Examinationsuppgift 2 - ämnesdidaktik

Examinationsuppgift 2 - ämnesdidaktik
4PE030 - Ämnesdidaktik
Andreas Rietz (anri0596)
Denna inlämningsuppgift i kursen ämnersdidaktik utgörs av en planering av ett moment i
undervisningen. Helst ska momentet väljas från nästa praktik VFU2, men i detta fall var planeringen
fiktiv eftersom VFU2 placering ej är klar. Denna rapport är skriftllig redovisning av
1. Planering för momentet, som ska kunna vara information till eleverna. Där ingår syfte/mål och
centralt innehåll. Examinationsuppgift, kunskapskrav och hur bedömningen kommuniceras ska
också framgå, samt en översiktlig planering.
2. Bilaga 1 är en reflektion kring de didaktiska valen
3. Bilaga 2 är en lärarhandledning för det första lektionstillfället.
KURSINFORMATION
FYSIK 1A:
Kursmoment II: Laddning och Elektricitet
Välkomna till nästa moment i kursen Fysik 1A. Den närmaste tiden ska vi ägna oss åt Elektrisk laddning
och Elektricitet. Du har säkert stött på effekterna av dessa fenomen tillexempel i form av åskväder, statisk
elektricitet i vardagen (t.ex. statiskt elektriskt hår) eller elektriska apparater. När tror du det är viktigt att
ha kunskap om detta område i fysiken? Har du med dig några frågor till detta avsnitt? Tillexempel: "När
kan elektricitet vara farligt för en människa?". Vi kommer att arbeta med flera olika begrepp, men för att
förstå dem i sitt sammanhang så är måste vi även förstå vilka frågor vi arbetar med.
Figur: Exempel på fenomen där laddning och elektricitet är viktiga begrepp.. Det går inte att se laddning
och ström direkt, men väl effekterna av dem.
Kursbok
Vi fortsätter med boken "Fysik, Jörgen Gustafsson, Studentlitteratur 2016", och nu är det kapitel 7 vi
arbetar med. Vi kompletterar även med andra uppgifter.
Lektionsplanering
Le1: Vad är elektrisk laddning, och hur stor är kraften mellan laddade partiklar? (sid 155-158)
Le2: Vad är ett elektriskt fält och potential? Vad innebär det t.ex. att en punkt är jordad? (sid 158-166)
Le3: Vad är spänning, ström och vad innebär Ohms lag? Varför kan vissa material leda ström? (sid 167176)
Le4: Repetition och reflektion. Vad är svårt? Påbörja inlämningsuppgift.
Le5: Hur beräknas elektrisk energi och effekt. Varför är elektricitet en bra form av energi att
transportera från kraftverk till industri och hushåll? (sid 177-183)
Le6: Laboration: Resistans och elektriska kretsar. Hur bra stämmer teori med experiment? Lämna in
inlämningsuppgift.
Le7: Repetition och reflektion. Gå igenom inlämningsuppgiften.
Le8: Examination (prov) och återkoppling.
Examination
En inlämningsuppgift ingår i detta avsnitt. Samarbete uppmuntras för att lösa uppgiften och det viktiga är
att redovisa lösningen på ett tydligt och kommunikativt sätt. Alla ska lämna in och redovisa självständigt.
Inlämningsuppgiften är till för att du ska reflektera över hur en lösning måste motiveras och förklaras för
att andra ska förstå dina resonemang, och även för att öva hur en fysikalisk frågeställning kan formuleras
utifrån en allmän problembeskrivning. Inlämningsuppgiften är alltså till för att du ska få öva.
Redovisning av laborationen ingår. Du måste kunna redovisa dina experiment och de observationer som
du gjorde. Detta görs i laborationshäftet.
Kursmomentet avslutas med skriftligt prov (le 8). På provet ingår ett formelblad. Provet graderas med
betyg.
Kunskapskrav
I detta kursmoment fokuserar vi på begreppsförståelse, problemlösning och kommunikation.
I samband med inlämningsuppgiften får du öva på den kommunikativa förmågan, med tydlighet och
struktur i diskussioner och redovisning. Diskutera vid detta tillfälle med dina kamrater hur redovisning
görs tydlig, det vill säga så att de förstår och kan följa dina tankar. Den kommunikativa förmågan handlar
om att formulera sig så att någon som inte är insatt ditt arbete kan förstå vad som är gjort och vilka
slutsatser är gjorda.
I detalj är kunskapskraven för olika betygsnivåer:
Betyg E: För detta betyg måste du klara av att använda kursens samband och formler för att lösa "typtal" det vill säga enklare problem i sammanhang du känner igen. Bokens exempel är uppgifter du ska kunna
klara. Du ska kunna ge exempel och en översiktlig bild av innehållet i detta avsnitt. Du ska kunna
motivera och sammanfatta slutsatser i uppgifter och laborationer.
Betyg C: Detta betyg kräver att du klarar av svårare problem som är sammansatta av flera olika steg och
som även kan inkludera andra delar av fysikkursen. Exempel på detta är bland annat rörelse i elektriskt
fält, där dina kunskap i mekanik kombineras med de nya kunskaperna om elektrisk kraft och laddning. Du
ska kunna tolka resultat från beräkningar och laborationer, och ska kunna redovisa resonemang med
förklaringar och goda motiveringar.
Betyg A: Betyget A kräver att du klarar svårare problem i nya situationer, och att du känner igen och kan
tolka en fysikalisk frågeställning i ett allmänt sammanhang, det vill säga ett "lästal". Du ska kunna
beskriva och lösa sådana tal med fysikaliska beräkningar på ett strukturerat sätt. Exempel på en sådan
uppgift är inlämningsuppgiften, som innebär att du ska kunna formulera en fysikalisk frågeställning
utifrån ett allmänt problem, sen lösa problemet med bra motiveringar och tillsist beskriva lösningen på ett
tydligt sätt. Du ska kunna berätta om begrepp, modeller, teorier, antaganden och arbetsmetoder. Du ska
kunna värdera dessa genom att tolka resultat från beräkningar och laborationer.
Inlämningsuppgift (inlämning lektion 6):
BILAGA1: DIDAKTISK ANALYS
Planeringen för detta kursmoment har inte kunnat baseras på faktiska förhållanden eftersom min
praktikplats inför VFU2 ännu inte är bestämd . Istället har planering gjorts utifrån allmänna antaganden
om bland annat klasstorlek (ca 30 elever), lektionstid för varje lektion (ca 80 minuter) och hur mycket tid
det är rimligt att detta avsnitt i kursen kan tillåtas ta (kanske ungefär 20 timmar av kursens totala 150
lektionstimmar). Det är dessutom svårt att förutsäga vilken utrustning en skola har, och därför har jag
valt att utgå från enkla medel, som tillexempel att generera statisk elektricitet genom att gnida
ballonger mot tyg eller hår istället för att utgå från möjligheten att kunna använda en så kallad Van de
Graaff-generator.
Utgående från alla de didaktiska frågorna som kan ligga till grund för en analys av en planering (Uljens
2011 sid 168, Sjöberg 2011 sid 40), så är det därför mest relevant att diskutera vilken kompetens jag vill
att eleverna ska uppnå (VAD?) och hur jag valt att planera undervisningen för att uppnå detta (HUR?).
Dessutom måste jag legitimera min undervisning för eleverna (VARFÖR?). Olika ramfaktorer spelar roll
för planeringen (Ulljens 2011, sid 38). I detta fall kan det handla om jag ser möjliga problem i
undervisningssituationen och det kan påverka hur jag i detalj lägger upp undervisningen (tillexempel
nivå och ordning på elevgruppen), men även hur jag legitimerar undervisningen (ifall det bland annat är
allmän debatt om elbilar i samband undervisningen i elektricitet så är det relevant att återknyta till).
VAD?
Enligt ämnesplanen (ämnesplan fysik, skolverket 2011) så ska kursen i fysik ge eleven möjligheter att
utveckla
1. Kunskaper om fysikens begrepp, modeller, teorier. (B=begrepp)
2. Förmåga att identifiera och lösa problem. (P=problemlösning)
3. Förmåga att planera och genomföra experiment. (Ex=experiment)
4. Kunskap om fysikens betydelse för individ och samhälle. (I=individ o samhälle)
5. Förmåga att använda fysik för att kommunicera och granska information. (K=kommunikation)
I detta avsnitt kommer alla dessa förmågor in, även om jag väljer att betona 1 (begrepp), 2
(problemlösning) och 5 (kommunikation) i detta avsnitt. Min planering har därför utgått från att:
1. Skapa frågeställning hos eleverna.
2. Betona begreppsförståelsen
3. Problemlösning med fysikaliskt angreppssätt, tydliga resonemang och redovisning.
Min vilja är att diskutera dessa frågor mer utförligt under detta moment. Även om experiment igår, så
vill jag inte prioritera genomförande och analys av experiment i detta moment utan prioriterar att
eleverna ska bekanta sig med begreppen. Elektricitet har även stor betydelse för individ och samhälle,
men även denna diskussion väljer jag att planera senare i kursen. Även om det är bra att eleverna
reflekterar över dessa frågor för att legitimera undervisningen. Men en prioritering måste göras i varje
moment bland de omfattande kunskaper och förmågor som ingår i de naturvetenskapliga ämnena
(Sjöberg 2011 sid 40). I detta fall har prioriteringen präglats av att kursen är grundläggande (Fysik 1) och
troligtvis en av de första eleverna studerar på gymnasiet.
Att skapa frågeställning hos eleverna och utgå från det handlar ytterst om att göra undervisningen
motiverad och autentisk (legitimering). Det ger även elever inflytande över innehållet och utgår från
elevernas intressen (skolverket 2011 allmänna råd sid 12). Risken med elevernas egna frågeställningar är
att de kan avvika från aktuella kursavsnitt, och att elevernas frågor inte är inriktade på lärande.
VARFÖR?
I planering har jag utgått traditioner som innebär att betona kunskapens tillämpade betydelse och även
vikten av att ge elevernas kunskap i att metodiskt kunna lösa fysikaliska problem (Roberts 1982).
Anledningen till detta är bland annat min erfarenhet av att detta bäst motiverar eleverna. Även om
Roberts 1982 betonar att man bör legitimera undervisningen på olika flera sätt för att nå så många
elever och så bra som möjligt. Styrdokumenten (ämnesplan i fysik) är tydliga med vilka kompetenser
som ska utvecklas enligt ovan, och genomgående är bland annat den kommunikativa delen.
HUR?
Kursen Fysik 1A innehåller flera begrepp, så begreppsförståelse är en viktig del. Detta bör göras tydligt
för eleverna. I detta sammanhang måste vi ta hänsyn till att begreppsförståelse är något som succesivt
konkretiseras tillskillnad från definitioner, se bland annat Klafki 1995. Elektricitet är ett område som
människor inte har lika intuitiv förståelse för som tillexempel mekanik. Små barn kastar och släpper
föremål, men tillåts inte leka med elektricitet på samma sätt av naturliga orsaker. Det är ändå viktigt att
utgå från de erfarenheter eleverna har. Dessutom blir analogier mellan bland annat lägesenergi i
gravitationsfält till potential i elektriska fält är en viktig del. Det är även viktigt att skilja på
vardagsföreställningar av begreppen tillskillnad från de vetenskapliga begrepp (Sjöberg 2011 s 396-404),
och även risken för sammanblandning eller mellan vetenskapliga begrepp och vardagen på grund av
likheter i språket (Lagergren & Minten 2011 sid 45). Därför är det viktigt att arbeta ordentligt med
begreppen.
Viktigt när vi arbetar med nya begrepp är bland annat att fånga elevernas frågor, även om det kan vara
svårt att ge svar. Frågor som kan vara svåra att besvara är tillexempel varför blir en ballongen laddad när
den gnids mot tyg eller hur laddningar kan veta om varandras positioner och styrka? Men
huvudpoängen med att arbeta med frågeställningar är att eleverna ska förstå de sammanhang som
begreppen ska användas i och frågorna som fysiken är förklaringsmodell till. Min tanke är att ha mycket
tid för eleverna att arbeta med begreppen på ett allmänt sätt, för att ha möjlighet att identifiera möjliga
hinder i elevernas förståelse. Frågeställningen är också viktig i begreppsbildningen. Begreppen har
tillkommit för att behandla en viss frågeställning. Det är risk att eleverna får begreppen utan att ha
förstått syftet med dem.
I fysikämnet är det lätt att arbeta med olika flera undervisningsformer. Lindström & Pennlert 2015
diskuterar bland annat förmedlande, interaktiva, undersökande och gestaltande metoder. Speciellt vid
begreppsförståelse är det viktigt att arbeta med variation. Förutom gestaltande metoder, som kan
komma in i undervisningen genom lästal, tillämpningar eller genom vetenskapshistoria, så blir det
naturligt att arbeta med olika metoder i fysikundervisningen. Jag har försökt variera.
Jag har valt att ha en inlämningsuppgift i kursen för att kunna ge eleverna möjlighet att kunna få
formativ återkoppling på resonemang och kommunikation. I detta sammanhang finns även möjlighet att
diskutera vikten av dessa förmågor, och att elever kan jämföra olika resonemang. Eleverna måste förstå
att redovisning handlar om att förklara något för någon, och att motivering och tydlighet är viktig i det
sammanhanget. Det handlar om att se sitt eget arbete utifrån ett perspektiv av en icke insatt person.
En anledning till att betona grundläggande moment som den kommunikativa delen är att kursmomentet
ingår i den första delkursen i fysik. Att kursen ingår tidigt i utbildningen gör även att bland annat
betygsgränser konkretiseras med exempel och förklaras så tydligt som möjligt.
REFERENSER:
Roberts, D. A. (1982). Developing the concept of “curriculum emphases” in science education. Science
Education, 66(2)
Uljens, M. (2011). Didaktik: teori, reflektion och praktik. Lund: Studentlitteratur.
Skolverket (2011), skolverkets allmänna råd: Planering och genomförande av undervisning
Klafki, W. (1995), Didactic analysis as the core if preparation of instruction, J. Curriculum studies, 27, 1,
pp 13-30
Lindström, G. & Pennlert, L-Å (2015) Undervisning i teori och praktik - en introduktion i didaktik, ed 5,
Fundo Förlag
Sjöberg , S (2011) Naturvetenskap som allmänbildning, ed 3, Studentlitteratur
Lagergren, T. & Minten, E. (2011) Greppa språket, skolverket
Kommentarer från genomgång
Legitimering OK, och de olika examinationsformerna motiveras. Kursinformationen bjuder in eleven.
Även bra att fokusera på olika begrepp, och mycket litteratur finns om det. MEN försök att inte lägga så
mycket vikt på kunskapskrav, utan försök väva in dem i undervisningen.
BILAGA2:LÄRARHANDLEDNING, LEKTION1
Lektionsplan lektion 1:
Lektionsplan: Elektrisk laddning, fältstyrka
Kurs: Fysik 1
Tid: 80 min
Antal elever: 30
Typ av sal: Labbsal /klassrum (välj en)
Mål: Efter lektionen ska eleverna kunna: Laddning, Coulombs lag. Specifikt bör eleverna
kunna besvara fråga 1 nedan, om hur tex kraften avtar med kvadraten på avståndet.
Syften: Lektionen bidrar till att uppnå följande från ämnesplanen:
•
Elektrisk energi: elektrisk laddning, fältstyrka, potential.
•
Det experimentella arbetets betydelse för att testa, omvärdera och revidera hypoteser,
teorier och modeller.
Material: ballong, aluminiumburk
Genomförande
Inledning (5 min) Demonstrera hur en aluminiumburk rullar mot en ballong! (statiskt elektrisk) Varför? Men två ballonger
(alt https://youtu.be/7VkTrzdoiyk) repellerar.
Moment
•
( 15 min) Diskutera atomer, elektroner, laddning, och Coulombs lag.
Ungefär såhär: https://m.youtube.com/watch?v=vLBNHZMJbLc
- Effekten av laddning är en kraft mellan två laddningar enligt Coulombs lag,F=C Q1 Q2 / R2. C= 8.99×109
Nm2/C2.
- Likheter och olikheter coulombs lag och gravitationslagen? (tex olika tecken på laddning men inte på massa)
- Laddning skapas inte, utan elektroners rörelse ger lika mycket positiv som negativ laddning. Laddningen hos en
elektron -1.6 E-19
•
•
•
•
(5 min) Kontrollfrågor!! Fråga 1 nedan, som även anknyter till Newtons lagar.
( 10 min) Råkneexempel, hur mycket laddning är det på en ballong? Är det någon som vet hur man ska göra? Se
ett sätt i bilaga 4. (Även hur nära måste jag vara om jag ska plocka upp ett mindre papper?)
( 15 min + 10 min) Reflekterande tal, låt eleverna lösa Fråga 2-5 nedan i par, gå igenom och diskutera
( 20 min) Egen räkning // räkna i par (boken)
Avslut (10 min) Ta upp egen räkning? Vad kommer nästa lektion(elektrisitet/ ström)? Vad var svårast denna lektion?
Exitfråga: Vad är starkast, elektricitet eller gravitation?
Möjliga problem:
Det finns många olika möjliga problem. Tillexempel att elever inte intresserade, kanske för att de har många andra ämnen
som är krävande med bland annat prov. Eleverna kanske ställer många frågor som inte är helt relevanta, för de inte vill
arbeta enskilt? Det kan vara stökigt, på grund av att det tillexempel är fredagseftermiddag. Eleverna kan ha stora svårighet
med matematik. Det finns risk att några elever inte förstår uppgifterna och börjar prata istället. Elever kan komma sent,
eller kan vara sjuka.
Uppgifter:
FRÅGA 1: Figurerna nedan visar två laddade kulor med olika laddning och på olika avstånd
från varandra. Fullborda figurerna a) och b) med krafterna ritade i samma skala som den
angivna kraften.
FRÅGA 2: Hur kan ett elektriskt laddat föremål (som en balong laddad mot håret) dras emot
ett oladdat föremål (som en vägg)?
FRÅGA 2: Två laddade ballonger hänger i taket i samma krok. Vad händer om en glasskiva
placeras emellan ballongerna?
FRÅGA 3: Två laddade ballonger hänger i taket i samma krok. Vad händer om en
metallskiva placeras emellan ballongerna?
FRÅGA 4: Hur kan man avgöra om ett föremål är positivt eller negativt laddat?
FRÅGA 5: Elektiska laddningen i ett åskmoln är ungefär 10 Coulomb. Med vilken kraft
stöter två åskmoln med lika laddning ifrån varandra?
BILAGA 3: Exempel på provfrågor
uppgift 1)
En lampa är märkt 24W / 6V
a) Hur stor ström går genom lampan om den kopplas till spänningen 6.0 V?
b) Hur stor är lampans resistans när den normalt lyser?
uppgift 2)
Man brukar försumma ledningstrådarnas inverkan i elektriska kretsar som innehåller olika slags
komponenter. Gör en uppskattning genom lämpliga antaganden som visar rimligheten i detta. Antag
tillexempel att ledningarna är gjorda av koppar, och att koppars resistivitet är 1,756*10-8 Ohm m. Börja
med att uppskatta resistansen hos en av sladdarna vi hade på laborationen, jämför sedan med resistansen
hos tillexempel lampan i uppgift 1).
uppgift 3)
Bestäm den elektriska attraktionskraften mellan en elektron och en proton i en väteatom. Antag att
avståndet mellan laddningarna är 0.5*10-10 m. Hur stor är potentialen på avståndet 0.5*10-10 m från en
proton.
2 poäng:
uppgift 4)
Varför blev det så? Vilken lampa lyste starkast?
uppgift 5)
Vid ett blixtnedslag transporteras laddningen 130 C mellan åskmolnet och jorden. Spänningen mellan
åskmolnet och jorden uppgår till 5,0 MV. Hur mycket energi omvandlas vid blixtnedslaget? Om denna
energi kunde säljas som hushållsel, hur mycket pengar skulle den vara värd med ett energipris på 50 öre
per kWh?
uppgift 6)
c) Antag att atomkärnor från 129Xe skjuts ut från jonmotorn. Vilken spänning behövs för att skjuta
ut en atomkärna med hastigheten 3500 m/s?
BILAGA 4: Laddning på en ballong
Från http://www.scienceforums.net/topic/42795-amount-of-charge-on-a-rubbed-ballon/
So I've found an easy method to get an approximate value for the charge on ballons, here it goes
(see picture in attachment):
- take two ballons, attach them with a thread of length l (in my case 80 cm)
- anchor the center of the thread round an axis, a broom might do. The uncharged ballons hang
from the thread touching each other.
- rub each one of the balloons with wool or whatever material you are interested in. Be careful
that the first balloon doesn't stick/discharge to your positive skin/sweater, etc. while charging the
second one.
- let the ballons loose, they're now at some equilibrium distance from each other (in my case ~5
cm) - measure the distance between them, deduce the angle alpha the thread makes with the
vertical axis.
- balance the three forces to deduce the formula :
f_electrostatic = tan (alpha) * mass_ballon * g
- get the charge from Coulomb's law. In my case no matter how hard I rubbed the ballons with
my woolen sweater the distance between the balloons would be about 3-6 cm, which makes for
about 10-7 C on each of them, or a 100 nC.