Profiles-opiskelumateriaalia - Yleiskuvaus Miten generaattori toimii? Luonnontieteet - Fysiikka - 7.-9. luokka Kehittäjä: Antti Lehtonen, Kirkkoharjun koulu (2011) http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Miten generaattori toimii? -opiskelukokonaisuudessa perehdytään erilaisiin sähköntuotantotapoihin ja pohditaan niiden hyviä ja huonoja puolia. Oppilaat tutustuvat aluksi generaattorin yleiseen toimintaperiaatteeseen ja erilaisiin sähköntuotantotapoihin yhteiskunnassa. Kokeellisen työskentelyn ja tiedonhaun jälkeen ryhmät esittävät muulle luokalle näkemyksensä parhaasta sähköntuotantotavasta. Lopuksi valmiista esityksistä keskustellaan yhdessä. Lisäksi oppilaat suunnittelevat bilepaikan valaistukseen varajärjestelmän. Opiskelukokonaisuuden yleiskuvauksessa, opettajan oppaassa, oppilaan ohjeessa ja liitteissä olevia kuvia voi käyttää opetuskäytössä. Kuvat ovat flickr-kuvapalvelusta, http://www.flickr.com, rh_photo. 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: Fysiikka Luokka-aste: 7.-9. luokka Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet (2004, 7.9): Oppilas oppii: työskentelemään ja tutkimaan luonnonilmiöitä turvallisesti ja yhdessä toisten kanssa suunnittelemaan ja tekemään luonnontieteellisen tutkimuksen, jossa vakioidaan ja varioidaan luonnonilmiöissä vaikuttavia muuttujia ja selvitetään muuttujien välisiä riippuvuuksia Keskeisiä sisältöjä: sähkömagneettinen induktio ja sen käyttö energian siirrossa sekä sähkön käyttö kotona Työskentelytavat: Opiskelukokonaisuudessa on ryhmätyöskentelyä ja kokeellista tutkimusta. Ehdotus ajankäyttöön: 6 oppituntia, missä yksi oppitunti on kestoltaan 45 minuuttia. Työskentelyn tavoitteet: Opiskelukokonaisuuden aikana oppilaan tulisi ymmärtää sähköenergian ja magneettikentän käsitteet ja sähkömoottorin toimintaperiaate. Oppilaan tulisi harjaantua tarkoituksenmukaiseen tiedonhakuun ja vertailemaan erilaisia tiedonlähteitä. Liitteet 1. Oppilaan ohje Sisältää tarkemmat tiedot tehtävistä ja ohjeet tehtävien suorittamiseen. 2. Opettajan ohje Ohjeita tehtävänasetteluun. 2/9
Profiles-opiskelumateriaalia - Opettajan opas Miten generaattori toimii? Luonnontieteet - Fysiikka - 7.-9. luokka Kehittäjät: Antti Lehtonen, Kirkkoharjun koulu (2011) http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Tässä opiskelukokonaisuudessa oppilaat tutustuvat sähköntuotantoon ja erilaisiin tapoihin tuottaa sähköä yhteiskunnassa. Oppilaat harjoittelevat ryhmätyötaitoja, kriittistä tiedonhakua ja oman näkemyksensä perusteltua esittämistä tutkiessaan kokeellisesti ja kirjallisesti erilaisia sähköntuotantotapoja ja valitessaan niistä mielestänsä parhaan. Lopuksi ryhmien näkemykset kootaan yhteen ja niistä keskustellaan yhdessä. Lisäksi oppilaat tutustuvat sähkömagnetismi-käsitteeseen ja generaattorin toimintaan sekä suunnittelevat bilepaikan valaistuksen varajärjestelmän. Opettaja voi määrätä ryhmätyöskentelyn ajaksi tiettyjä rooleja ryhmäläisille, kuten johtaja, arvioija, kannustaja ja raportoija. 3/9
Skenaario Oppilaat lukevat ohjeestaan tekstin, missä tulee esille generaattorin toimintaan liittyvä ongelma. Työskentely vaiheittain Ensimmäinen oppitunti (45 min) oppilaat muodostavat enintään neljän hengen ryhmät oppilaat tutustuvat opettajan jakamaan tehtäväpaperiin opettaja ohjeistaa ryhmät ja varmistaa, että työnjako on ryhmissä selvä opettaja painottaa lähteiden käyttöä ja opastaa lähteiden arviointiin oppilaat aloittavat kirjallisuus- ja Internet-lähteiden etsimisen ja tutkimisen. Aluksi on tarkoitus tutustua generaattoriin ja sen yleiseen toimintaperiaatteeseen. Toinen oppitunti oppilaat jatkavat lähdemateriaaliin tutustumista oppilaat tutustuvat erilaisiin sähköenergian tuotantotapoihin yhteiskunnassa ryhmät huolehtivat, että jokaisella ryhmän jäsenellä on tarvittavat tiedot kirjattuna Kolmas oppitunti tunnin alussa käydään yhdessä läpi edellisten tuntien tiedonhaun tulokset sähkön tuotantoa koskevat tiedot voidaan kirjata yhdessä taululle yhdeksi kokonaisuudeksi tämä voidaan toteuttaa myös sähköistä ilmoitustaulusovellusta kuten Wallwisher ohjelmaa käyttäen Neljäs oppitunti kokeellisen osuuden aluksi tutustutaan tarvittaviin välineisiin ja varmistetaan kytkennät (opettaja voi tarvittaessa koota mallilaitteiston) oppilaat tutustuvat sähkömagneettiseen induktioon vaiheittaisen koesarjan avulla (tehtävä 2.1.) oppilaita pyydetään nimeämään havaittu ilmiö. Tässä vaiheessa ryhmien vastaukset saattavat erota virallisesta käsitteestä, mutta opettajan ei kuitenkaan vielä kannata korjata oppilaiden vastauksia. oppilaat laativat tutkimussuunnitelman, jonka hyväksyttävät opettajalla oppilaat eivät välttämättä havaitse kaikkia jännitteen suuruuteen vaikuttavia tekijöitä (tehtävä 2.2.), joten opettaja voi tässä vaiheessa kysymysten ja keskustelun avulla ohjata ryhmiä tarkempiin havaintoihin ja johtopäätöksiin ryhmät saavat halutessaan käyttää oppikirjaa apunaan ja tarkistaa siellä esitettyjä tekijöitä tutkimalla niitä kokeellisesti. Tähän ei kannata oppilaita ohjeistaa, vaan antaa heidän itse keksiä lähdekirjallisuuden käyttö. 4/9
Viides oppitunti oppilaat jatkavat tarvittaessa edellisen tunnin tutkimuksia ryhmät, jotka ovat saaneet tutkimuksensa valmiiksi voivat alkaa suunnitella ja toteuttaa bilepaikan mallia opettaja jakaa ryhmille kartonkia, liimaa, sakset sekä ledin ja mahdollisesti muut tarvittavat tarvikkeet. Led kiinnitetään kartonkimalliin ja oppilaat kokeilevat miten se saadaan käämien ja magneettien avulla emittoimaan valoa. kun oppilaat saavat valaistuksen toimimaan, he vastaavat loppuihin tehtäviin (päätöksenteko) oppilaat muodostavat ryhmässä yhteisen näkemyksen siitä, mikä on paras sähköntuotantotapa ja perustelevat näkemyksensä oppilaat pohtivat myös valitsemansa sähköntuotannontavan heikkouksia ja vaihtoehtoisia tapoja generaattorin pyörittämiseen Kuudes oppitunti ryhmät esittelevät bilepaikkamallit ja johtopäätöksensä muille ryhmille luokan edessä vaihtoehtoisesti ryhmät voivat pystyttää esittelypisteitä, joissa muut oppilaat kiertävät kysellen tuotokset voidaan koota lopuksi erillisten raporttien kanssa koko koulun nähtäville Opettajan kommentteja kokeilusta Kuuden oppitunnin aikataulu on väljä. Opetuskokeilussa toiset ryhmät olivat muita ryhmiä nopeampia ja saivat edetä omaan tahtiinsa. Opettaja varmisti ensin kerättyjen tietojen määrän. Ryhmien oppilaat osallistuivat hyvin kokonaisuuden suorittamiseen sen jokaisessa vaiheessa. Pitkäkestoinen projekti antaa opettajalle hyvän mahdollisuuden seurata ja arvioida sekä yksittäisen oppilaan että ryhmän toimintaa. Arvioinnissa käytettiin yhdelle paperille mahtuvaa arviointilomaketta, jota voidaan soveltaa muihinkin projekteihin. Sen kaikkia kohtia ei tarvitse käyttää. Lomake toimi varsin hyvin, sillä se oli helppo ja selkeä käyttää. Jokainen tunti oli työntäyteinen. Opettaja ehti hyvin kiertää ryhmien luona ja keskittyä niihin, joissa ongelmia esiintyi. Tällöin oli myös mahdollista keskustella oppilaiden kanssa. Oppilaat pitivät Wallwisherin käytöstä tiedon kokoamisessa. Sen hyvä puoli on, että opettajalla on mahdollisuus poistaa asiattomat kommentit. Asiasisällöt tulivat hyvin käsitellyiksi ja loppuesittelyn päätteeksi opettaja varmisti sähkömagneettisen induktion käsitteen ymmärtämisen oppilaiden esitysten perusteella. Tiedonkeruu kirjallisuudesta ja Internetistä sujui hyvin ja oppilaat tutustuivat erilaisiin lähteisiin. Tehtävässä 2.2 johdinlangan ja rautanaulan voi jättää jakamattakin, sillä niillä syntyvä jännite on hankala havaita. Ne voivat toki toimia tutkimuksen lähtökohtana, josta voidaan siirtyä suurempiin käämeihin. 5/9
Arviointi Työ: Arvioitava asia Arvioinnin perusteet Osaa laatia aiheesta sopivia tutkimuskysymyksiä ja/tai tietää tutkimuksen tarkoituksen Oppilas: Arvosana: (X,T, H, K) 1 2 3 4 5 6 7 Tutkimussuunnitelman kirjoittaminen ja sen esittely opettajalle Tutkimuksen tai kokeen suorittaminen Saadun kokeellisen tiedon kirjaaminen Havaintojen tulkitseminen ja johtopäätösten tekeminen Ryhmässä toimiminen tutkimuksen aikana Tutkimuksen suorittaminen ja tulosten esittäminen suullisesti Yhteiskunnallisesti suuntautunut sekä tieteellinen päättely Laatii tarkoituksenmukaisen tutkimussuunnitelman Esittää tarkoituksenmukaisia ennusteita/hypoteeseja Kehittää tarkoituksenmukaisen työskentelysuunnitelman (sisältäen tarvittavat välineet/kemikaalit ja turvallisuus kysymykset) ja ilmaisee/osoittaa tarkasteltavat muuttujat.) Ymmärtää tutkimuksen tavoitteet ja tietää mitä kokeita ja mittauksia suorittaa Suorittaa tutkimuksen seuraten ohjeita tai suunnitelmia Käyttää laboratoriotarvikkeita ja mittausvälineitä turvallisesti ja tarkoituksenmukaisesti Käyttäytyy turvallisesti suhteessa itseensä ja toisiin Pitää työpöydän siistinä ja järjestyksessä Tekee ja kirjaa ylös tarkoituksenmukaisesti kerättyjä havaintoja ja tietoa (havaintojen lkm/tarkkuus/virheet) Tulkitsee kerättyjä havaintoja perustellusti ja tekee tarkoituksenmukaisia diagrammeja, taulukoita ja symboleja Tekee tutkimuskysymykseen liittyviä johtopäätöksiä Osallistuu ryhmäkeskusteluun tutkimuksen eri vaiheissa (nostaa esille kysymyksiä, suunnittelee tutkimusta, esittää ennusteita, analysoi dataa, vetää johtopäätöksiä, tekee perusteltuja päätöksiä) Toimii yhdessä ryhmän kanssa ja osallistuu täysin ryhmän toimintaan Osoittaa yhteistyökykyä - ohjaa ryhmää luovalla ajattelulla, auttaa avuntarvitsijoita Esittää toiminnot selkeällä tavalla ja perustellen Esittää tulokset selkeästi ja perustellen Käyttää tarkkoja ja tarkoituksenmukaisia tieteellisiä termejä ja kieltä Antaa oikeita, perusteltuja selityksiä Osoittaa luovaa ajattelua ehdotuksissaan Antaa perusteltuja yhteiskunnallisesti suuntautuneita päätöksiä kysymykseen tai huoleen korostaen oikein tieteellistä puolta asiasta 6/9
Profiles-opiskelumateriaalia - Oppilaan ohje Miten generaattori toimii? Luonnontieteet - Fysiikka - 7.-9. luokka Ryhmäläisten nimet:........................................... Työskentelyn lähtökohdat Miten generaattori toimii? -opiskelukokonaisuudessa selvitetään erilaisia tapoja tuottaa sähköä ja pohditaan tiedon lähteiden luotettavuutta. Lisäksi perehdytään generaattorin toimintaan ja tehdään kokeellisia tutkimuksia. Lopuksi suunnittelette valaistuksen varajärjestelmän bilepaikkaanne. 7/9
Sähköntuotantotapoja ja miten pyörittää generaattoria? Lue oheinen teksti: On synkkä ja myrskyinen syysilta. Olet päättänyt järjestää kotibileet. Mistään kynttiläillallisesta ei ole nyt kysymys, vaan haluat saada bilehileet kimaltelemaan kunnolla kirkkaan valon heijastuessa niistä. Tähän tarkoitukseen tarvitset sähköä. Asunnossasi on käytössä ympäristöystävällinen ja energiankulutukseltaan pieni LED-valaistus. Syysmyrsky on ennenkin katkonut puita ja aiheuttanut harmia sähkönjakeluun. Haluat illan sujuvan odotusten mukaisesti ja varmistat valaisimien toimivuuden asentamalla asuntosi varaenergianlähteeksi generaattorin. Työskentely Kirjoittakaa vastaukset seuraaviin kysymyksiin erilliselle paperille. Pohtikaa ryhmässä ja selvittäkää kirjallisuuden / Internetin avulla seuraavia asioita. Generaattorin toimintaperiaate Erilaisia tapoja tuottaa sähköenergiaa yhteiskunnassa Sähkön synty Käytössänne on käämi, johtimia, kestomagneetti ja jännitemittari. Kytkekää jännitemittari käämin napoihin. 1. Mitä havaitsette, kun viette magneetin käämin sisään? 2. Mitä havaitsette, kun magneetti on käämin sisällä paikallaan? 3. Mitä havaitsette, kun otatte magneetin pois käämin sisältä? 4. Miten saatte jännitemittarin näyttämään jotain tiettyä lukemaa? Kirjatkaa jännitemittarin lukema muistiin. 5. Jännitemittarin lukema? 6. Mikä tilanteessa muuttuu? 7. Antakaa ilmiölle nimi. 8/9
Jännitteen suuruuteen vaikuttavat tekijät. Käytössänne on erilaisia käämejä, johdinlankaa, rautanaula, kestomagneetteja ja jännitemittari. Tutkikaa annettuja välineitä käyttäen jännitteen suuruuteen vaikuttavia tekijöitä. Laatikaa tutkimussuunnitelma (koejärjestely, suunnitelma ja tulokset) ja piirros koejärjestelystä. Esittäkää valmis suunnitelmanne opettajalle. Päätöksenteko Millaisen generaattorin valitsisitte tuottamaan sähköä bilepaikkaanne? Rakentakaa kartongista malli bilepaikasta ja asentakaa kattoon yksi led lampuksi. Miten saatte huoneen valaistua? Perustelkaa vastauksenne. 1. Mitä kriteerejä painotatte valintaa tehdessänne? Millainen on mielestänne hyvä generaattori? 2. Mitä muita tapoja on tuottaa generaattorilla sähköä? 3. Mitä ongelmia liittyy valitsemaanne sähköntuotantotapaan? 4. Mikä on mielestänne paras tapa tuottaa sähköä? Miksi? Kokeellisen työskentelyn ja johtopäätöksen esittely Ryhmät esittelevät bilepaikkamallit ja johtopäätöksensä muille ryhmille luokan edessä ja tuotokset voidaan koota lopuksi raporttien kanssa koko koulun nähtäville. 9/9