Kjernen i kjerneelementet. Energi og materie. Maria Vetleseter Bøe, Kirsten Fiskum og Aud Ragnhild Skår

Transkript

1 Kjernen i kjerneelementet Energi og materie Maria Vetleseter Bøe, Kirsten Fiskum og Aud Ragnhild Skår

2 Energi og materie Elevene skal forstå hvordan vi bruker sentrale teorier, lover, modeller for og begreper om energi, stoffer og partikler for å forklare vår fysiske verden. Ved å bruke kunnskap om energi og materie skal elevene forstå naturfenomener og se sammenhenger i naturfaget.

3 Energi og materie. Elevene skal forstå hvordan vi bruker sentrale teorier, lover, modeller for og begreper om energi, stoffer og partikler for å forklare vår fysiske verden. Ved å bruke kunnskap om energi og materie skal elevene forstå naturfenomener og se sammenhenger i naturfaget.

4 Materie Materie er fellesbetegnelse for det som har utstrekning, størrelse og form, samt masse, vekt, bevegelighet og fasthet. For at noe skal regnes som materie må det gjerne også kunne observeres, måles og oppdeles. Stoff

5 Kort om økta Faglig og fagdidaktisk påfyll knyttet til kjerneelementet energi og materie Eksempler på hvordan energi og materie kan integreres i arbeid med flere kompetansemål

6 Sortere skobilder Utesko eller innesko? Harde eller myke? Sorter på egen måte

7 Refleksjon over aktiviteten (tenk-par-del) Hvilke begreper brukte dere? Hvordan kan denne aktiviteten bli relevant på ditt trinn?

8 Undervisningsopplegg om stoff og egenskaper Kompetansemål etter 2. trinn (fra læreplanutkast) undre seg, utforske og lage spørsmål, og knytte dette til egne eller andres erfaringer utforske og beskrive observerbare egenskaper til ulike objekter, materialer og stoffer og sortere etter egenskaper presentere egne ideer til teknologiske oppfinnelser

9 Utforske egenskaper og energi Observer og beskriv smelteblokkene Diskuter: Hva skjer når en isbit legges på hver blokk? Prøv! Hva skjedde? Beskriv, argumenter og forklar

11 Kompetansemål utforske og beskrive observerbare egenskaper til ulike objekter, materialer og stoffer og sortere etter egenskaper undre seg, stille spørsmål og lage hypoteser og utforske disse for å finne svar utforske observerbare størrelser som fart og temperatur og knytte dem til energi samtale om hva energi er, og utforske ulike energikjeder utforske faseoverganger og kjemiske reaksjoner og beskrive hva som kjennetegner dem bruke partikkelmodellen til å forklare faseoverganger og egenskapene til faste stoffer, væsker og gasser

12

13 Energi avgis, temperaturen avtar Energi tilføres, temperaturen øker

14 Hva strever elevene med? Foto: Naturfagsenteret Korttidsminnet overbelastes av for mange detaljer! Hverdagsspråk eller fagbegreper? Stoffer (det vi kan se) består av uendelig mange partikler. Stoffet har andre egenskaper enn partiklene stoffet er bygget opp av. Forklaringer «hopper» mellom makro- og mikronivå: snakker vi om stoffegenskaper eller partikkelegenskaper?

15 Energi avgis, temperaturen avtar Vann fryser Vann kjøles ned Vanndamp kondenserer Vanndamp kjøles ned Is smelter Is varmes opp Vann fordamper Vann varmes opp Energi tilføres, temperaturen øker

16 Energi avgis, temperaturen avtar Vann fryser Vann kjøles ned Vanndamp kondenserer Vanndamp kjøles ned fast stoff væske gass Is smelter Is varmes opp Vann fordamper Vann varmes opp Energi tilføres, temperaturen øker

17 Makronivå - beskrivelser Mikronivå - forklaringer Symboler og modeller Johnstone, A. H. (1982). Macro- and micro-chemistry. School Science Review, 64,

18 Is er hard, glatt, kald, fargeløs, gjennomsiktig, Isen smelter og blir til vann ved 0 o C Vann er vått, rennende, mykt, fargeløst, I is er ligger partiklene systematisk tettpakket, de er bundet til hverandre, hver partikkel vibrerer om et fast punkt, I vann ligger partiklene.

19 Læreplan (oversendt KD ) utforske og beskrive observerbare egenskaper til ulike objekter, materialer og stoffer og sortere etter egenskaper sammenligne modeller med observasjoner og samtale om hvorfor vi bruker modeller i naturfag utforske og beskrive vannets kretsløp og gjøre rede for hvorfor vann er viktig for livet på Jorden bruke og vurdere modeller som representerer fenomener man ikke kan observere direkte, og gjøre rede for hvorfor det brukes modeller i naturfag utforske faseoverganger og kjemiske reaksjoner og beskrive hva som kjennetegner dem bruke partikkelmodellen til å forklare faseoverganger og egenskapene til faste stoffer, væsker og gasser Nøkkelsetninger om stoffer Alt stoff er bygd opp av partikler som er så små at vi ikke kan se dem. Det er tomrom mellom partiklene som bygger opp stoff. En egenskap ved partikler er at de er i konstant og tilfeldig bevegelse. Bevegelsen til partiklene øker når temperaturen øker. Det virker krefter mellom partiklene. Partikkelmodellen kan brukes til å beskrive og forklare faseoverganger, oppløsning av stoff og bevaring av masse. Eksempel på progresjonstabell: Alt stoff i universet er bygget opp av veldig små partikler

20 Skoletur med spøkelser?

21 Artikler i Naturfag 1/19 og Naturfag 2/18, Om partikkelmodellen og forslag til læringsaktiviteter finnes på naturfag.no

22 Energioverganger og energioverføring Utforsk egenskapene til ballene Diskuter: Hva kommer til å skje hvis de holdes høyt over bordet og slippes? Slipp ballene ned. Hva skjedde? Beskriv energien til ballene gjennom prosessen. hvilke former for energi er involvert? hvilke energioverganger skjer? Hvor blir det av energien til ballen som ikke spretter?

24 Kompetansemål utforske og beskrive observerbare egenskaper til ulike objekter, materialer og stoffer og sortere etter egenskaper undre seg, stille spørsmål og lage hypoteser og utforske disse for å finne svar utforske observerbare størrelser som fart og temperatur og knytte dem til energi samtale om hva energi er, og utforske ulike energikjeder gjøre rede for energibevaring og energikvalitet og utforske ulike måter å omdanne, transportere og lagre energi på

25 Energi Energi er ikke lett å definere. Kjente varianter: - Evnen til å utføre arbeid ( - Det som får noe til å skje - En størrelse som alltid er bevart når noe skjer Nøkkelsetninger om energi - Energi kan aldri oppstå eller forsvinne. - Den totale energien i et isolert system er bevart. - Energi avhenger av observerbare størrelser som blant annet temperatur og fart. - Energi kommer i ulike former og fra ulike kilder. - Energi kan gå over i andre former og overføres mellom gjenstander og systemer. - Når energi overføres eller går over i andre former i naturlige prosesser, blir energien mindre utnyttbar for oss.

26 Energilovene styrer alle naturlige prosesser Den totale energien i et isolert system er bevart. Energibevaring lar oss tallfeste utfall av prosesser: Hvor stor fart kan barn få i sklia? Hvor kraftig kan en kollisjon bli? Hvor mye stråling må til for å drepe kreftceller? Termodynamikkens første lov. Energibevaringsloven. Når energi overføres eller går over i andre former i naturlige prosesser, blir energien mindre utnyttbar for oss. Energikvalitet lar oss forutsi retningen i prosesser Varme flyter aldri fra lavere til høyere temperatur. Verden har energiutfordringer, selv om energi ikke kan oppstå eller forsvinne. Termodynamikkens andre lov. Energikvalitetsloven.

27 Hva strever elevene med? Noen tenker at energi bare opptrer i det som er levende. De strever med at energi også kan være til stede når ingenting skjer. Noen ser på varme som et stoff som kan flyte fra en gjenstand til en annen. Noen gir molekyler makroskopiske egenskaper: at de kan være varme, utvide seg og smelte. Begrepsbruk forvirrer. Kraft og energi blandes sammen. Omforming av energi omtales som å lage/produsere energi.

28 Naturfag, nr. 1/19

29 Sammenlign kroppen vår med en bensinbil Hvordan får kroppen og en bensinbil energi? Bruk Venndiagram til å få fram hva som er likt og hva som er ulikt.

31 Stoff og energi i organismer Det er de samme prinsippene som gjelder både i kroppen og i en bensinbil. Atomer Energioverganger Forbrenningsreaksjon Kompetansemål etter 10. trinn (læreplanutkast): utforske kjemiske reaksjoner, forklare massebevaring og gjøre rede for betydninger av noen forbrenningsreaksjoner gjøre rede for energibevaring og energikvalitet og utforske ulike måter å omdanne, transportere og lagre energi på utforske sammenhenger mellom abiotiske og biotiske faktorer i et økosystem og diskutere hvordan energi og materie omdannes i kretsløp gjøre rede for hvordan fotosyntese og celleånding gir energi til alt levende gjennom karbonkretsløpet Mer om livsprosesser i celler:

32 En bakterie er ei celle og har celleånding for å leve. Celleånding er en form for forbrenning. Det er forbrenningsreaksjonen i bilmotoren som får bilen til å bevege seg (unntatt i en elbil). Fenomenet de har felles er forbrenning. Et tre har celleånding for å leve (og fotosyntese for å lagre energi). I et bål skjer en forbrenningsreaksjon.

33 Kjemi: partikler, kjemiske reaksjoner, massebevaring Fysikk: energi, energioverganger, energikvalitet, energibevaring

34 Naturfag 1/19

35 Oppsummering Vi har sett eksempler på at kjerneelementet energi og materie griper inn i mange kompetansemål og på mange trinn. Vi har vist aktiviteter som kan brukes i arbeidet med disse kompetansemålene med elever. Vi har fokusert på viktige begreper og nøkkelsetninger. Spørsmål og kommentarer?

36 Mer faglig og fagdidaktisk påfyll

37 Takk for oss!

38 Lenker til utstyr Smelteblokker finnes på Baller som spretter og ikke spretter Termisk kamera