Profiles-opiskelumateriaalia - Yleiskuvaus Kuivauksen monet mahdollisuudet Luonnontieteet Fysiikka ja kemia 5.-6. luokka Kehittäjät: Jani Tanninen, Sara Karvonen, Emilia Kääntä, Kari Sormunen ja Ilpo Jäppinen (2012) Soveltavan kasvatustieteen ja opettajankoulutuksen osasto, Itä-Suomen Yliopisto Suomi http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Tehtävä on suunnattu 5.-6. luokkalaisille ja tehtävän aihepiirinä on fysiikka ja kemia. Opiskelukokonaisuuden tavoitteena on, että oppilas oppii veden olomuodonmuutokset ja niihin vaikuttavat tekijät sekä veden olomuotojen esiintymisen luonnossa. Lisäksi oppilas oppii millaista vesimolekyylien lämpöliike on eri olomuodoissa. Työskentelytavassa painotetaan ryhmässä työskentelyä, itsenäistä ja kriittistä tiedonhakua ja oman työskentelyn arviointia. Opiskelukokonaisuudessa on monipuolista ongelmanratkaisua ja ongelman tarkastelua eri näkökulmista. Opiskelukokonaisuuden yleiskuvauksessa, opettajan oppaassa, oppilaan ohjeessa ja liitteissä olevia kuvia voi käyttää opetuskäytössä. Kuvat ovat flickr-kuvapalvelusta, http://www.flickr.com, Magalie L'Abbé 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 1/10
Oppiaine: Fysiikka ja kemia Luokka-aste: 5.-6. luokka Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet (2004, 7.9): Oppilas oppii: tekemään havaintoja ja mittauksia, etsimään tietoja tutkittavasta kohteesta, sekä pohtimaan tiedon luotettavuutta. tekemään johtopäätöksiä havainnoistaan ja mittauksistaan, sekä tunnistamaan luonnonilmiöihin ja kappaleiden ominaisuuksiin liittyviä syy- ja seuraussuhteita. myös tekemään yksinkertaisia luonnontieteellisiä kokeita, joissa selvitetään ilmiöiden, eliöiden, aineiden ja kappaleiden ominaisuuksia, sekä niiden välisiä riippuvuuksia. käyttämään luonnontieteellisen tiedon kuvailemisessa, vertailemisessa ja luokittelussa fysiikan ja kemian alaan kuuluvia käsitteitä. Keskeisiä sisältöjä: Veden ominaisuudet ja sen merkitys liuottimena, luonnonvesien tutkiminen sekä veden puhdistaminen. Työskentelytavat: Ryhmätyöskentelyä, kokeellisuutta, ongelmanratkaisua ja tutkimista. Ehdotus ajankäyttöön: 4 oppituntia kestoltaan 45 minuuttia. Työskentelyn tavoitteet: Oppilas oppii veden olomuodot, olomuodonmuutokset, sekä kuinka ne esiintyvät luonnossa. Opetuskokonaisuudessa oppilas oppii ryhmässä työskentelyä, itsenäistä ja kriittistä tiedonhakua ja oman työskentelyn arviointia. Oppilas oppii monipuolista ongelmanratkaisua ja havainnoimaan ongelmaa eri näkökulmista. Liitteet 1. Oppilaan ohje Sisältää tarkemmat tiedot oppilaiden suorittamista tehtävistä. 2. Opettajan ohje Ohjeita tehtävänasetteluun. 2/10
Profiles-opiskelumateriaalia - Opettajan ohje Kuivauksen monet mahdollisuudet Luonnontieteet Fysiikka ja kemia - 5.-6. luokka Kehittäjät: Jani Tanninen, Sara Karvonen, Emilia Kääntä, Kari Sormunen ja Ilpo Jäppinen (2012) Soveltavan kasvatustieteen ja opettajankoulutuksen osasto, Itä-Suomen Yliopisto Suomi http://www.uef.fi/profiles Opiskelukokonaisuuden sisältö Tehtävä on suunnattu 5.-6. luokkalaisille ja tehtävän aihepiirinä on fysiikka ja kemia. Opiskelukokonaisuuden tavoitteena on, että oppilas oppii veden olomuodonmuutokset ja niihin vaikuttavat tekijät sekä veden olomuotojen esiintymisen luonnossa. Lisäksi oppilas oppii millaista vesimolekyylien lämpöliike on eri olomuodoissa. Työskentelytavassa painotetaan ryhmässä työskentelyä, itsenäistä ja kriittistä tiedonhakua ja oman työskentelyn arviointia. Opiskelukokonaisuudessa on monipuolista ongelmanratkaisua ja ongelman tarkastelua eri näkökulmista. 3/10
Skenaario Jaetaan oppilaille kehyskertomukset, jotka toimivat skenaariona tässä opiskelukokonaisuudessa. Opettaja voi kuvin tai videolla virittää ajatuksia kuivattamiseen liittyen. Jokainen oppilas pohtii ensin itsenäisesti ratkaisuja kehyskertomukseen, jonka jälkeen oppilaat jaetaan neljän hengen ryhmiin. 4/10
Työskentely vaiheittain Skenaario Kehyskertomusten jakaminen. Jokainen oppilas pohtii itsenäisesti ratkaisuja kehyskertomukseen. Oppilaat jaetaan 3 4 hengen ryhmiin. Tutkimusvaihe Ryhmät käyvät läpi oppilaiden omat ratkaisut kehyskertomukseen ja päättävät mitä kuivausmenetelmää he lähtevät tutkimaan tarkemmin. Opettaja ohjailee tutkimusongelmien valintaa siten, että mahdollisimman monta erilaista kuivaustapaa tulisi käytyä läpi. Jokaisella ryhmällä olisi siis erilainen ratkaisu ongelmaan. Ks. ratkaisuvaihtoehtoja ohjeen lopussa, mutta älä kerro niitä suoraan oppilaille. Tutkimusongelmia mietitään ja pohditaan ryhmissä. Oppilaat hankkivat suurimman osan aineistosta itse, mutta opettaja antaa vihjeitä, mistä asianmukaista tietoa kannattaa hankkia. Käytetään mahdollisimman monipuolisesti tietolähteitä. Oppilaiden täytyy osoittaa kokeellisesti ratkaisunsa toimivuuden. Opettajan tehtävänä on korostamaan oppilas-oppilas-vuorovaikutussuhteita. Päätöksentekovaihe Arviointi Oppilaat kokoavat tutkimusraporttiaan (ohje oppilailla) käyttäen hyväkseen edellisessä vaiheessa opittuja tietoja. Oppilaat ottavat kantaa tutkimusongelmaan ja esittävät siihen mielestään sopivimman ratkaisun, joka tulee perustella. Valmiit tutkimusraportit esitellään muulle luokalle ja jokaista ratkaisua pohditaan yhdessä koko luokan voimin. Tässä korostetaan keskustelua ja opettaja kannustaa kuuntelevia oppilaita kyselemään ja esittämään kritiikkiä suhteessa omiin tutkimuksiinsa. Tutkimusraportit arkistoidaan ja ne ovat esillä myös muille koulun oppilaille (esim. koulun kirjastossa olevat kansiot) Oppilaiden tulee tehdä tutkimuksessa määrätyt vaiheet, mutta tästä kokonaisuudesta ei anneta erillistä arvosanaa. Opettajan tuleekin painottaa sitä, että tärkeimpiä asioita ovat omien havaintojen tekeminen ja niiden pohtiminen sekä tiedon hankkiminen ja monipuolinen oppiminen. Raportteja esiteltäessä käydään yhteisesti läpi mitä aiheesta on opittu. Oppilaat laativat itsearvioinnin, josta opettaja voi arvioida oppilaan henkilökohtaista oppimista. 5/10
Teoreettista taustaa opettajalle Aineella on kolme olomuotoa, jotka ovat kiinteä, neste ja kaasu. Vesi on aine, jota on luonnossa kaikissa olomuodoissa. Olomuodonmuutokset ovat eksotermisiä(lämpöä vapautuu) tai endotermisiä(lämpöä sitoutuu) ripppuen prosessista. Luonnossa veden haihtumiseen vaadittava energia on peräisin Auringosta;veden haihtuminen on lämpöä sitova prosessi. Atomitasolla yksittäisen vesimolekyylin energia on sitoutuneena vapausasteisiin, mutta reaalisissa systeemeissä lämmön ajatellaan yleisesti olevan värähtelyliikettä. Tätä molekyylien liikehdintää sanotaan lämpöliikkeeksi. Mitä korkeampi on lämpötila, sitä enemmän molekyylit värähtelevät ja sitä suurempi lämpöliike on. Veden kaasumaisessa olomuodossa, vesihöyryssä, vesimolekyylit törmäilevät toisiinsa ja säilytysastian seinämiin ja leviävät kaikkialle ympärillä olevaan tilaan. Kun vesi on nesteenä, vesimolekyylit ovat lähellä toisiaan, mutta pääsevät vaeltamaan toistensa ohi. Jäällä, kuten muillakin kiinteillä aineilla, on tietty muoto. Jokaisella molekyylillä on oma paikkansa, jossa se pääsee vain värähtelemään paikallaan. Aineen olomuodonmuutosta kiinteästä nestemäiseksi kutsutaan sulamiseksi. Jää sulaa vedeksi 0 C:n lämpötilassa, mikäli ympäristöstä on saatavilla olomuodonmuutokseen tarvittava sulamislämpö. Veden sulamispiste on siis 0 C. Haihtumista tapahtuu nesteen pinnalla kaikissa lämpötiloissa, mutta kiehuvan nesteen muuttumista kaasuksi kutsutaan höyrystymiseksi. Olomuodonmuutosta, jossa kaasumainen aine muuttuu nesteeksi, kutsutaan tiivistymiseksi. Luonnossa vesihöyryn tiivistymistä tapahtuu esimerkiksi kun kostea ilma nousee ylöspäin ja jäähtyy samalla. Nesteen lämpötilan laskiessa riittävästi, se jähmettyy kiinteäksi aineeksi. Näin tapahtuu kaikilla aineilla. Veden jähmettymistä sanotaan jäätymiseksi. Sitä lämpötilaa, jossa aine muuttuu kiinteäksi sanotaan jäätymispisteeksi. Veden jäätymispiste on 0 C. Kuva 1. Veden olomuodonmuutokset. 6/10
Ratkaisuvaihtoehtoja opettajalle Sisäkuivaus o Kuivausteline o Kuivausrumpu o Kuivauskaappi o Kosteus Rakenteelliset ongelmat: homeongelmat ja vesivahinkomahdollisuus Varastamisen mahdollisuus (yleiset kuivaustilat) o Tuoksut ja lämpötilanvaihdos o Tilanpuute? Ulkokuivaus narulla o Aurinko o Pakkanen o Saasteet o Varastamisen mahdollisuus Yleisesti o Lämpötila o Ilmanvaihtuvuus (esim. tuuli ja tuulettimet) Kuivattaminen o Tutkimuksen toteutus olisi hyvä tapahtua siihen vuodenaikaan kun ulkona on pakkasta. Tällöin lapset voisivat tutkia, miten pyykki kuivaa ulkona pakkasella. Ulos voidaan pistää kuivamaan jokin riepu tai opettajan oma vaate. o Pyykkejä voi kuivata myös luokassa ja tutkia millä tavoin lämpötilat vaikuttavat pyykin kuivumiseen. o Lisäksi pyykin kuivamista voisi tutkia kotona ja kartoittaa millä eri tavoin äiti/isä kuivattaa pyykit kotona ja olisi itse hyvä testata omia kuivauskeinoja. Tällöin tehtävästä olisi jotain hyötyä myös kotona, kun lapset pesisivät pyykkiä. Opiskeluidean soveltaminen perusopetuksen 7. luokalle Opiskelukokonaisuuden voi toteuttaa perusopetuksen vuosiluokilla 7.-9. muuttamalla skenaariota esimerkiksi tyttö- tai poikaystävän jättämäksi viestiksi facebookiin. Seurustelukumppani haluaa vaatteen kuivana ja ehjänä takaisin jo seuraavana päivänä ja oppilaan täytyy selvittää tapa kuivata vaate. Käsitteellisesti voidaan keskittyä tarkemmin olomuodonmuutoksiin ja niissä ilmeneviin prosessisuureisiin. 7/10
Profiles-opiskelumateriaalia - Oppilaan ohje Kuivauksen monet mahdollisuudet Luonnontieteet Fysiikka ja kemia - 5.-6. luokka Oma nimi:........................................... Työskentelyn lähtökohdat Tulet koulusta kotiin ja huomaat ilmoitustaululla olevan post-it lapun, jossa lukee tutulla käsialalla tekstiä. Tiedät että tekstissä on sinulle jokin tehtävä. Turhaudut, mutta tiedät että mikään äidin antama tehtävä ei ole ylitsepääsemätön. 8/10
Skenaario Työohjeet 1. Lue kehyskertomus ja pohdi vaihtoehtoja millä eri tavoin voit kuivattaa pyykit ja missä. Mitkä ovat eri tapojen hyvät ja huonot puolet eli mitkä asiat vaikuttavat pyykkien kuivumiseen? Pohdi myös miten veden olomuodonmuutokset vaikuttavat pyykin kuivamiseen. 2. Tämän jälkeen jakaudutaan 3 4 hengen ryhmiin. Ryhmänne saa opettajalta vihkosen, joka toimii raportointi välineenä. Tähän vihkoseen kirjaatte kaikki tutkimuksenne vaiheet ja tutkimuksen tulokset. 3. Käykää ryhmissä läpi jokaisen pohdinnan tulokset kohdasta 1. Valitkaa sitten mielestänne paras keino kuivattaa pyykit ja perustelkaa miksi valitsitte juuri tämän keinon. Kirjatkaa tutkimusongelmanne ja hypoteesit ylös tutkimusraporttiin. 4. Miettikää tutkimusongelmat. Yrittäkää ensin pohtia itse opettajan ohjeiden mukaisesti mitkä voisivat olla ryhmänne tutkimusongelmat. Tarvittaessa voitte kysyä opettajalta apua, tai hankkia lisätietoa eri materiaaleista. Päätöksenteko 5. Tutkimustanne varten joudutte toteuttamaan erilaisia kokeita tutkimustuloksenne tueksi. Kokeisiin saatte tarvittavat välineet ja ohjeistukset opettajalta. 9/10
Johtopäätökset 6. Viimeistelkää raporttinne siten, että olette valmiita esittämään sen keskeisen sisällön koko luokalle. Muistakaa perustella jokaisessa kohdassa tekemänne ratkaisut. Tutkimusraportin kirjoitusohje 1. tutkimusongelmat ja hypoteesit. 2. tutkimuksessa tarvittavat välineet 3. Kirjatkaa tutkimusraporttiinne kuvaus jokaisesta tutkimuksenne vaiheesta ja muistakaa perustella tuloksenne. Kirjatkaa myös ylös muuttuivatko hypoteesinne tutkimuksen aikana ja miten ne mahdollisesti muuttuivat. 4. Tehkää tulostenne pohjalta johtopäätökset siitä, onko valitsemanne kuivaustapa mielestänne paras tapa. 5. Valmistautukaa esittämään raporttinne, jossa tulee ilmi ryhmänne yksimielinen kanta. 10/10