Itä-Suomen yliopiston LUMA-keskus
Oivalla ja onnistu!
Työn tarkoituksena on tutkia eri kaasujen emissiospektrejä sekä määrittää kokeellisesti vetyatomin spektristä aallonpituudet ja energiat. Lisäksi pyritään määrittämään spektrien avulla erilaisia tuntemattomia kaasuja. Työ liittyy FY7 aine ja säteily -kurssin sisältöihin ja on suoritettavissa yhden oppitunnin aikana (75 min).
Työn voi tehdä virtuaalisesti tai tulla vierailemaan LUMA-luokassa.
Tekijä: Joonas Saari
Laserturvajärjestelmän suunnittelu ja rakentaminen on LUMA-aineiden opetusta eheyttävä oppimiskokonaisuus, joka opettaa kattavasti valo-opin käsitteitä, insinörisuunnittelun periaatteita, yhteistyötaitoja sekä hieman geometriaa. Oppilaiden mieltä kutkuttava konteksti motivoi ja antaa tuntemuksen fysiikan ja matematiikan osaamisen hyödyllisyydestä.
Luokka-aste: 6-9
Arvioitu oppituntien määrä: 10-16 oppituntia (10 x 75 min, 16 x 45 min)
Kokonaisuuden kuvailu:
Laser Secure Oy suunnittelee turvajärjestelmiä, jotka suojaavat arvokkaita esineitä. Yhtiö tarvitsee oppilaiden apua uuden laserturvajärjestelmän suunnittelussa. Järjestelmän tulisi suojata ympäri maailmaa kulkevia näyttelyesineitä. Tässä insinöörityöskentelyyn pohjustautuvassa oppimiskokonaisuudessa oppilaat tutkivat valon ominaisuuksia, kuten heijastumista, taittumista, absorptiota ja valon läpäisyä. Oppilaat keräävät tuloksia ja havaintoja oppimiskokonaisuuden aikana omaan ”insinöörin muistikirjaansa” työskentelyn ohessa. Oppimiskokonaisuuden aikana kerättyjen tietojen avulla oppilaat suunnittelevat, testaavat ja kehittävät paremmaksi omaa laserturvajärjestelmäänsä.
| Ainesisältö | Teknologia- ja insinöörikasvatus | Matematiikan linkitys |
| valo, aallot, näkyvän valon spektri, heijastuminen, taittuminen, absorptio ja läpäisy | Insinöörisuunnittelu, laserit ja tietokonesimulaatiot | Kulmat ja niiden mittaaminen |
Materiaalit
Materiaali sisältää 14 sivua opettaan ohjeita, 8 sivua Galactic Games -yrityksen kirjeitä oppilaille (toimivat tehtävänantoina oppilaille) ja 9 sivua valmiita oppilaiden työmonisteita.
Suomennus ja muokkaus: Jenni Silvennoinen, Noora Luttinen & Heikki-Paavo Kurvinen
Suomennettu ja muokattu alkuperäisteoksesta: Electromagnetic Claw Game: Diggin’ For Fools’ Gold, EngrTEAMS, Patrick Crawford, Erin Fenlon, Corbin Rice, Amanda Johnston, Jeanna Wieselmann, Felicia Leammukda, Tamara Moore, Kerrie Douglas
Copyright of the original work: EngrTEAMS © 2017 University of Minnesota & Purdue University Research Foundation
Tutustu materiaaliin videoiden avulla
Esittely
Sähkömagneettikourapeli on oppimiskokonaisuus, jonka aikana oppilaat oppivat ymmärtämään magnetismia ja sähkömagneetin toimintaperiaatetta sekä teknologista ongelmanratkaisua (insinöörisuunnittelua) ja yhteistyötaitoja kiinnostavassa kontekstissa.
Kontekstina toimii seuraavanlainen ongelmanasettelu: Kourapelit ovat huijausta! Huvipuistoissa ja peliluolissa näkee kourapelejä, joissa mekaanisella kouralla pyydystetään leluja. Valitettavasti peleistä voittaa hyvin harvoin. Kuvitteellinen Galagtic Games -yhtiö pyytää oppilaiden apua pelin uudistamisessa. Kouran sijaan halutaan käyttää sähkömagneettista pyydyslaitetta, joka olisi reilumpi pelaajalle, mutta tarpeeksi haastava ja tuottoisa.
Oppilaat työskentelevät ryhmissä insinöörin tavoin. He perehtyvät ongelmaan ja tutustuvat magneetteihin, magneettisiin materiaaleihin ja sähkömagneetin toimintaa. He suunnittelevat oman sähkömagneetilla toimivan pyydylaitteen, testaavat ja parantelevat sitä. Prosessi raportoidaan ja lopullinen tuotos esitellään.
Kuvaus
| KESTO | 11-14 x 45 min oppituntia |
| KOHDERYHMÄ | Yläkoulu (soveltuu myös alakoulun vuosiluokille 5-6) |
| AIHEET | magneetit, magneettiset materiaalit, sähkömagneetit, insinöörityöskentely, kokeellinen työskentely |
| TAVOITTEET
|
Oppia sähkömagneetin toiminta ja eri
tekijöiden vaikutukset sen voimakkuuteen, Magneettisuus ja magneettiset materiaalit, Insinöörimäistä työskentelyä ja ryhmätyötä OPS: L1, L2, L5, FY: T1-T3, T5-T9, T12 |
| ARVIOINTI | Arvioidaan yksilö- ja ryhmätyöskentelyä. Jokainen ryhmä tekee posterin, jota voi käyttää arvioinnin apuna. Posteriin kootaan joka tunnilla oppilaiden ajatukset: mitä on opittu ja testattu, ideat, kysymykset. Anna palautetta prosessin aikana, ei vain lopputuotoksesta. Hyvä liittää myös itse- ja vertaisarviointia. |
Materiaalit
Materiaali sisältää 14 sivua opettaan ohjeita, 8 sivua Galactic Games -yrityksen kirjeitä oppilaille (toimivat tehtävänantoina oppilaille) ja 9 sivua valmiita oppilaiden työmonisteita.
Suomennus ja muokkaus: Petteri Mali & Hannu Partanen
Suomennettu ja muokattu alkuperäisteoksesta: Electromagnetic Claw Game: Diggin’ For Fools’ Gold, EngrTEAMS, Andrea Appel, Heather Butzlaff, Mandy Mach, Aran Glancy, Murat Akarsu, Jeanna Wieselmann
Copyright of the original work: EngrTEAMS © 2017 University of Minnesota & Purdue University Research Foundation
Tutustu materiaaliin videoiden avulla
Kehittäjät: Sanna Palvanen, Sanni Akkanen, Anastasia Savolainen, Iida Nuutinen, Joona Kokkinen, Jenna Kuoppamäki, Maija Lappalainen, Heikki Pisto, Noora Luttinen, Sarina Ahmadi, Matias Kotro
Toimittajat: Petja Hämäläinen ja Sanni Pirttilä
Aihe: Ravintokriisin puhkeaminen
Oppiaineet: biologia, maantieto, fysiikka, kemia, terveystieto
Ikäluokka: 9.-luokka
Tavoitteet: Oppimiskokonaisuuteen soveltuvat osat perusopetuksen opetussuunnitelman perusteista 2014
Kesto: 5–6 x 45min tai 3-4 x 75 min
Kuvaus toteutuksesta:
Skenaariossa esitellään oppilaille tilanne, jossa maapallon luonnon kantokyky on romahtanut. Pellot eivät enää uusiudu eikä pelloilta saatava vilja riitä lihantuotannon ylläpitämiseen. Näin ollen myöskään maitotuotteita ei ole enää saatavilla. Ravinteiden tehostettu käyttö pelloilla on johtanut järvien rehevöitymiseen ja sitä kautta hapenpuutteeseen. Merten tilanne on sitäkin huonompi. Oppilaiden tehtävä on pelastaa ihmiskunta mahdollisen nälkäkuoleman partaalta löytämällä vaihtoehtoisia ravinnon lähteitä. Skenaariovaiheesta on hyvä tehdä visuaalinen tuotos, joka näytetään oppilaille (ks. esimerkkivideo).
Tutkimusvaiheessa oppilaat pääsevät tekemään ravintovisaa, tutustumaan ravintoaineiden kemiaan, tehon merkitykseen maataloudessa, ruoan sulamiseen, lähiruokaan sekä luuston ja lihaksiston kannalta tärkeisiin ravintoaineisiin.
Päätöksentekovaiheessa oppilaat tekevät meemejä, joissa oppilaat ottavat kantaa ravintokriisiin ja sen ratkaisemiseen. Meemeissä oppilaat yhdistävät ja soveltavat päivän aikana opittuja tietoja ja taitoja.
Liitteet:
Työskentelyohjeet opettajalle docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Lisämateriaali vitamiinit ja kivennäisaineet, ravintoaineiden kemiaa: docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Ruoka sulaa kirjekuorien ohjeet docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Luusto ja lihakset: ruokakuvat docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Työskentelyohjeet oppilaille
Traktorista talikonvarteen docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Lähiruoka docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Luusto ja lihakset docx-tiedosto | pdf-tiedosto
Kehittäjät: Siri Joskitt, Emmi Kaskela, Heikki-Paavo Kurvinen, Niklas Leinonen, Juuli Lindén, Essi Linnavirta, Milla Maijala, Karri Oivanen, Henna Porras, Joonas Saari, Maria Surakka ja Enja Valkonen
Toimittajat: Petja Hämäläinen ja Sanni Pirttilä
Aiheet: Veden käyttö, vesi ihmiskehossa, veden kiertokulku, veden jakautuminen maapallolla, veden puhdistus, veden ominaisuudet, veden säästäminen
Oppiaineet: Biologia, fysiikka, kemia ja maantieto
Ikäluokka: 7.-luokka
Tavoitteet: Oppimiskokonaisuuteen soveltuvat osat perusopetuksen opetussuunnitelman perusteista 2014
Kesto: 6–8 x 45 min
Kuvaus toteutuksesta: Skenaariovaiheessa oppilaille esitetään videolla jokapäiväistä veden käyttöä sekä tilanne, jossa kotipaikkakunnan vesijohtovesi on saastunut. Oppilaiden ennakkokäsityksiä kartoitetaan ajatuskartan avulla. Skenaariovaiheessa tuodaan esiin oppimiskokonaisuuden tutkimusongelmat, joihin selvitetään vastauksia tutkimusvaiheessa.
Tutkimus- ja opiskeluvaiheessa oppilaat työskentelevät pienryhmissä viidellä eri työpisteellä. Työpisteillä opiskellaan mm. Kahoot!:n avulla veden merkityksestä ihmiskehossa, tulkitaan karttoja, havainnollistetaan veden jakautumista maapallolla, tutkitaan veden ominaisuuksia, kuten pintajännitystä ja tiheyttä, suodatetaan vettä sekä tarkastellaan veden kulutusta ja piiloveden määrää eri tuotteissa. Työpajat sisältävät monipuolista kokeellista työskentelyä.
Päätöksentekovaiheessa oppilaat tekevät oppimiskokonaisuuden aikana opittujen asioiden avulla uudelleen ajatuskartan, jota hyödyntäen he tekevät posterit. Postereissa tuodaan esiin päivän aikana opittuja asioita, esimerkiksi toimintaohjeita vesikriisistä selviytymiseen.
Liitteet:
Työskentelyohjeet opettajalle pdf-tiedosto | docx-tiedosto
Skenaariovaiheen diat pptx-tiedosto
Osmoosikokeen ohje pdf-tiedosto | docx-tiedosto
Työskentelyohjeet oppilaille
Veden jakautuminen pdf-tiedosto | docx-tiedosto
Veden suodatus pdf-tiedosto | docx-tiedosto
Veden säästäminen -diat ppxt-tiedosto
Veden säästäminen -pajan kortit pdf-tiedosto | docx-tiedosto
Päätöksentekovaiheen diat pptx-tiedosto
Skenaariovideo
Kehittäjät: Tia Isotalo, Ira Ekroth, Aki Kortelainen, Topi Kupias, Minna Seppälä, Nina Lempiäinen, Erika Esselström, Tommi Sorsa, Ville Aro, Tommi Penttinen, Pessi Pöllänen
Toimittajat: Petja Hämäläinen ja Sanni Pirttilä
Aihe: teknologiset sovellukset, hiilijalanjälki, virtapiirit, älypuhelimet
Oppiaineet: biologia, maantieto, fysiikka, kemia, terveystieto
Ikäluokka: 8.-luokka
Tavoitteet: Oppimiskokonaisuuteen soveltuvat osat perusopetuksen opetussuunnitelman perusteista 2014
Kesto: 3-4 x 45 min tai 2-3 x 75 min
Kuvaus toteutuksesta:
Skenaariovaihe toteutetaan Kahoot!-tietovisan avulla.Tietovisa sisältää kysymyksiä, jotka suuntaavat oppilaiden ajatuksia teknologia-aiheen pariin sekä nostavat esille oppilaiden ennakkokäsityksiä tutkimusvaiheen aiheista.
Siirry tästä Kahoot! -visaan.
Tutkimusvaihe koostuu neljästä eri osiosta (työpajaa), jotka ovat teknologian sovellukset, hiilijalanjälki, virtapiirit ja älypuhelin. Osioissa oppilaat tutustuvat GPS-paikallistamisjärjestelmään, tulkitsevat kuvaajia, pohtivat teknologian kehittymistä, hiilijalanjälkeen, virtapiireihin sekä älypuhelimien valmistukseen ja kierrätykseen.
Päätöksentekovaiheessa oppilaat suunnittelevat uuden teknologisen innovaation, esimerkiksi laitteen tai mobiilisovelluksen Uuden innovaation suunnittelussa otetaan huomioon eri näkökulmia tuotteen valmistuksen alkuvaiheesta aina sen käyttöönottoon ja kierrätykseen saakka. Teknologiset innovaatiot esitellään muille oppilaille oppimiskokonaisuuden päätteeksi.
Liitteet:
Työskentelyohjeet opettajalle (pdf-tiedosto) | (docx-tiedosto)
Työskentelyohjeet oppilaille:
teknologiat-työpaja (pdf-tiedosto) | (docx-tiedosto)
virtapiirit-työpaja (pdf-tiedosto) | (docx-tiedosto)
älypuhelin-työpaja (pdf-tiedosto) | (docx-tiedosto)
Kuvia teknologian innovaatioista
Tämä opetusmateriaalipaketti (opetusmateriaali & teoriapaketti) on tarkoitettu yläkoulun ja lukion opetussisältöihin. Materiaalit sopivat hyödynnettäväksi esimerkiksi maantiedon tai fysiikan oppitunneilla. Tehtäväosioista on mahdollista valita opetustavoitteiden kannalta tarkoituksenmukaiset kokonaisuudet ja niiden järjestystä voi vaihdella.
Arvioitu opetukseen käytettävä aika: 75 min (kaikki tehtävät).
Tässä työssä perehdytään radioaktiivisuusmittauksiin sekä graafien piirtämiseen. Opetusmateriaalipaketti (opetusmateriaali & teoriapaketti) on tarkoitettu yläkoulun ja lukion opetussisältöihin. Materiaalit sopivat hyödynnettäväksi esimerkiksi maantiedon tai fysiikan oppitunneilla. Tehtäväosioista on mahdollista valita opetustavoitteiden kannalta tarkoituksenmukaiset kokonaisuudet ja niiden järjestystä voi vaihdella. Kaavion luominen LibreOffice Calcilla on suositeltava erityisesti lukiolaisille.
Arvioitu opetukseen käytettävä aika: 75 min (kaikki tehtävät ja kaavion tekeminen).
Varkauden VESO-päivillä 29.9.2018 pidettiin työpaja argumentointia painottavasta luonnontieteiden kouluopetuksesta. Työpajassa opettajien kanssa pohdittiin, kuinka he voisivat painottaa argumentointia oppitunneillaan. Argumentoinnin painottamiseksi opettajat suunnittelivat aineryhmittäin opetustuokiota työpajan ohjaajan avustuksella.
Alla on esimerkki maantieteen oppitunnille suunnitellusta opetustuokiosta.
Opetuskokeilun aluksi oppilaat ottavat kantaa alla olevaan käsitesarjakuvaan.
Seuraavaksi oppilaiden on tarkoitus tutkia, millainen yhteys syntyvyydellä ja bruttokansantuotteella on keräämällä havaintoaineistoa eri valtioiden tiedoista. Tietolähteenä oppilaat voivat käyttää maantieteen oppikirjoja tai internet-sivustoja, kuten Globalis.fi. Oppilaat kirjaavat havaintonsa alla kuvattuun taulukkoon.
Taulukon täyttämisen jälkeen oppilaat pohtivat, mikä käsitesarjakuvan hahmoista vaikuttaa olevan eniten oikeassa kerätyn havaintoaineiston perusteella. Oppilaat muodostavat kerätystä havaintoaineistosta kuvaajan alla olevaan koordinaatistoon.
Lisätehtävänä oppilaat voivat kokeila vastaavanlaisen kuvaajan piirtämistä taulukkolaskentaohjelman, kuten Excelin avulla.
Lopuksi oppilaat kirjoittavat lyhyen pohdinnan, jossa he käsittelevät syntyvyyteen ja väestönkasvuun vaikuttavia tekijöitä. Kirjoituksen yhteydessä oppilaita voi ohjata esittämään näkemyksensä argumentin muodossa.
Tästä löytyy opetustuokion työohje pdf-tiedostona.
Maol:n syyskoulutuspäivillä pidettiin työpaja argumentointia painottavasta luonnontieteiden kouluopetuksesta. Työpajassa tarkasteltiin argumentoinnin perusteita ja argumentoinnin painottamista alla olevan tehtävän avulla.
Tehtävässä osallistujien tuli muodustaa argumentti siitä, mihin kohtaan puhallusputkea ammus tulee asettaa, jotta se lentää mahdollisimman pitkälle. Osallistujat ratkaisivat tehtävän 4-6 henkilön ryhmissä, ja ryhmien käytössä oli alla näkyvät välineet havaintoaineiston keräämistä varten.
Lähes kaikki ryhmät päätyivät käyttämään erilaisia tapoja havaintoaineiston keräämiseksi. Osa ryhmistä vaihteli vanupuikon paikkaa puhallusputkena toimivassa mehupillissä peräkkäisten puhalluskertojen välillä ja mittasivat, kuinka kauaksi eri puhalluskerroilla vanupuikko lensi. Osa ryhmistä käytti kahta puhallusputkea samanaikaisesti siten, että putket olivat vierekkäin, jotta niihin molempiin pystyttiin puhaltamaan yhdellä kertaa. Vanupuikot asetettiin putken eri päihin, jolloin yhdellä puhalluksella oli mahdollista nähdä kumpi puikoista lensi pidemmälle, vai oliko lentomatkat yhtä pitkät.
Osa ryhmistä lähestyi tehtävää fysiikan sisältötietoa (teoriaa) pohtimalla.
Mittaustulosten perusteella osallistujat laativat ryhmissä argumentin, joiden läpi käynti jouduttiin ajan puutteen vuoksi jättämään väliin.
Loppukeskustelussa kuitenkin todettiin, että kahta puhallusputkea käyttämällä saadaan parempaa havaintoaineistoa, sillä tällä tavoin puhalluskertojen välillä olevat erot eivät pääse vaikuttamaan tulokseen.
Kaikki ryhmät havaitsivat, että lähempänä puhaltajan suuta oleva vanupuikko lensi pidemmälle kuin putken suuaukolle oleva vanupuikko. Fysiikan sisältötiedon näkökulmasta tämä tulos voidaan ymmärtää impulssi-liikemäärä periaatteeen avulla. Lisätietoja kokeen taustalla olevasta fysiikan sisältötiedosta löytyy mm. artikkelista Cotton Buds, Momentum, and Impulse (Berg, et al., 2000).
Moni osallistuja koki työpajan ja sen aikana toteutetun työn mielenkiintoiseksi ja hyödylliseksi. Työpajan kokonaiskesto oli 45 minuuttia, joka osoittautui liian lyhyeksi ajaksi työn toteuttamiselle ja sen huolelliselle läpi käynnille.