Programmering i naturfag. Av Emil Thune

Transkript

1 Programmering i naturfag Av Emil Thune

2 Grunnleggende ferdigheter i faget (forslag) Digitale ferdigheter i naturfag er å bruke digitale verktøy til å utforske, registrere, gjøre beregninger, visualisere, programmere, modellere, dokumentere og publisere data fra forsøk, feltarbeid og andres studier

3 Etter 7.trinn: Kompetansemål (forslag) bruke og utvikle programmer som løser eller simulerer naturfaglige problemstillinger. Etter 10.trinn: bruke og utvikle programmer som løser eller simulerer naturfaglige problemstillinger Etter VG1: utvikle og vurdere programmer som løser eller simulerer naturfaglige problemstillinger.

4 Meir grunnleggande?? Vil de lære meir grunnleggande før me går vidare? Spørsmål?

5 Eksempel på program (korte) (Fysikk) Programmer bevegelsesligningene. Her må man spesielt bruke tid på å få enheter riktig, som kan være nyttig. (Fysikk) Lag en enkel kalkulator som bruker bevaring av mekanisk energi til å regne ut hastigheten til et objekt som beveger seg opp eller ned i tyngdefeltet (Fysikk) Programmer Wien's forskyvningslov, så du gir temperaturen og får bølgelengden ut, eller visa versa (Naturfag) Lag et program hvor man skriver inn bølgelengden på elektromagnetisk stråling og får ut hva slags stråling det er (radio/infrarød/uv/etc), eller evt. at en skriver inn bølgelengden på lys og får skrevet ut fargen

6 Eksempel på program (korte) (Biologi) Programmer Hardy-Weinberg formelen for fordeling av genotyper i en idéel befolkning (Biologi) Lag et program der du skriver inn en tekststreng som representerer 3 baser på DNA, programmet oversetter dette så til mrna og videre til hvilken aminosyre du får (Kjemi) Lag et program der du skriver inn hva slags konsentrasjon og hvor mye du ønsker av en løsning, så forteller den deg hvor mye av et stoff du trenger (Kjemi) Regn ut ph fra [H3O+] og/eller motstatt (Kjemi) Lag en mol-masse kalkulator som konverter enheter for deg

7 Prosjekt - Fysikk - Euler s metode - Mekanikk- kan programmerast - Treng ikkje ta alle antakelsar (som ved analytisk rekning) - Kan sjå på f.eks. - Kast med luftmotstand - Fjæring med realistisk demping - osv. - Programeksempel - Sprett med tennisball - Fallskjermhopp

8 Prosjekt - Naturfag - Populasjonsdynamikk - Vekstrate (fødsler, innvandring, død, utvandring) - Faktorar som kan virke inn - Ressursar - Tetthetsavhengige faktorer - Osv. - Kan også legge til sjukdommar og meir. - Bæreevne

9 Prosjekt - Natufag - Digitale bilder - Teknologi - Kva består eit bilete av? - Filter - Lys - Kva er lys? - Farge - Kva er farge?

10 Prosjekt - Biologi - Genetikk - DNA sekvensering - 3 baser til aminosyre - Aminosyrer til protein

11 Prosjekt - Biologi - Membranfysiologi Dette var et opplegg jeg lagde for å holde for spesielt interesserte elever fra Biologi 2 klasse. Det beskriver hvordan membranen til celler kan bygge opp en elektrisk ladning og hvordan dette fører til aksjonspotensialer som beskriver både nerveceller og muskelceller. Siden dette var for spesielt interesserte elever er nivået noe høyt, men dette kom vi oss gjennom på et par timer og elevene fikk til dette helt uten noe tidligere programmeringserfaring. Legger ved en pdf av en Jupyter notebook elevene jobbet seg gjennom og en script de kjørte via Jupyter for å se den mer realistiske Hodgkin-Huxley modellen. - Jonas van den Brink

12 Prosjekt - Kjemi - Molekylmasse-kalkulator Molekylmasse-kalkulator som leser inn formelen på et molekyl, f.eks (CH3CH2OH, dvs etanol) og skriver ut molekyl massen. For de som kan programmere gjøres dette ganske enkelt med regex, men det blir for komplisert for VGS tenker jeg. Jeg satt meg ned å kodet opp dette med kun grunnleggende programmeringskonsepter og jeg tror dette er gjennomførbart. -Jonas van den Brink

13 Prosjekt - Fysikk - Sprettball Her har jeg laget en superenkel modell av en tennisball som slippes fra 1 meters høyde og som så spretter et par ganger. Her kan man enkelt også inkludere luftmotstand i modellen. En slik oppgave kan enkelt kombineres med eksperiment. Man kan se for seg at elevene selv må slippe tennisballer (eller lignende) og filme for å gjøre målinger. Deretter kan man tilpasse modellen, analysere og drøfte rundt modellene. Trenger vi luftmotstand, eller er det en grei antagelse å se bort fra det? Hvor effektivt spretter ballen? Hvor mye energi mister den i sprettet? Hvor viktig er underlaget? Etc - Jonas van den Brink

14 Prosjekt - Biologi - Populasjonsdynamikk Eksponentiell vekst (J-kurve) Vekst mot bærekraft (S-kurve) Sykliske svingninger (M-kurve)

15 Prosjekt - Fysikk - Bilderedigering Her dreier det seg rundt teknologiforståelse på hva et digitalt bilde egentlig er, og hvordan det er bygget opp. Samtidig kan man bygge inn mye interessant fargeteori, diskusjon rundt lys og det elektromagnetiske spekteret og fargesyn. Her kan man for eksempel veldig enkelt lage et filter som gjør et fargebilde om til gråtoner, som kan være en stilig øvelse. Men man kan også enkelt lage filtere som etterligner rød-grønn fargeblindhet ved å blande den røde og den grønne fargekanalen i bildet. - Jonas van den Brink

16 Inspirert til å lære koding? Tips 1: Prøv deg fram! Ingenting gale kan skje. Tips 2: Søk på internett etter svar på det du lurer på. F.eks. løkker python, så vil du få veldig mange gode svar og forklaringar. Tips 3: Lag enkle små program i starten og tenk gjennom kva moglegheitar som ligg i programmering.

17 Gå til min github for eksempelprogram

18 Kjelder - Prosjekt Kodeskolen i regi av Simula School, v/jonas van den Brink (kodeskolen@simula.no) Les meir om Simula School her: Hans Petter Langtangen - A Primer on Scientific: Programming with Python, Fourth Edition av Hans Petter Langtangen - Knut Mørken og Cathrine W. Tellefsen