Innovation i Fysik

Innovation og faglig kreativitet er kompetencer, som efter reformen har fået en mere central rolle end tidligere. Ifølge vejledningen om elevernes innovative kompetencer skal der arbejdes med tre kompetenceområder inden for innovation: undersøgelse, udvikling og vurdering. Her gives tre konkrete forslag til, hvordan man kan arbejde med de innovative kompetenceområder i fysik.  

Aktuelle tematiske forløb

Sæt kernestof ind i en problemstilling eller begivenhed og gør det både aktuelt og relevant. Lad eks. kernestoffet ”Energi” på c-niveau skifte karakter ved at indsætte det i en fortælling om en Mars-mission. Eleverne arbejder teoretisk med det traditionelle kernestof, men designer selv mindre eksperimenter, såsom bestemmelse af vands specifikke smeltevarme eller optimering af nyttevirkningen for et system. Eleverne skaber altså i konteksten af den aktuelle problemstilling egne fysikforsøg allerede fra start og træner derved deres innovative kompetencer. Arbejdsformen tilskynder samtidigt til mere kreativ tænkning og faget åbnes op for flere elever.

Andre konkrete eksempler på tematiske forløb kunne være ”Den kolde krig”, ”Vinter OL”, ”Tivolifysik” eller ”Liv i rummet”.

Oplevelsesbaserede fysikeksperimenter

Når eleverne er trygge ved de indledende mindre eksperimenter såsom nyttevirkning, kan læreren skrue op for kompetencekravene med få ændringer i strukturen omkring mere avancerede fysikeksperimenter. Eksempelvis kan man halvvejs igennem et tematisk forløb omkring Tjernobyl ændre forsøget “Halveringstid af Ba137” til en begivenhed kaldet ”Radioaktiv katastrofe”. Eleverne designer selv forsøget, hvormed de kan identificere, hvilken isotop der måles på. Igennem eksperimentet finder de frem til den skyldige miljøsynder.

Små variationer fra dagligdagen kan motivere og sætte scenen til et kreativt fysikeksperiment. Lån kitler fra kemi, sæt en 60 minutters counter på projektoren, mørklæg lokalet, placer kilden i en beholder med røg osv. Selv med begrænset teoretisk viden vil eleverne kunne designe forsøget selv og dermed træne deres innovative og kreative kompetencer. Afslut med et selvdesignet Escape Room, hvor kernestoffet repeteres.

Udvikling af nye løsninger med resistorer

Eleverne kan hurtigt komme i gang med at udvikle egne sensorer med et arduino sensor-kit. Kittet består af moduler med resistorer og modstande, så de kan kobles direkte til arduinoen. Det har så lav en pris, at eleverne selv kan låne det med hjem og fortsætte produktudviklingen, hvilket kan motivere en del elever. Det er oplagt at lade eleverne arbejde med at udvikle sensorer i det selvstændige projekt på b-niveau, da der her er den ekstra tid, som arbejdet med udvikling af nye løsninger påkræver.

Resistorer kan introduceres, ved at lade eleverne programmere og opsætte en fotoresistor. Resistoren skal kalibreres for at finde sammenhængen mellem målt lysstyrke og effekt ved at tage målinger af lysstyrken ved kendte værdier for effekten og bagefter lave regression. Her introduceres eleverne til begreber som kalibrering og usikkerhed for en sensor i et kontrolleret forsøgsdesign og det er oplagt at koble det til ellære. Ved hjælp af instruktionsvideoer med færdige kodeeksempler kan introduktionen holdes nede på to klokketimer.

Fordelen ved at starte op med at arbejde med fotoresistoren er, at den også anvendes i rigtig mange forskellige fysiske eksperimenter efterfølgende f.eks. ved måling af solintensiteten eller eftervisning af afstandskvadratloven. Efter introduktionen går eleverne i gang med en case, hvor de skal udvikle et eget produkt, der gør brug af resistorer. Det kan være en fotosensor eller eks. termo-, tryk-, luftfugtigheds-, magnetomet-, infrarød- eller lydstyrkesensor. Cases kan eks. være røgalarm til køkken, partikelsensor til vej eller fugtighedsalarm til loft. Produktudviklingen kan afvikles på ca. 6 timer. Det afsluttes med, at eleverne afleverer en sides tekst omkring deres ide, en fysisk fungerende sensor, samt den tilhørende arduinokode med forklaringer. 

Det oplevelsesbaserede fysikeksperiment ”Radioaktiv katastrofe”, samt arduino forløbet omkring fotoresistoren er vedlagt i nedenstående bilag. 

Bilag

• Radioaktiv katastrofe - Opgavebeskrivelse (pdf) - se nedenfor.
• Arduino: kobling til  fotoresistor og dioder - Kasper Ljungdahl (youtube)
• Arduino: kodning af arduino med fotoresistor og dioder - Kasper Ljungdahl (youtube)
• Arduino - kode til fotosensor (.ino) - se nedenfor.

Kreditering

Kasper Thorn Ljungdahl, Støvring Gymnasium i samarbejde med Mathilde Thorn Ljungdahl, Skive Gymnasium og HF.