Undersøgelser og modeller i fysik/kemi i 7.–9. klasse

Eleverne skal være med hele vejen

Fagplanudkastet beskriver undersøgende og modellerende arbejde, hvor eleverne deltager fra de første ideer og spørgsmål til faglige forklaringer. De bruger egne og andres data og modeller med udgangspunkt i deres nære erfaringsverden. Nysgerrighed og undren er en del af områdets sigte. Se side 7.

En undersøgelse kan begynde med noget, eleverne har observeret. Men spørgsmålet skal gøres præcist nok til, at de kan finde en fremgangsmåde. Hvad vil de ændre eller sammenligne? Hvad skal de registrere? Og hvilke oplysninger ville kunne støtte en forklaring?

Hvad omfatter arbejdet?

Det fælles naturfaglige indhold omfatter erfaring og sansning, observationer, undersøgelser af mønstre og afprøvning af hypoteser. Eleverne skal også udvikle og efterprøve modeller, begrunde deres metoder og bearbejde resultaterne. Fagsprog og kritisk vurdering af egne og andres undersøgelser indgår. Se begyndelsen på side 7 og fortsættelsen på side 8.

For fysik/kemi nævner udkastet udvikling af prototyper og eksperimenter med variabelkontrol, målinger og dataindsamling. Separation, fremstilling af et stof og kemisk analyse er også med. Modelarbejdet omfatter fænomener, man ikke umiddelbart kan se, fra partikler til universets store afstande. Se side 8.

Det er en beskrivelse af undervisningens indhold, ikke instruktioner til forsøg hjemme. De konkrete undersøgelser og deres sikkerhedsrammer skal aftales med læreren.

Eksempel: Hvad var det, vi ændrede?

En gruppe vil undersøge, om længden på en papirstrimmel har betydning for, hvor meget den bøjer. Men deres notater viser, at strimlernes bredde også var forskellig. Alle mål og resultater her er opdigtede til guiden; de stammer ikke fra et gennemført forsøg eller en officiel opgave.

Registrering	Strimmel A	Strimmel B
Længde	10 cm	20 cm
Bredde	2 cm	4 cm
Registreret bøjning	3 mm	8 mm

I tabellen er forskellen i registreret bøjning 8 − 3 = 5 mm. Det fortæller ikke, at den ekstra længde er årsagen. Både længde og bredde er ændret, og notaterne fortæller heller ikke, om papirtype, belastning og målemetode var ens. Gruppen mangler oplysninger, før den kan vurdere sammenligningen.

Et svar i vores opdigtede eksempel kunne være: “B bøjede 5 mm mere, men vi ændrede både længde og bredde. Vi kan ikke bruge de to resultater alene til at sige, hvad længden gjorde.” Variabelkontrol betyder her at planlægge, hvilke forhold der ændres, og hvilke der skal holdes ens, så spørgsmålet kan undersøges.

Eksemplet giver ingen forsøgsopstilling. Det viser, hvordan eleverne kan begrunde en metode og dens begrænsninger. En ny undersøgelse skal stadig tilrettelægges inden for undervisningens sikkerhedsrammer.

Hvordan kan gruppen komme videre?

Gruppen præciserer spørgsmålet: Hvordan ændrer den registrerede bøjning sig med strimlens længde, når bredde, papirtype, belastning og målemetode holdes ens? Her følger kun en opgave i at læse data. Alle tal er valgt af os, ikke målt i et forsøg. Eksemplet er hverken en forsøgsvejledning eller en fysisk lov om papir.

Før gruppen får flere resultater, foreslår den en model: Når længden fordobles, fordobles bøjningen. Ud fra 3 mm ved 10 cm forudsiger modellen derfor 6 mm ved 20 cm. Det er en efterprøvbar forudsigelse. At se, at to størrelser begge vokser i en tabel, er ikke i sig selv en afprøvning af netop denne model.

Vi giver gruppen følgende nye, opdigtede datasæt. A, B og C er tre registreringer af bøjningen; Gns. er gennemsnittet. Alle fire resultatkolonner er i millimeter. I opgaven antages de øvrige forhold at være holdt ens.

Længde	A	B	C	Gns.
10 cm	2	3	4	3
15 cm	4	5	6	5
20 cm	6	7	8	7

Ved 20 cm er gennemsnittet (6 + 7 + 8) / 3 = 7 mm. Det er 1 mm mere end modellens forudsigelse på 6 mm. Registreringerne spænder fra 6 til 8 mm, så gruppen bør også undersøge spredningen og målemetoden. Gennemsnittet alene afgør ikke, om forskellen er vigtig. Flere målinger gør heller ikke automatisk en skæv målemetode rigtig.

NISTs håndbog om forsøgsdata beskriver, at en model skal passe til undersøgelsens formål, og at forskelle mellem model og data indgår i vurderingen af, om modellen skal justeres. Vi bruger princippet i en forenklet regneopgave; håndbogen indeholder ikke vores papirdata. Læs NISTs afsnit om modeller og modelkontrol.

Hvad sker der, når modellen ændres?

Gruppen prøver en anden beskrivelse af tabellens gennemsnit: Fra 10 til 20 cm vokser bøjningen med 2 mm for hver ekstra 5 cm. Den beskrivelse rammer alle tre gennemsnit. Den første model gav derimod 4,5 mm ved 15 cm og 6 mm ved 20 cm, hvor tabellen viser 5 og 7 mm.

Den nye beskrivelse giver en forudsigelse på 9 mm ved 25 cm: 7 + 2 = 9. Men 25 cm ligger uden for de længder, tabellen omfatter. Et resultat ved den længde ville være nye oplysninger at sammenligne modellen med. At modellen rammer de tal, den blev tilpasset efter, viser ikke, at den også rammer nye data.

Et muligt elevsvar er: “Vores første model ramte ikke alle gennemsnit. Vi prøvede derfor en anden sammenhæng. Den passer til tabellen, men vi har endnu ikke prøvet dens forudsigelse ved 25 cm. Ingen af modellerne forklarer, hvorfor papiret bøjer.” Her kan barnet skelne mellem registreringerne, en beskrivelse af deres mønster og en forklaring på årsagen.

Hvad kan en model forklare?

En model udvælger bestemte forhold. En partikeltegning kan hjælpe med at tale om noget, der ikke er synligt direkte, men dens farver og størrelse skal læses som dele af fremstillingen. Eleverne kan spørge, hvad modellen skal forklare, og hvad den ikke forsøger at vise.

Udkastets mål omfatter at sammenligne modeller. Det kan være relevant at undersøge, om to modeller har samme formål, før man vurderer dem. En model kan være brugbar til ét spørgsmål og utilstrækkelig til et andet. Se målene på side 8.

I papireksemplet kan eleverne tegne begge strimler og skrive længde og bredde på. Tegningen gør de to ændringer synlige. Den afgør ikke, hvilken ændring der forklarer bøjningen.

Hvad skal barnet kunne fortælle om arbejdet?

Målene beskriver, at eleverne udvikler forklaringer ved at undersøge og modellere, indsamler og bearbejder data og formidler proces og resultater med fagord. De skal designe egne undersøgelser og modeller og forholde sig kritisk til styrker og svagheder i egne og andres arbejder. Se side 8.

Se på barnets tabel eller tegning sammen. Spørg, hvad gruppen ville undersøge, og hvilke oplysninger den faktisk har. I papireksemplet kan barnet pege på begge ændrede mål og forklare, hvorfor resultatet ikke besvarer spørgsmålet om længden. Det er vores forslag til en samtale, ikke en officiel vurderingsskala.

Området gælder samlet for 7.–9. klasse. Det fastlægger ikke, at bestemte forsøg eller modeller hører til et bestemt år. Se trinforløbet på side 6.

Fra Fælles Mål til fagplanen

Fælles Måls detaljerede oversigt omfatter allerede at formulere en afgrænset problemstilling, indsamle og vurdere data og konkludere på baggrund af undersøgelser. Under modellering står valg af modeller efter formål og vurdering af deres anvendelighed og begrænsninger. Kommunikation omfatter fagord, argumenter og kildekritisk formidling. Se side 5.

Udkastet samler undersøgelse og modellering i ét område og beskriver elevernes deltagelse gennem hele processen. Det nævner variabelkontrol, prototyper og de særlige fysiske og kemiske arbejdsformer direkte. Kritisk vurdering af data og modeller er allerede med i Fælles Mål; sammenligningen viser en ny organisering af det nævnte indhold, ikke at det hele er nyt.

Sammenligningen viser forbindelser mellem de nævnte forventninger, ikke en fuld liste over ændringer i alle delmål. Fælles Mål-dokumentets statusforbehold på side 1 forklarer ændrede regler og skellet mellem bindende kompetencemål og vejledende færdigheds- og vidensmål. Fagplanen er et udkast.