Profiles-opiskelumateriaalia - Yleiskuvaus Mitä maissinjyvälle tapahtuu lämmitettäessä? Luonnontieteet - Kemia 7.-9. luokka Kehittäjä: Seppo Koppinen, Sonkajärven koulu (2011) http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Opiskelukokonaisuudessa yhdistyvät kotoa tuttu popkornin valmistus ja luonnontieteellinen tutkimusprosessi. Opiskelu ei vaadi aiempaa luonnontieteellistä tietoa, joten sitä voidaan käyttää useilla eri luokkatasoilla. Tavallisesti popkorn valmistetaan voin tai öljyn kanssa. Tässä työssä tarkistetaan tarvitaanko rasvaa todella popkornin valmistukseen. Oppilaat harjaantuvat luonnontieteellisen tutkimuksen teossa. Opiskelukokonaisuuden yleiskuvauksessa, opettajan oppaassa, oppilaan ohjeessa ja liitteissä olevia kuvia voi käyttää opetuskäytössä. Kuvat ovat flickr-kuvapalvelusta, http://www.flickr.com, MGF. Project funded within the EC FP7 Programme: 5.2.2.1 SiS-2010-2.2.1 Grant Agreement No.:266589 Supporting and coordinating actions on innovative methods in science education: teacher training on inquiry based teaching methods on a large scale in Europe 1/9
Oppiaine: Kemia Luokka-aste: 7.-9. luokka Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet (2004, 7.9): Oppilas oppii: tekemään luonnontieteellisen tutkimuksen sekä tulkitsemaan ja esittämään tuloksia käyttämään luonnontieteellisen tiedonhankinnan kannalta tyypillisiä tutkimusmenetelmiä, myös tieto- ja viestintätekniikkaa, sekä arvioimaan tiedon luotettavuutta ja merkitystä Keskeisiä sisältöjä: hiilihydraatit, valkuaisaineet, rasvat, niiden koostumus ja merkitys ravintoaineina sekä teollisuuden raaka-aineina Työskentelytavat: Opiskelukokonaisuudessa on ryhmätyöskentelyä, kokeellista tutkimusta ja tiedohakua. Ehdotus ajankäyttöön: 4 oppituntia, missä yksi oppitunti on kestoltaan 45 minuuttia. Työskentelyn tavoitteet: Opiskelukokonaisuuden aikana oppilaan tulisi ymmärtää popkornin valmistusprosessi. Oppilaan tulisi muotoilla tutkimuskysymys, suunnitella koe ja tehdä johtopäätökset. Liitteet 1. Oppilaan ohje Sisältää tarkemmat tiedot tehtävistä ja ohjeet tehtävien suorittamiseen. 2. Opettajan ohje Ohjeita tehtävänasetteluun. Seuraavat materiaalit ovat muokattu Parsel-opetusmateriaalista Popcorn a fat free snack (Relly Shore), joka on laadittu osana EU:n kuudennen puiteohjelman rahoittamaa PARSEL projektia (SAS6-CT-2006-042922-PARSEL). Lisätietoja alla olevasta osoitteesta: www.parsel.eu. 2/9
Profiles-opiskelumateriaalia - Opettajan opas Mitä maissinjyvälle tapahtuu lämmitettäessä? Luonnontieteet - Kemia 7.-9. luokka Kehittäjät: Seppo Koppinen, Sonkajärven koulu (2011) http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Opiskelukokonaisuudessa oppilaat tekevät luonnontieteellisen tutkimuksen. Työ kehittää oppilaan luonnontieteellistä lukutaitoa ja luonnontieteellisen tutkimuksen kaikkien vaiheiden tekotaitoa. Popkornin valmistuksen yhteydessä voidaan pohtia myös laajemmin terveellisestä ravinnosta. 3/9
Skenaario Oppilaat lukevat ohjeestaan tekstin, jossa ongelma esitellään. Mielekkyyttä tehtävän aloittamiseen saa esimerkiksi videolla, missä näkyy popkornin muodostuminen. (youtube: High speed video of popcorn kernel popping at 5,400 fps) Työskentely vaiheittain Työssä tarvittavat tarvikkeet ja aineet: sähkölevy tai kaasupoltin, keitinlasi, lasikansi, lusikallinen ruokaöljyä, kourallinen popkornia. Oppilaat työskentelevät 2-3 oppilaan pienryhmissä. Työn päätavoitteena on, että oppilas oppii tutkimuksen teon seuraavia eri vaiheita: suunnittelu ja tutkimuskysymysten sekä hypoteesin laatiminen, havainnointi, työn eri vaiheiden kirjaaminen, tulosten esittäminen, johtopäätösten esittäminen ja niistä keskustelu. Alussa popkornin valmistukseen ja siitä keskusteluun käytetään yksi oppitunti. Toisella oppitunnilla keskitytään tutkimuskysymysten laatimiseen. Kolmannella oppitunnilla laaditaan tutkimussuunnitelma ja keskustellaan eri vaihtoehdoista. Neljännellä oppitunnilla oppilaat esittävät tulokset ja ne kootaan. Viides oppitunti on varattu päätöksentekoon siitä, voidaanko popcorn valmistaa ilman rasvaa. Esimerkkejä tutkimuskysymyksistä Miten maissin jyvien massa muuttuu valmistuksessa? Kuinka öljyn korvaaminen jollain muulla nesteellä vaikuttaa turvonneiden jyvien määrään? Miten se, että maissinjyvät tulevat eri valmistajilta vaikuttaa räjähtäneiden jyvien määrään? Miten ympäristön lämpötila vaikuttaa siihen, miten korkealle maissin jyvät hyppäävät? Miten nesteen määrä vaikuttaa jyvien räjähtämiseen? Miten rasva vaikuttaa valmistukseen tai lopputulokseen? Miten jyvien kuivaus vaikuttaa valmistukseen? Miten jyvien rikkominen ennen valmistusta vaikuttaa lopputulokseen/ valmistusaikaan? Miten jyvien liottaminen vaikuttaa lopputulokseen/valmistusaikaan? Miten lämmitystapa vaikuttaa popkornin laatuun? 4/9
Taustatieto opettajalle Historiaa Sanan jyvä alkuperä on muinaisen Egyptin pyramidien ajalta, mutta se tarkoitti eri asioita eri paikoissa. Englannissa esimerkiksi jyvä/corn tarkoitti vehnää. 1500-luvun alussa popcornilla oli tärkeä rooli Pohjois-Amerikan alkuperäiskansojen elämässä. Popcornia syötiin ja siitä valmistettiin kaulakoruja sekä perinteisiä pään peittäviä ornamentteja, minkä lisäksi se oli jumalten aseman symboli. Vuonna 1890 popcornista tuli suosittua, ja seuraavan vuosisadan puolivälissä popcornin kulutus kasvoi kolminkertaiseksi Toisen maailmansodan sokerisäännöstelyn vuoksi. Popcornin valmistuksen virstanpylväitä Eräs popcornin valmistuksen vanhimpia menetelmiä on lämmittää hiekkaa jonkinlaisessa uunissa ja asettaa maissinjyvät kuuman hiekan päälle. Ensimmäisen kannettavan popcorn-koneen puolestaan kehitti vuonna 1893 amerikkalainen Charles Carters. Toisen maailmansodan aikana radioaktiivista säteilyä tutkinut tiedemies Percy Spencer yritti eristää radioaktiivisia säteitä hyödynnettäväksi sotaa varten, ja teki sattumalta läpimurron mikroaaltouuniteknologian kehityksessä. Popcorn oli useissa hänen kokeissaan tärkeä tekijä. 1940-luvulla tehtiin ensimmäistä kertaa mikroaaltouunissa valmistettavaa popcornia. Tavallisesta sokerimaissista poiketen popcornissa käytettäviä maissinjyviä saadaan kuivaamalla yhä tähkässä olevia jyviä n. 16 kosteusprosenttiin, jonka jälkeen jyvät kerätään ja niitä kuivataan vielä noin 13,5 kosteusprosenttiin. On olemassa yli 700 erilaista popcorn-lajiketta. Mitä tapahtuu ja miksi? Jyvän ulkokuori koostuu pääasiassa tärkkelyksestä ja vedestä. Kun jyvää lämmitetään, vesi höyrystyy ja jyvän sisäinen paine kasvaa. Lämpötilan noustessa yli 170 C ulkokuori ei enää kykene säilyttämään muotoaan suuren paineen (n. 9bar) alla, ja vesihöyry vapautuu tutun poksahduksen saattelemana. Kuumuudessa valkoiseksi muuttunut tärkkelys kääntyy jyvän sisältä sen ulkopuolelle, ja vapautuvan vesihöyryn vuoksi siitä tulee muodoltaan ilmavaa ja toisesta päästään hieman levenevää. 5/9
Mikäli jyvän ulkokuoressa on halkeama tai se on muutoin viallinen, vesihöyry pääsee kuumennuksen aikana vapautumaan tasaisesti eikä poksahdukseen tarvittavaa painetta pääse kertymään. Lisätietoa popcornista ja popcornin historiasta sekä yksityiskohtaisempi kuvaus popcornin valmistamisen prosessista löytyy englanniksi osoitteesta http://www.popcorn.org Popcornin ravintoarvo Ilman rasvaa valmistettu popcorn on vähäkalorista, sokeritonta ja vähärasvaista, eikä siinä ole lainkaan sodiumia. Tämä tekee popcornista houkuttelevan naposteluvaihtoehdon. Todellinen rasva-, sokeri- ja sodiumpitoisuus riippuu kuitenkin hyvin voimakkaasti valmistustavasta. Energiaa popcorn sisältää 380Kcal sataa grammaa kohti, ja yksi kupillinen popcornia painaa noin 8 grammaa. Sadassa grammassa on 4 grammaa rasvaa, 12 grammaa proteiinia ja 2,7 milligrammaa rautaa. Popcornin kuitupitoisuus on myös luontaisesti korkea. Työskentelyn arviointi V= välttävä, H= hyvä, E= erinomainen Oppilas osaa: tehdä tutkimuskysymyksiä suunnitella tutkimuksen toteuttaa tutkimuksen tehdä havaintoja tehdä johtopäätöksiä tehdä perustellun esityksen annettuun ongelmaan työskennellä ryhmässä esittää tutkimuksensa tulokset Pari 1 Pari 2 6/9
Profiles-opiskelumateriaalia - Oppilaan ohje Mitä maissinjyvälle tapahtuu lämmitettäessä? Luonnontieteet - Kemia 7.-9. luokka Ryhmäläisten nimet:........................................... Työskentelyn lähtökohdat Opiskelun aikana sen lisäksi, että opit valmistamaan popkornia, opit myös tekemään luonnontieteellistä tutkimusta. Opit laatimaan tutkimuskysymyksiä, tekemään kokeita ja havaintoja sekä johtopäätöksiä ja raportoimaan niistä. Opit myös tietojesi avulla tekemään perustellun ehdotuksen annettuun ongelmaan. Opit myös pohtimaan terveellisiä ruokailutottumuksia. 7/9
Mitä maissinjyville tapahtuu lämmitettäessä? Ystäväsi ovat päättäneet katsoa yhdessä elokuvan ja haluavat syödä siinä ohessa popkornia. He huomaavat, ettei heillä ole voita, rypsiöljyä tai mitään muutakaan rasvaa. Maissin jyviä sentään löytyy. Hetken pohdittuaan he soittavat sinulle ja kysyvät neuvoa. Voivatko he valmistaa popkornia ilman rasvaa? Selvitä asia tutkimalla popkornin valmistusta, jotta voit opastaa heitä. Työskentely Varmista, että: seuraat mahdollisimman tarkasti ohjeita suorittaessasi koetta teet niin paljon havaintoja kuin mahdollista havaintosi tulevat kirjatuksi ylös selkeästi ja jäsennellysti kaikki ryhmän jäsenet osallistuvat kokeen eri työtehtäviin käytät asianmukaista ja tarkkaa tieteellistä kieltä koko prosessin ajan Tutkimuksen laatiminen Muotoile 5 erilaista kysymystä, jotka syntyivät tekemistäsi havainnoista. Valitse yksi näistä kysymyksistä tutkimuksesi kohteeksi. Muotoile tämä kysymys tutkimuskysymykseksi, jolla pohditaan kahden muuttujan välistä riippuvuutta. Muotoile hypoteesi (olettamus) joka nousee kysymyksestäsi esiin. Anna perustelut tekemällesi hypoteesille, perustuen oikeaan ja relevanttiin tieteelliseen tietoon. Suunnittele koe, jolla voit tarkistaa hypoteesisi oikeellisuuden. Tee tutkimussuunnitelma eli kirjaa ylös kokeesi kaikki vaiheet yksityiskohtaisesti. Luetteloi suunnitelmaasi välineet ja aineet, joita tarvitset kokeessasi. Keskustele opettajasi kanssa ja tee muutoksia, mikäli se on tarpeen. 8/9
Tutkimuksen toteutus Pyydä opettajalta hyväksyntä suunnittelemallesi kokeelle. Esitä opettajalle tekemäsi tutkimussuunnitelma Pyydä opettajalta työssä tarvitsemasi välineet. Opettajan hyväksyttyä suunnitelmasi ja saatuasi tarvikkeet, tee koe ja kirjaa tarkasti ylös tulokset. Laita öljy ja popkorni keittoastiaan. Peitä astia. Kuumenna astiaa. Tarkkaile ja kirjaa ylös kaikki havaintosi käyttäen kaikkia aistejasi. Päätöksenteko Mitä neuvoisit nyt ystävillesi? Voivatko he valmistaa popkornia ilman rasvaa? He haluavat kuulla myös perustelusi. Analysoi tuloksia ja tee niistä johtopäätöksiä. Vertaile hypoteesiasi ja kokeesta tekemiäsi johtopäätöksiä ja tee kirjallinen yhteenveto työstä ryhmäkeskustelua varten. Kokeellisen työskentelyn ja johtopäätöksen esittely Jaa kokeesi tulokset toisten ryhmien kanssa. Esitä havainnot ja tulokset järjestelmällisesti (taulukkona, diagrammina, kuvaajana, jne.) Mieti tutkimuksen eri vaiheita - Oliko työssä rajoituksia? Mikä oli työn tarkkuus? Mieti mahdollisia muutoksia tutkimusprosessiin. Nousiko työn aikana esiin lisäkysymyksiä? Minkälaisia? Valmistaudu esittämään yhteenveto kokeesta koko luokalle. Viimeistele vielä työselostuksesi: varmista, että se on hyvin järjestetty, siisti ja luettava. Mieti voitko hyödyntää toisten ryhmien tuloksia omassa työssäsi? 9/9