Innhold
* Generelt om undervisningsopplegget
* Konstruktivisme i klasserommet
* Atomet, det udelelige,
består av flere deler
* Statisk elektrisitet
* Elektrisk strøm, elektroner
i bevegelse
* Ledere, motstander og isolatorer
* Batteriet
* Ohms lov
* Elektrisk energi og effekt
Generelt om undervisningsopplegget
I undervisningsopplegget har jeg tatt for meg noen grunnleggende tema innen atom- og elektrisitetslæren. Jeg har vektlagt visualisering for å gjøre stoffet lettere tilgjengelig.
TOPP
Konstruktivisme i klasserommet
Konstruktivisme er i utgangspunktet en kunnskapsteori som igjen er grunnlaget for et bestemt læringssyn. Dette læringssynet går i grove trekk ut på at eleven/mottakeren konstruerer sin lærdom ut fra den kunnskap og de forutsetninger han har fra før (jfr. Piaget; assimilasjon og akkommodasjon).
Dette læringssynet er helt i tråd
med L-97 (Generell del og prinsipper og retningslinjer), og er
for tiden den ledende retning innen naturfagdidaktikk.
"Konstruktivisme i klasserommet" er et sammendrag av
en hovedfagsoppgave i realfagdidaktikk av Torunn Nilssen Fossland.
Oppgaven er omskrevet til et lite og lettfattelig hefte som beskriver
forfatterens tolkning av begrepet konstruktivisme. Det tar dessuten
opp de praktiske konsekvensene av å følge et slikt
læringssyn. Den delen av heftet som tar for seg de undervisningsmessige
konsekvensene av konstruktivismen, er rettet direkte mot naturfagundervisningen
i grunnskolen, men opplegget lar seg lett konvertere til bruk
i andre fag. Fosslands undervisningsmodell legger opp til høy
grad av elevaktivitet, og lærerrollen får mer preg
av å være veileder enn foreleser.
Heftet er etter min mening et meget godt supplement til lærerveiledning og annen didaktisk litteratur som retter seg mot naturfagundervisning.
Utgitt av: Senter for lærerutdanning og skoletjeneste, Universitetet i Oslo.
TOPP
Atomet, det udelelige, består av flere deler
For å få en forståelse av elektrisitet må elevene først lære om elektronet. Begge lærebøkene jeg har gjennomgått har også tatt opp atomlæren før kapitlene om elektrisitet. Bøkene gir en relativt grundig forklaring på begrepene atom, ioner, protoner, nøytroner, elektroner og kvarker.
En måte å visualisere atomet er å lage et rollespill.
La elevene bli igjen ute etter at det har ringt inn til naturfagtimen. Del så klassen i tre, og la den ene gruppen være protoner, den andre nøytroner og den siste elektroner. Det kan være en idé å bruke overtrekksdraktene fra gymmen for å skille protoner og nøytroner. Be deretter klassen om å sette sammen ett eller flere kjente atomer. Protonene og nøytronene står tett sammenpakket og danner kjernen, mens elektronene springer som gale i en stor sirkel rundt kjernen. På denne måten kan en også få visualisert at atomet for det meste består av tomrom. Et slikt rollespill trenger ikke å ta mer enn 10 minutter av timen, og man er da sikret at de aller fleste elevene ser for seg hvordan et atom er oppbygd.
På denne måten kan du også
visualisere kjemiske bindinger og elektronene i en elektrisk leder.
For å forstå begrepet elektrisitet bør elevene gjennomgå noen grunnleggende tema i kapitlene om atomet og grunnstoffene:
- at elektronet og protonet har henholdsvis negativ og positiv ladning.
- at atomer som omgir seg med flere elektroner enn det er protoner i kjernen, er negativt ladde ioner.
- at atomer som omgir seg med færre elektroner enn det er protoner i kjernen, er positivt ladde ioner.
- at elektronene i ytterste skall hos metallene (og halvlederne) kan vandre mellom atomene.
TOPP
Statisk elektrisitet, elektrisitet i ro
Begge bøkene jeg har gjennomgått, begynner kapitlene med forsøk med batteri. Jeg derimot, ville ha begynt med statisk elektrisitet, fordi dette er den enkleste formen for elektrisitet. Statisk elektrisitet er lett å visualisere - i hvert fall effekten av den.
Ved å begynne med å lade opp ballonger og henge dem opp på veggen eller i taket, har man fått oppmerksomheten til elevene, og man kan derfra lede elevene inn på temaet statisk elektrisitet. Det kan også være en fordel å først kartlegge elevenes kunnskap om emnet. Dette kan gjøres ved å stille åpne spørsmål om hvilke krefter som får ballongen til å henge. En annen måte å kartlegge elevene på, er å be dem formulere spørsmål om emnet. Spørsmålene skrives opp på tavlen, slik at elevene selv kan komme med kommentarer. En av følgene ved sistnevnte fremgangsmåte er at det stoffet som læreren har lagt opp til denne timen, kan bli forklart av elevene selv, på langt kortere tid enn læreren har lagt opp til.
Dersom man skal undervise i en klasse der én eller flere av elevene har spesiell interesse for elektronikk/elektrisitet, kan man oppleve at elevene vet mye mer om emnet enn en selv.
Mitt forslag til lærere som opplever dette er: Kartlegg elevenes kunnskap, ta dem med i undervisningen, utnytt de resurser du har til rådighet!
En kan starte med å forklare begrepet ladning ved å beskrive det som skjedde med ballongen da den ble ladet (gnidd med tørr, fettfri ull): Noen av elektronene i ullen ble overført til ballongen. Dermed har ballongen flere elektroner enn protoner. Ballongen er dermed negativt ladd. Når ballongen føres mot veggen, skjer det en polarisering. Ballongen og veggen tiltrekker hverandre.
En kan visualisere hvordan legemer med forskjellig ladning fraskyver eller tiltrekker hverandre ved å bruke henholdsvis to ballonger og glass- og ebonittstenger.
Blås opp to ballonger og knyt en tråd i hver av disse. Heng trådene i taket slik at ballongene henger sammen. Dersom den ene eller begge ballongene lades opp ved å gni dem, vil de fraskyve hverandre.
På samme måte kan en henge opp glass- og ebonittstenger, slik at de henger horisontalt (knyt tråden midt på stangen). Ebonitt får negativ ladning dersom den gnis, mens glass får positiv ladning. Så lenge ingen av stengene er ladet, snurrer de fritt i forhold til hverandre, men dersom en eller begge lades opp, vil de snu seg slik at endene peker mot hverandre.
Et morsomt forsøk er å lade ut statisk elektrisitet med en flamme.
Statisk elektrisitet produseres dersom man gnir en isolator. Fordi isolatorene ikke leder elektrisk strøm, er disse de beste materialene til å produsere statisk elektrisitet med.
- Å lade en gjenstand er altså tilføring av, eller fjerning av elektroner.
- Når statisk elektrisitet lades ut får vi elektrisk strøm.
TOPP
Elektrisk strøm, elektroner i bevegelse
Som i lærebøkene jeg har gjennomgått,
kan man begynne undervisningen med å la elevene selv prøve
ut hva som leder strøm og hva som ikke gjør det.
La elevene prøve ut enkle kretser med pære, ledninger
og batteri. La elevene finne ut av hvilke stoffer som leder strøm
ved å koble forskjellige metaller, kullstaver, glass, krus,
gummi etc. inn i kretsen.
En kan visualisere elektrisk strøm med dominobrikker, eller erter i en plastslange. Dominobrikkene som faller etter hverandre, viser hvordan elektronet som blir "presset" inn fra energikilden/batteriet setter igang en kjedereaksjon i en elektrisk leder. Ved å bruke erter i en plastslange kan en vise at det elektronet (erten) som sendes inn i lederen ikke er det samme som kommer ut på andre siden.
TOPP
Ledere, motstander og isolatorer
I denne delen av undervisningen er det viktig at elevene allerede har kunnskap om metallenes egenskaper - at elektroner i ytterste skall kan vandre mellom atomene.
I enhver leder er det elektrisk resistans. Resistansen kan forklares som friksjon mellom elektronene, som vandrer gjennom lederen, og atomene i lederen. Noen metaller har liten resistans (gull), mens jern har større resistans.
Et forsøk man kan gjøre er
å koble en kullstav ("blyet" i en blyant) i serie
med en pære.
Eleven vil se at pæren lyser svakere med kullstaven innkoblet,
enn med bare pæren tilkoblet.
Stoffer som kull har mye større resistans enn for eksempel kobber. Kull kalles derfor et halvledermateriale.
Hva leder elektrisk strøm?
Foruten metaller og halvledere, kan både ioner i vann og luft lede elektrisk strøm.
Motstander kan være laget av kull eller legeringer av metaller med forholdsvis høy resistans.
Isolatorer er laget av stoffer der elektronene i ytterste skall har ekstremt liten evne til å bytte plass mellom atomene.
TOPP
Et batteri virker som en kjemisk pumpe som "produserer" et overskudd av elektroner i den delen av batteriet som er minuspol. I et vanlig 1,5 volts batteri er plusspolen en kullstav og minuspolen en kappe av sink. Sinken går over til sink-ioner og vi får frigitt 2 elektroner for hvert sink-atom:
Et litt morsomt forsøk er å lage batterier av sitroner.
TOPP
Visualisering kan skje ved å vise det som reelt skjer, men man kan også bygge på de kunnskaper elevene har om andre ting. Ohms lov, forholdet mellom strøm, spenning og motstand, er mulig å visualisere ved å sammenligne den elektriske strømmen med vannstrøm.
TOPP
Ordet energi er opprinnelig gresk og betyr virksomhet. En grei forklaring på dagens bruk av ordet er - noe som får noe til å skje eller noe som setter igang noe annet.
Batterier og dynamoer/generatorer leverer elektrisk energi. Den elektriske energien kan brukes, eller rettere sagt omdannes til andre energiformer. I en lyspære omdannes den elektriske energien til lysenergi og varme. I et stereoanlegg omdannes elektrisiteten til bølgeenergi i form av lyd. En forholdsvis ny bruk av elektrisk energi er i elektriske biler, hvor elektrisk energi omdannes til dragkraft/mekanisk energi.
Elektrisk energi måles i Watt pr sekund = Ws eller, når det er snakk om større mengder energi i kilo(= tusen) Watt pr time = kWh (h står for hour = engelsk for time)
Effekt med betegnelsen P, måles i Watt. En kan regne ut hvor stor effekt en lyspære har dersom vi multipliserer spenningen over lyspæren og strømmen gjennom den: P = U (spenning) * I (strøm).
TOPP