9789140660992

LYCKAS MED NO

Lyckas med NO lämpar sig utmärkt att använda i undervisningen för blivande lärare. I anslutning till boken finns tre fristående häften med kopieringsunderlag för den tidiga NO-undervisningen, ” Magnetism och elektricitet”, ”Ljus och ljud” samt ”Krafter och rörelse”.

ISBN 978-91-40-66099-2

JOHN STRINGER LARS NILSSON

Lyckas med NO beskriver de faktorer som krävs för en bra NO-undervisning i grundskolans tidiga år. Boken blandar teori med praktiskt tillämpbara exempel. Den bygger på erfarenheter från den engelska satsningen på NO och är skriven direkt för svensk skola av lärarutbildaren, läromedelsförfattaren och skoltv-producenten John Stringer.

För översättning och bearbetning står Lars Nilsson, läromedelsförfattare och före detta mellanstadielärare.

Lyckas med NO EN BOK FÖR LÄRAREN

John Stringer Lars Nilsson

Innehåll Engelskt skolsystem

5

Bokens struktur

8

Naturvetenskap i tidiga skolår

11

Elevers vardagsföreställningar

15

Naturvetenskap och språk

20

Frågor och svar

25

Naturvetenskapliga undersökningar

29

Fair tests

34

Individualisering och progression

41

Att planera naturvetenskapsundervisning

46

Klassrumsorganisation

51

Dokumentation

58

Att utvärdera elevernas utveckling i naturvetenskap 63 Människan och djuren

70

Växter och annat levande

76

Materia och dess användning

83

Krafter

89

Ljus och ljud

95

Elektricitet och magnetism

100

Jorden och rymden

106

Resurser för naturvetenskapsundervisningen

110

Bokens struktur ”Turen är med den som har förberett sig.”

Albert Enstein

Introduktion Naturvetenskap är en kunskapsdisciplin som bygger på att teorier och hypoteser har prövats experimentellt. Naturvetenskap är också en metod, ett praktiskt tillvägagångssätt att finna pålitliga svar på frågor vi ställer om världen runt omkring oss. Naturvetenskap handlar om att utveckla barns och ungdomars tankar och arbetssätt, för att göra det möjligt för dem att skapa förståelse för sin omvärld genom att undersöka, likaväl som att lära dem att använda och tillämpa vetenskapliga färdigheter.

Naturvetenskapsundervisning handlar om att: • Förbereda barn och ungdomar för ett liv i en alltmer naturvetenskaplig och teknologisk värld.

• Utveckla omsorg om, och aktivt ansvarstagande, för vår miljö.

• Hjälpa barn och ungdomar att tillägna sig en växande förståelse för naturvetenskapliga idéer och teorier.

• Hjälpa barn och ungdomar att utveckla och bredda sina naturvetenskapliga föreställningar om världen runt dem.

• Utveckla barns och ungdomars förståelse av naturvetenskapens internationella och samarbetsinriktade kultur.

I den gemensamma kursplanen för de naturorienterande ämnena anges målen att sträva mot på följande sätt: ”Skolan skall i sin undervisning i de naturorienterande ämnena sträva efter att eleven

8

Bokens struktur beträffande natur och människa – tilltror och utvecklar sin förmåga att se mönster och strukturer som gör världen begriplig samt stärker denna förmåga genom muntlig, skriftlig och undersökande verksamhet, beträffande den naturvetenskapliga verksamheten – utvecklar insikten att naturvetenskap är en specifik mänsklig verksamhet tillhörande vårt kulturarv, – utvecklar sin förmåga att se hur den mänskliga kulturen påverkar och omformar naturen, – utvecklar förmåga att se samband mellan iakttagelser och teoretiska modeller, – utvecklar kunskap om hur experiment utformas utifrån teorier och hur detta i sin tur leder till att teorierna förändras, beträffande kunskapens användning – utvecklar omsorg om naturen och ansvar vid dess nyttjande, – utvecklar förmåga att använda naturvetenskapliga kunskaper och erfarenheter för att stödja sina ställningstaganden, – utvecklar ett kritiskt och konstruktivt förhållningssätt till egna och andras resonemang med respekt och lyhördhet för andras ställningstaganden.”

Kapitlen i denna bok har strukturerats för att utveckla läsarens förståelse för naturvetenskapsundervisningen i grundskolans tidigare år (i första hand från förskoleklass till år 6). Här förklarar vi strukturen i kapitlen, för att ge läsaren bättre förutsättningar för att utnyttja boken optimalt.

Vad kapitlet handlar om En kort introduktion till det område kapitlet behandlar.

Vad du behöver veta Därefter kommer ett kort avsnitt med den information läsaren behöver för att kunna dra nytta av kapitlet.

9

Bokens struktur

Aktiviteter för att utveckla din förståelse Här inkluderas aktiviteter du kan göra hemma. Det kan vara en skriftlig uppgift; en sådan inkluderar aktivt lärande; eller en praktisk uppgift som hjälper din förståelse av kapitlet och förbereder dig för det arbete med eleverna som väntar.

Aktiviteter för yngre elever Aktiviteter för äldre elever Målet med dessa avsnitt är att hjälpa läsaren att förbereda arbetet med eleverna. Aktiviteterna har delats in i två grupper, sådana som är lämpliga för yngre (förskoleklass och upp till skolår 3–4), respektive äldre elever (skolår 3–6), och de innehåller råd om vad som behöver förberedas och hur detta kan göras.

Samtidigt med denna bok utges också tre böcker med elevuppgifter i form av kopieringsunderlag. De har följande innehåll: • Krafter och rörelse • Magnetism och elektricitet • Ljus och ljud Böckerna kan användas fristående från denna bok.

Fortsatt lärande Detta avsnitt är avsett att hjälpa läsaren att dokumentera sitt arbete i skolan, och att kunna bygga vidare på vunna erfarenheter. Genom att föra enkla anteckningar, blir det möjligt att dokumentera hur den egna förståelsen och de egna kunskaperna utvecklas.

10

Elevers vardagsföreställningar ”Jag kan inte skrika så högt om jag håller för öronen.”

Sjuårig elev

Vad kapitlet handlar om Elever har ofta egna föreställningar om hur naturen fungerar. Kunskapen om dessa föreställningar är central för att förstå hur eleverna lär sig naturvetenskap.

Det är fel att tro att undersökningar alltid följer en på förhand uppgjord plan. En alltför fast ram skulle betyda att det inte finns rum för redan befintlig kunskap eller för inspiration.

Ta till exempel den engelska vetenskapsmannen Sir Humphry Davy, som uppfann en gruvarbetarlampa som bär hans namn. Han ville uppfinna en lampa som, utan att avge tändande gnistor, kunde bäras bland de explosiva gaserna i en kolgruva.

När han tillfrågades om att utveckla en säkerhetslampa, kunde han redan en hel del om hur gaser uppför sig, och han kunde använda sin tidigare kunskap för att skapa en framgångsrik anordning. Med detta vill jag inte förringa hans stora prestation. Men Sir Humphry Davy visste redan tillräckligt mycket för att kunna gripa sig an uppgiften med framgång. Under hela livet vägrade han att ta emot pengar för sin uppfinning.

God naturvetenskap är mer än tur ”Turen är med den som har förberett sig”, är ett citat som tillskrivs Einstein. Kunskap är allt. Det kan förklara denna räkning från en rörmokare.

15

Elevers vardagsföreställningar Att reparera varmvattenberedaren. Totalt: 100 kr Att slå på den en gång med en hammare: 1 kr Att veta var och hur jag ska slå: 99 kr Eleverna kanske inte kommer till naturvetenskapslektionen med denna förkunskap. De kanske kommer med några missuppfattningar, några ”felaktiga idéer”.

Många vetenskapsmän har inspirerats av sin omgivning eller fått plötsliga ingivelser. En beskrev hur en dröm hjälpte honom att förstå formen på en viss molekyl. Han föreställde sig ormar i en stor cirkel, som bet varandra i svansen, och insåg hur en ringstruktur som denna kunde förklara molekylens uppförande. Men för att kunna utnyttja sådan inspiration krävs det kunskap.

En lista över färdigheter i naturvetenskap för de tidiga skolåren inkluderar de olika sätt individer närmar sig undersökningar, deras förkunskaper och erfarenheter, och till och med inspirationens roll när det gäller att skapa samband i elevernas tänkande.

Under de senaste åren har den naturvetenskapliga didaktiken intresserat sig alltmer för elevernas vardagsföreställningar och hur man kan utmana dem.

Hur kan du hantera vardagsföreställningarna?

Oavsett om du har en naturvetenskaplig bakgrund eller inte är det möjligt att du själv bär med dig föreställningar som kan vara förvirrande eller till och med felaktiga. Tänk själv igenom de tre exemplen nedan.

Planera sedan några enkla undersökningar som kommer att hjälpa dig att upptäcka mer om elevernas förståelse.

Du kanske också vill pröva frågorna nedan på vänner. Kanske har dina vänner några riktigt konstiga idéer. Kom ihåg att det inte är säkert att de gillar att bli korrigerade.

16

Elevers vardagsföreställningar

Aktiviteter för att utveckla din förståelse 1. Tala, skriv och/eller använd teckningar för att illustrera svaren på dessa tre frågor: • Varför ser vi föremål?

• Hur växer träd? Varifrån kommer materialet till stam, grenar och löv?

• När är månens baksida egentligen helt mörk?

Svaren finns på nästa sida.

2. Vi hör med våra öron Skriv ner några antaganden och idéer som kan passa in under rubriken ”Vi hör med våra öron”.

Tänk på: • Hur skapas ljud?

• Hur fortplantar sig ljud?

• Vad gör våra öron?

3. Planera en aktivitet som hjälper dig att utmana några vardagsföreställningar dina elever har.

Tänk på nästa arbetsområde ni ska arbeta med. Lyssna på eleverna när de talar om området. Skriv ner vad de tror. Leta efter föreställningar du skulle kunna utmana, för att få dem att tänka om.

Just detta att inleda med att ta fram elevernas vardagsföreställningar om det man ska arbeta med är en bra metod för att på sikt få dem att byta ut dessa föreställningar mot mer vetenskapliga förklaringar.

Att utmana föreställningar om elektricitet En lärare fann att några av hennes elever trodde att elektricitet kan passera genom luft. Hon misstänkte att de hade blandat ihop elektricitet och radiovågor. När de ställdes inför frågor om vad ledningar var till för, och varför inte glödlamporna tändes när de låg i sina lådor, hade eleverna många originella, men förvirrande svar.

Läraren bestämde sig för att göra en undersökning, som skulle visa att en sluten krets av ledande material är nödvändig för elektriciteten att flöda. Hon demonstrerade hur en bruten krets eller ett mellanrum stoppade upp flödet av elektricitet. Lågspänningsström kan inte passera genom luften över mellanrummet.

17

Elevers vardagsföreställningar

Att utmana elevers föreställningar om lösningar Vad händer när man blandar salt i vatten? Många elever i en klass berättade vad de såg: ”Saltet försvinner.”

Läraren lät eleverna lösa lite salt i vatten. Han använde skedar och glas från skolbespisningen, inga material som vanligtvis förknippas med naturvetenskapliga undersökningar. Han förklarade att man aldrig, av säkerhetsskäl, smakar på något när man arbetar med naturvetenskap, om inte läraren ber en att göra det.

Eleverna kände saltsmaken i vattnet. Men de var inte övertygade.

Mentalt hade de separerat saltsmaken från själva saltet. Visst hade saltet lämnat smak i vattnet, men saltet i sig själv hade försvunnit. Läraren uppmuntrade eleverna att hälla i mer salt. När lösningen blev mättad och inte löste upp mer salt visade han att saltet inte försvann. Det fanns i botten på glaset.

En del av vätskan hälldes upp på fat och faten ställdes ovanför elementen. Mot slutet av skoldagen hade vattnet avdunstat och saltkristallerna hade kommit tillbaka. Eleverna kontrollerade att kristallerna var salt, både genom att smaka på dem och att i mikroskop jämföra dem med saltkristaller från det ursprungliga paketet.

Svar på frågorna • Vi ser eftersom våra ögon tar emot ljus som reflekteras från ett föremål. Ljuset skiner på föremålet, reflekteras och når våra ögon. Många elever tror något annat, att vi ser genom strålar från våra ögon, eller till och med att strålar från våra ögon möter strålar från föremålet.

• Träd växer eftersom de förmår att kombinera vatten och koldioxid för att tillverka de grundläggande byggstenarna i trädstrukturen. De kombinerar en färglös, luktlös vätska och en färglös, luktlös gas för att tillverka ett fast ämne, och i denna process skapas det syre förutan vilket liv på jorden vore omöjligt. Detta är fotosyntesen. Det är inte förvånande att mycket få elever känner till detta. Det är också vanligt att elever, som fått lära sig det, finner det mycket svårt att tro på. Det verkar mycket mer troligt att materialet i träd på något sätt har sugits upp ur marken, och många elever (och vuxna) tror detta. Men om det

18

Elevers vardagsföreställningar vore så skulle träden stå i stora hål. Faktum är att bara relativt små kvantiteter av mineraler utvinns från marken.

• Baksidan på månen är bara helt mörk under fullmåne. Under andra perioder kommer den att vara delvis, eller under nymåne nästan helt, upplyst. Vid nymåne står den mellan oss och solen, och då är nästan hela baksidan upplyst. Men vi ser aldrig den upplysta delen av baksidan eftersom den är vänd från jorden.

• Ljud skapas genom vibrationer, till exempel en gitarrsträng som vibrerar eller luften som kommer i rörelse. Människan kan uppfatta ljud som ligger mellan 20 och 20 000 svängningar per sekund. Ett så kallat normal-a i musiken ligger på 440 svängningar per sekund.

Ljudet fortplantar sig genom att vibrationerna sprids genom luften, vätskor eller fast materia.

Våra öron fungerar som mottagare av vibrationerna. Dessa fångas upp av ytterörat, leds genom innerörat och omtolkas av hjärnan som ljud.

19

Krafter ”Naturvetenskap är inte samma sak som sunt förnuft. Om du vill förstå naturvetenskap så håll ditt sunda förnuft utanför.”

Lewis Wolpert, professor London

Vad kapitlet handlar om Krafter anses vara det svåraste området att undervisa om i naturvetenskap i tidiga skolår. Men det är också det bästa området för att få erfarenhet av naturvetenskapliga undersökningar.

Krafter ligger bakom det som händer runt om oss. Krafter får saker att hända. Men kom ihåg att krafter inte alltid uppför sig logiskt.

Några frågor Vilka av dessa påståenden tror du är sanna?

1. Två bollar med samma volym och form, som släpps från toppen på det lutande tornet i Pisa, kommer att nå marken samtidigt, även om den ena är av skumplast och den andra av bly.

2. Om du har två gevärskulor och avfyrar den ena med geväret riktat parallellt med marken och samtidigt släpper den andra kulan från samma höjd som geväret så kommer de att nå marken samtidigt.

3. När du sitter på ett bord, knuffar bordet dig uppåt med samma kraft som du trycker ner det med genom din tyngd.

4. Det finns bara två krafter som påverkar en fotboll som sparkats upp i luften, luftmotståndet och gravitationen.

5. Gravitationskraften drar dig neråt, men det finns också en dragningskraft som drar jorden mot dig.

Sant eller falskt?

Helt rätt – alla påstående är sanna, åtminstone nästan.

89

Krafter

Galileo och det lutande tornet i Pisa Det första är bara sant om det lutande tornet i Pisa just då befinner sig i vakuum. Om du skulle försöka detta i skolan, från taket eller en hög stege med en skumplastboll och en medicinboll skulle du finna att medicinbollen når marken först, men bara med väldigt liten marginal. Luftmotståndet är olika på de två.

Men vad händer här? När du släpper dem börjar båda bollarna accelerera. Ju tyngre ett föremål är, desto mer kraft krävs för accelerationen.

(Vad skulle du helst vilja rivstarta med, en liten Volkswagen eller en långtradare?) Så den tunga bollen kräver mer för att komma igång. Men massan hos den tyngre bollen är större än hos den lätta, som den får med draghjälp från gravitationen. Dessa två skillnader balanserar varandra, så bollarna far iväg med samma fart och, om luften inte påverkar, når marken samtidigt.

Förstod du detta? Galileo gjorde det, även om han bara gjorde det som ett tankeexperiment. Han klättrade aldrig upp i det lutande tornet i Pisa med en kanonkula för att testa sin teori. Beviset fick vänta nästan 400 år när den första människan på månen, Neil Armstrong, släppte en hammare och en fjäder under perfekta, luftfria förhållanden, och båda nådde marken samtidigt. Precis som kulorna i exempel två kommer att göra.

fallhöjd

fallhöjd

.

Eftersom fallhöjden är densamma i båda fallen når kulorna marken samtidigt

Den horisontella plankan Sitt på en böjbar och sviktande planka. Du kan nästan se hur den försöker trycka dig tillbaka, som om det vore en slunga och du var stenen. Det är möjligt att tro att med en riktigt fjädrande planka skulle man kunna 90

Krafter hoppa på den och den skulle studsa en tillbaka uppåt, som en språngbräda eller en trampolin. Så varför tror vi inte på att bordet också knuffar tillbaka? Den enda skillnaden är att bordet är stelare.

Fotbollstokig Vi kan alla acceptera att en fotboll i luften påverkas av gravitationen, om inte skulle den fortsätta ut i rymden och aldrig ses igen. Men kommer inte den andra kraften som påverkar fotbollen från foten på den som sparkade till den? Faktiskt inte. Den kraften upphör i samma stund som bollen tappar kontakten med foten. Den enda kraft som påverkar den, förutom gravitationen, är luftmotståndet. Enkelt, eller hur?

Du spelar roll Vi kan alla acceptera att jorden utövar dragningskraft på oss. Men det är inte den enda kraften som påverkar. Du har också dragningskraft. Den är väldigt liten i förhållande till jordens, men din dragningskraft på jorden är lika stor som jordens dragningskraft på dig.

Vad du behöver veta Elever, och lärare, har sina egna teorier om naturvetenskap, och hur världen fungerar. (Se även kapitel 8.)

Elever kan tro: • Att om det förekommer rörelse så finns det alltid en kraft som påverkar.

• Att om det inte finns rörelse finns det ingen kraft som påverkar.

• Att det inte kan finnas någon kraft utan att det finns rörelse.

• Att det när ett föremål rör sig finns en kraft som verkar i samma riktning som föremålets rörelse.

• Att ett rörligt föremål har en inre kraft som får det att röra sig och att ett föremål stannar när denna inre kraft är slut.

• Att konstant hastighet beror på konstant kraft.

Alla dessa antaganden är felaktiga.

91

Krafter

Fakta • Krafter kan sätta föremål i rörelse, bromsa dem eller få dem att ändra riktning.

• Ett föremål i vila ligger stilla för att de krafter som påverkar det är i balans.

• Ett föremål som befinner sig i rörelse fortsätter i samma riktning och med samma hastighet tills en kraft får den att ändra riktningen eller hastighet.

• Friktion och luftmotstånd är krafter som bromsar föremål i rörelse.

Det finns krafter som agerar på avstånd. Jordens gravitation är en, som drar allt mot jordens mittpunkt. Magnetism är en annan.

Aktiviteter för att utveckla din förståelse Arbete med krafter är ett utmärkt redskap för undersökningar. Följ dessa steg-för-steg instruktioner för en undersökning kring krafter.

1. Välj en av aktiviteterna under punkt 2.

2. Vad vill du ta reda på? Det kan vara den bästa fallskärmen, den boll som studsar bäst, hur föremål faller, hur de rullar och rör sig. Försök att rulla bilar ner för olika ramper, studsa bollar på olika typer av golv, hur olika fallskärmsmodeller dämpar fall och hur olika skosulor beter sig på olika typer av ytor.

3. Sedan kommer tre viktiga frågor: • Vad ska du förändra?

• Vad ska du observera eller mäta?

• Vad ska du hålla konstant?

4. Innan du börjar: Gör det diagram du tror att du kommer att få när du skriver in dina resultat. Ska du använda ett stapel- eller ett linjediagram? Hur kommer det att se ut.

5. Genomför undersökningen och skriv in resultaten i en tabell med två kolumner: Vad vi ändrade

92

Vad vi observerade eller mätte

Krafter 6. Innan du är klar, använd tabellen för att förutsäga några svar. Till exempel, om du har rullat en bil nerför en ramp med olika vinklar förutse hur långt bilen kommer att rulla om du ändrar vinkeln igen.

7. Slutligen. Gör ett diagram över resultaten. Jämför med det diagram du trodde att du skulle få i steg 4.

Aktiviteter för yngre elever Stöt och drag Eleverna kan lära sig • att beskriva hur vanliga föremål rör sig • att stöta och dra är krafter.

Använd några rörliga leksaker för att demonstrera och jämföra de krafter som är inblandade.

Aktiviteter för äldre elever Flyta och sjunka Eleverna kan lära sig: • att föremål har tyngd på grund av dragningskraften mellan dem och jorden.

• Att de krafter ett föremål utsätts för kan balansera, till exempel på något som flyter, och när detta händer kommer föremålet att ligga still.

Planera en aktivitet med olika föremål som sjunker eller flyter i vatten.

Ta inte bara sådant som är uppenbart. Många plastobjekt kan diskuteras, de flyter under vissa förutsättningar och sjunker under andra.

Kom ihåg: • Alla föremål har dragningskraft • Dragningskraften ett föremål utövar på ett annat föremål är proportionell mot föremålets storlek och avståndet till det andra föremålet.

• Krafter agerar i särskilda riktningar • Krafter agerar i par • Gravitationen agerar både i luft och i vatten 93

Krafter • När ett föremål är i vila är de krafter som påverkar det i balans.

• Det finns mer än en orsak till att föremål flyter, ta med både relativ densitet och vattnets lyftande kraft.

Fortsatt lärande Valde du rätt diagram i uppgifterna om krafter?

Kom ihåg att regeln för diagram är enkel. Om du har både ord och siffror ska du använda stapeldiagram, har du bara siffror gör du ett linjediagram.

Se på dessa två exempel: Typ av golv vi körde bilen på

Hur långt bilen rullade

Matta Stengolv Trägolv Linoleumgolv

1 meter 3,5 meter 4 meter 25 meter

Här har du både ord och siffror. Du ska rita ett stapeldiagram.

Höjden på den ramp vi rullade bilen nerför

Hur långt bilen rullade

60 cm 30 cm 90 cm 50 cm

4 meter 1 meter 25 meter 3,5 meter

Här använder du ett linjediagram. Men placera resultaten i ordning först.

Sedan kan man genom diagrammet förutsäga hur långt bilen rullar om rampen är 40 cm.

94

LYCKAS MED NO

Lyckas med NO lämpar sig utmärkt att använda i undervisningen för blivande lärare. I anslutning till boken finns tre fristående häften med kopieringsunderlag för den tidiga NO-undervisningen, ” Magnetism och elektricitet”, ”Ljus och ljud” samt ”Krafter och rörelse”.

ISBN 978-91-40-66099-2

JOHN STRINGER LARS NILSSON

Lyckas med NO beskriver de faktorer som krävs för en bra NO-undervisning i grundskolans tidiga år. Boken blandar teori med praktiskt tillämpbara exempel. Den bygger på erfarenheter från den engelska satsningen på NO och är skriven direkt för svensk skola av lärarutbildaren, läromedelsförfattaren och skoltv-producenten John Stringer.

För översättning och bearbetning står Lars Nilsson, läromedelsförfattare och före detta mellanstadielärare.

Lyckas med NO EN BOK FÖR LÄRAREN

John Stringer Lars Nilsson