommer luften in och var går den ut? Måste luften komma ut? Varför sugs dammet in i dammsugaren? Har någon haft problem med luftriktningen? Hur löste ni i så fall det? Vilke är den största skillnaden mellan en hårtork och en dammsugare? Hur stänger man på och av dammsugaren? Har alla samma lösning eller finns det olika lösningar? Varför startar och stannar dammsugaren? Varför har de flesta dammsugare påse och filter? Relevanta termer och begrepp: Strömbrytare Motor Fläkt Elkabel Batteri Strömkrets 4.3 Sammanfattning, helklass, 10 minuter Sammanfatta inlärningsmålen. Diskutera med barnen; har de lärt sig olika sätt att lösa problem med hjälp av EDP? Har de identifierat någon missuppfattning efter utvecklingen av sin dammsugare. Diskutera om vilken vetenskaplig metod de valt och tillämpat under processen med att designa sina dammsugare. Samtala om materialet har inspirerat dem att arbeta som ingenjör. 29

Bilagor EDP, Engineering design process 30

Konceptberättelse Du har just firat en fantastisk skolavslutningsfest i klassrummet. Tyvärr har massor av konfetti använts och rummet är en enda röra. Städpersonalen är på semester och du har ingen tillgång till deras utrustning. Det finns ingen sopskyffel och borste, uppstädningen ser ut att ta lång tid att slutföra. Du har hittat några motorer, elektriska ledningar, batterier och papper i ett skåp. Det finns också massor av tomma läskedrycker, plastflaskor från festen. Förslag finns att ta en hårtork för att blåsa bort all konfetti, men detta skulle bara leda till mer oreda! Kan du bli elektroingenjör/teknisk designer och utforma, bygga och testa en lämplig dammsugare som kommer att rensa upp all röran och gör att du kan gå hem innan det blir för sent? 31

Arbetsblad 1 Lektion 1-4, dokumentation av EDP processen Namn: Datum: Arbetsblad 1. EDP plan. Fråga Vilket är problemet? Vilka är behoven? Vilka dammsugare finns redan? Vilka är kraven? Tänka Vilka lösningar är tänkbara? Brainstorma idéer. Välj de bästa. Planera Rita ett diagram/bild/skiss med dina idéer. Gör en lista med material du behöver. Konstruera Följ din plan och bygg din dammsugare. Testa. Förbättra Göra förbättringar, se över funktion och design. Testa.

Fråga Skriv ner alla dina frågor och svar. Tänka Brainstorming. Vilka lösningar har du? Hur kommer du designa din dammsugare? Vilka delar behöver du använda? Hur kan delarna sammanfogas? Storlek? Praktiska lösningar? Skriv ner/rita dina idéer.

Planera a. Gör en bild/skiss/diagram av dina bästa idéer från tänka steget. Specificera och skriv en materialförteckning för att kunna genomföra planen.

Konstruera Tips! Dokumentera din konstruktionsprocess. Testa! Vad hände när du testade din design? Vad fungerade bra? Hur vet du det? Vad fungerade mindre bra? Varför? Hur kan du förbättra din konstruktion? Förbättra Vilka delar förbättrade du? Varför? Rita/skriv/fota dina förbättringar. Berätta om modifieringarna.

Arbetsblad 2 Lektion 3 Designa and bygg din egen dammsugare Namn: Datum: a. Gör din EDP plan klar med fråga, tänka och planera stegen. b. Nu är det dags att designa och bygga din egen dammsugare. Nedan, har du beskrivningen som du kan följa. Känn dig fri att göra ditt eget exemplar. c. Kom ihåg att dokumentera varje steg du tar medan du bygger, antingen genom att skriva ner det eller ta en bild. d. Om du måste göra ändringar, har nya idéer om design eller om du har fler frågor som måste besvaras innan man kan fortsätta bygga, titta in i EDP planen och gå tillbaka till det steget och skriva ner det, dokumentera. Uppgiften är slutförd när dammsugaren suger upp allt skräp. Beskrivning: 1. Behållare Den kan tillverkas av olika typer av flaskor. Välj en flaska som din grupp enades om i planeringen och börja designa. För att få det första hålet kan du också använda en såg och sedan en sax. Var försiktig! Saxar och sågar har mycket vassa blad. 2. Designa en fläkt och fast den på motorn. Designa en fläkt och fäst den på motorn. Om fläkten lossnar från motorn, använd bitar av gummiband på båda sidor om fläkten. 36

3. Testa fläkten Nu testar du fläkten och motorn innan du fäster motorn på behållaren. Anslut batterierna till motorn. Om fläkten passar i behållaren och den börjar suga skräp kan du fortsätta till nästa punkt, 4. Om den inte suger, utan den kanske blåser, prova att byta poler på batteriet. Om fläkten är för stor behöver du justera fläkten innan du fortsätter. 4. Fäst motorn Det finns många sätt för att fästa motorn. Du och din grupp kan välja att hålla motorn med fingrarna eller du kan välja att fästa motorn på behållaren. Tänk på att luften måste kunna passera genom materialet eller att det måste finnas några små hål. Försök att hålla din hand på baksidan av locket och se vad som kommer att hända. 5. Fäst batteriet Batteriet/batterilåda kan fästas på utsidan av flaskan. Använd din kunskap om hur du ansluter kablarna. Kom ihåg att dokumentera ditt arbete och fyll i EDP på arbetsblad 1, varje gång du har en ny idé, en annan lösning eller förbättring. När du är nöjd med ditt arbete kan du utveckla/göra en strömbrytare till din dammsugare. 6. Tillverka en strömbrytare (tillval) Använd dina kunskaper om strömbrytare och gör en till din egen dammsugare. 37

Teknik och naturvetenskapliga förklaringar för lärare om el och dammsugare Elektricitet Ordet elektricitet härstammar från antiken, grekiska benämningen för bärnsten är elektron. Historiskt känner vi till hur friktion av vissa ämnen t.ex. bärnsten, ger statisk förmåga att attrahera lätta föremål. Elektricitet uppstår när negativa och positiva laddningar dras till varandra. Ampere mäter mängden elektroner per tidsenhet som passerar i en ledare. Vad är elektrisk ström och vilka material leder elektricitet? Laddade elektroner som rör sig, kallas ström och betecknas I. Förändring i spänning mellan två poler kallas Ampere. Laddningar kommer från atomernas byggstenar, elementarpartiklar. Ämnen som leder ström kallas ledare. Alla metaller leder ström, bäst är silver och koppar. Vatten och människokroppen leder ström. Ämnen som inte leder ström kallas isolatorer, till exempel plast, porslin, gummi och luft. Dammsugare Dammsugaren består av en elmotordriven fläkt, som suger luft genom filter, där damm och andra partiklar avskiljs. Sugförmågan styrs av motoreffekt och mäts i watt, mängden luft anges i kubikmeter per timme eller minut. Dammupptagningsförmåga är beroende av både sugeffekt, motorstyrka och munstycke. Det behövs hög motorstyrka för att få en riktigt kraftfull och effektiv dammsugare. Förutom den vanligaste dammsugaren finns en del alternativ; handdammsugare, skaftdammsugare, självgående dammsugare och centraldammsugare. Om du vill veta mer om hur dammsugare fungerar kan du titta på dessa webbsidor: http://home.howstuffworks.com/vacuum-cleaner.html http://www.explainthatstuff.com/vacuumcleaner.html Ström, spänning och resistans Elektrisk ström, I, innebär elektroner i rörelse. Elektrisk ström mäts i ampere, A. Spänningen, U, som uppstår genom en laddningsdifferens, är den kraft, som driver strömmen framåt. Spänning mäts i volt, V. Resistansen, R, är ett motstånd mot strömmen. Resistansen mäts i ohm,. Stor spänning ger stor ström. Stor resistans innebär liten ström. Ohms lag Samband mellan ström, spänning och resistans. Känner man två av dessa kan man med Ohms lag räkna ut den tredje. Ohms lag: U = I R Elektriska kretsar Innebär att elektriska komponenter som till exempel ström- och spänningskällor, kondensatorer, resistorer, transistorer, induktorer och dioder sammankopplas med elektriska ledningar för att bilda en sluten krets och ström, systemet har fått en elektrisk krets. 38

Elevers idéer om elektricitet Barns tankar och idéer om hur världen beter sig utvecklas från deras vardagliga interaktioner och erfarenheter med omvärlden. Dessa representerar inte den etablerade nuvarande vetenskapliga uppfattningen, men de brukar innehålla logiska element och baseras på observation. Eftersom mentala modeller är konstruerade av individer genom sin erfarenhet, är det mest framgångsrika sättet att utmana dem genom att få nya erfarenheter. När vi erbjuder möjlighet för barn att lära sig nya praktiska kunskaper vill vi utmana deras tänkande på ett annorlunda sätt än att bara berätta fakta. Men detta görs inte lätt. Det är olika svårt för alla att ta till sig nya idéer om ett visst fenomen, speciellt när det kommer till implicit kunskap. Det är också svårt att vara helt säker på vad eleverna tänker om helt nya kunskapsområden eftersom de kan ha svårt att uttrycka sig i samtal eller med andra uttryckssätt. Det är ändå viktigt att verkligen försöka förstå modellerna som eleverna skapat, de kan ge dig en god uppfattning av möjliga idéer och associationer som eleverna har i ämnet, vilket gör det lättare för dig att förstå de samband som eleverna gör. Elektricitet är ett stort område, du kan låta eleverna ge sina egna tankar om elektriska kretsar, jämföra det med sina kamrater och med dig som sin lärare. Detta innebär att elevernas egna tankar om ämnena värderas och kan vara en utgångspunkt för ditt arbete med elektriska kretsar. Idéer om elektriska kretsar som är missuppfattningar Strömkrävande modell De som observerar elektriska apparater i vardagen kan se att det är en sladd till varje TV, datorn, lampa etc. Så vissa elever ritar bilder som föreställer: Symboliken är inte konstig eftersom el, precis som gas och vatten, tillförs bostäder, används och betalas för. Batterier krävs för att få glödlampor att lysa och de ersätts när de inte fungerar. Det är därför rimligt att eleverna tror att batteriet levererar något till glödlampan genom ledningarna och efter att lampan tänds är allt förbrukat. Förutom att observera och lyssna till vad som sägs, kan du lätt dra slutsatsen att detta något är ström eller el och att det är konsumerat. Folk säger till exempel: Slösa inte med strömmen! Vi måste hålla nere strömförbrukningen. Andra idéer Denna bild visar en idé om att elen kommer från båda polerna och att lampan lyser upp när el kolliderar i glödlampan. 39

En annan uppfattning visas i bilden. Här är den elektriska kretsen fullständig, men kraften blir mindre och mindre när den färdas en längre strecka i kretsen, till sist finns det knappast någon ström kvar. 40

Partners Bloomfield science Museum Jerusalem The National Museum of Science and Technology Leonarda 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 The Deutsches Museum Bonn Boston s Museum of Science Modiin Macabim Reut Istituto Comprensivo Copernico The Daltonschool Neptunus Gränsskolan School The 21st Elementary School Maglegårdsskolen The Moraitis school EE. PU. CHAPTAL Pegasus Primary School Donatusschule Must The eugenides foundation ECSITE European Network of Science Centres and Museums ICASE International Council of Associations for Science Education ARTTIC Manchester Metropolitan University Bristol Centre for Research in Lifelong Learning and Education There are 10 units available in these languages. The units are available on http://www.engineer-project.eu/ till 2015 and on http://www.scientix.eu/ 41