Paineen mittaaminen (8lk)

Tässä vaiheessa syksyä fysiikan tuntien kulku on alkanut seurata tiettyä kaavaa. Ensin olen esitellyt tutkittavan ilmiön jollakin demolla esim. paineen kanssa kokeilimme miltä paine sormessa tuntuu kun etusormien väliin asettaa lyijykynän. Tämän jälkeen kirjasimme monistevihkosiin paineen tunnuksen ja yksikön sekä laskukaavan. Laskimme yhdessä yhden esimerkkilaskun vihosta ja sitten oppilaat saivat määritettäväkseen yhden esineen aiheuttaman paineen (erimuotoisia ja painoisia esineitä). Työohje (linkki) ladattiin WordPress - blogista läppäreille, mittaustulokset kirjattiin PowerPoint - tehtäväpohjaan ja kaavaeditoria apuna käyttäen suoritettiin vaadittu lasku välivaiheineen loppuun. Sitä mukaan kun työparit saivat tehtävänsä valmiiksi, pääsivät he mittaamaan ilmanpainetta paineanturilla. Työssä tutkittiin tilavuuden sekä lämpötilan muutoksen vaikutusta ilmanpaineeseen muovipullossa. Työ sujui lähes ilman opettajan ohjausta, vain tulosten tulkinnan kanssa tuli vastaan kysymyksiä. Paineen yksikkö pascal tuli oppilaille ehkä konkreettisemmaksi, kun läppärin ruudulta sai lukea ilmanpaineen mittaustuloksia ko. yksiköissä. Lopuksi PowerPoint - diat (=työselostukset) tallennettiin kuvina parien WordPress - blogeihin.

Tilavuuden pieneneminen oli turvallisempaa toteuttaa pulloa puristamalla
 (ruiskulla paine nousee liian helposti liian isoksi anturille)

Läppäreiden, laskujen, antureiden yms. hanskaaminen kaksoistunnin aikana on mahdollista mutta selkeyden ja sujuvuuden takia uusi asia kannattaa esitellä ensin opettajajohtoisesti, ja sitten tehdä jonkin laboratoriotyö, jossa kaikilla pareilla on välineet saatavilla ja viimein sokerina pohjalla tarjota  anturimittaus. Näin toimien kaikilla on tekemistä koko ajan, suurin osa ymmärtää mitä on tekemässä ja nopeimmat pääsevät joustavasti eteenpäin anturimittausten kanssa. Kun tehtävät tehdään tässä järjestyksessä, kaikki ryhmät eivät ole mittaamassa saamaan aikaan antureilla ja vähempikin määrä näitä melko kalliita laitteita riittää. Nopeimmat ehtivät vielä tehdä kirjan tehtävätkin blogiin ennen kuin viimeiset saavat valmiiksi perustehtävän mutta ehkä nopeille ja fysiikasta kiinnostuneille on tässä hässäkässä viimein löytynyt tapa päästä hieman pidemmälle peruskoulufysiikan tunneilla?

Ruiskua ulospäin vetämällä saa aikaan alipaineen

Tiheyden ja nosteen määrittämistä (8lk)

Määritimme eri aineiden tiheydet perinteisillä menetelmillä (työohje). Aluksi määritimme tiheyden suuruusluokan kellutuskokeella (vettä ja ruokaöljyä mittalasissa) ja saimme aineiden tiheyksille suuntaa antavat arviot katsomalla mille kohtaa mittalasissa aine asettui (ruokaöljyn tiheyden määritimme punnitsemalla 1ml ruokaöljyä digivaa'alla). Arvioiden jälkeen jokainen pari määritti yhden aineen tiheyden tarkemmin punnitsemalla sen vaa'alla ja määrittämällä tilavuuden upottamalla esineen mittalasiin. Tulokset jaettiin muille ryhmille ja niitä verrattiin kirjallisuudesta löytyviin arvoihin. Oletukseni oli, että oppilaat olisivat etsineet ja löytäneet tiheyksille vertailuarvot netistä mutta lopulta päädyimme katsomaan kirjallisuusarvot todellakin vanhanaikaisesti paperilta... Ryhmät kertoivat innokkasti oman aineensa tiheydet muille ryhmille, ja näin saivat olla hetken aikaa "asiantuntijoita". Puun tiheydelle satiin liian suuri arvo, koska yhden ryhmän käyttämän mittalasin asteikkoviivat olivat 2ml välein eivätkä 1ml kuten tavallisessa mittalasissa (puukappale ei mahtunut kapeampaan mittalasiin ja leveämmän mittalasin asteikko oli erilainen ja kiireessä tätä ei huomattu...).

Aineet, joiden tiheys määritettiin

Nostetta mitattiin voima-anturin avulla (työohje). Kuparilieriö upotettiin vuoron perään vesijohtoveteen, suolaveteen ja etanoliin. Muutokset esineen painossa kirjattiin ylös ja tuloksia vertaamalla löytyi suurimman nosteen tuottanut neste. Tätä koetta ei ole voinut aikaisemmin toteuttaa, koska jousivaa'at eivät anna tarpeeksi tarkkoja mittaustuloksia näin pienille esineille. Nyt nesteet saatiin järjestykseen tarkan laitteen avulla. Voima-anturin käyttö tuntui sujuvan oppilailta jo rutiinilla, onhan sitä käytetty jo monesti aikaisemminkin. Kaksi mittauslaitteistoa oli hieman vähän, nyt yhden laitteiston kimpussa oli kolme paria kerrallaan. Tosin mittaustulokset saatiin kaikille näinkin. Suolaveden ja vesijohtoveden nosteen ero oli melko pieni, luultavasti suolaa olisi voinut lisätä vielä enemmänkin.

Nosteen määrittäminen voima-anturilla

WordPress - blogin "ominaisuuksia" osa 2

WordPress - blogien kanssa ilmeni tällä viikolla kummallisia ongelmia. Heti syksyn alussa huomasimme, että WordPress.comin "Uusi artikkeli" - nappi sivun oikeassa yläreunassa ei toimi. Jos kirjoittaa juttunsa napista avautuvaan puolikkaaseen ikkunaan ja painaa "Publish post", mitään ei tapahdu. Tästä viisastuneina olemme käyttäneet Ohjausnäkymän kautta avautuvaa "Uusi artikkeli"-toimintoa. Tällä viikolla sekin lakkasi toimimasta Internet Explorerilla! Tarkemmin sen kautta ei voinut enää valita valokuvia blogiin ladattavaksi. Syyksi selvisi se, että sivu ei jostain syystä enää toimikaan ns. "yhteensopivuustilassa", joka jostain toisesta syystä oli/on päällä luokan läppäreissä. Yhteensopivuustilassa selain (IE 9.0) toimii kuin vanhempi selain (IE 7.0), jos sivu on yhteensopimaton uuden selaimen kanssa. WordPress.com ei kuitenkaan enää tue IE 7.0 - selainta ja homma lakkasi toimimasta. Yhteensopivuustilan saa pois klikkaamalla osoitekentän "rikkinäisen sivun" - ikonia  (jos ikoni on sininen niin tila on päällä, jos se on harmaa niin tila on pois päältä). FireFoxilla tehdyt päivitykset toimivat koko ajan, joten tämä ongelma ilmeni vain IE:llä. Lisäksi tämä viikko valotti hieman tätä ensimmäistäkin ongelmaa, GoogleCromella tämä oikean yläkulman "Uusi artikkeli" - nappi toimii ihan mainiosti...!?

Yhteensopivuustila päällä (IE9), WordPress - blogi ei toimi

Yhteensopivuustila pois päältä (IE9), WordPress - blogi toimii

WordPress - blogien kanssa esiin tulleet ongelmat eivät siis suinkaan ole olleet vain oppilaiden osaamattomuudesta, salasanojen unohtelusta tms. johtuvia, vaan ongelmat ovat olleet myös puhtaasti teknisiä, eli bugeja ja asetusten yhteensopimattomuutta. Jos luokan tietokoneilla homma tökkii, niin miten tätä voisi viedä kotikoneille, siellä on käytössä ties mikä selain ja ties mitkä asetukset....!?!?

Puolikas editointi-ikkuna ei toimi IE:llä tai FireFoxilla mutta toimii GoogleChromella

Läppärit 9-luokan kemian tunnilla

Hienointa opettajan työssä on varmaan se, kun pääsee opettamaan oppilaita 7. luokalta asti ja näkee kuinka hienosti he osavat työskennellä 9. luokalla. Teimme neutraloitumistyön 9. luokan kemian tunnilla: neutraloimme natriumhydroksidia suolahapolla käyttäen apuna BTS indikaattoria. Lopuksi indikaattorin väri poistettiin aktiivihiilellä, hiili suodatettiin pois ja veden haihduttamisen jälkeen jäljelle jäi natriumkloridia. Itse työn tekemiseen ja työvaiheiden valokuvaamiseen meni yksi oppitunti ja työselostuksen tekemiseen kaksi oppituntia. Työselostukset tehtiin Wordillä ja värivalokuvat eri vaiheista pääsivät oikeuksiisa, kun työt lopuksi tulostettiin väritulostimella.

NaOH (sininen) leviää happamaan liuokseen

Työselostusta tehdessään oppilaat joutuvat itse miettimään sanamuotoja, joutuvat palauttamaan mieleen astioiden nimiä, työvaiheiden nimiä, kemikaalien nimiä ja järjestelemään valokuvat eri työvaiheista loogiseen järjestykseen. Loppuun piti kirjoittaa reaktioyhtälö sekä selostaa termit neuraloituminen ja titraus. Ennen tulostamista luin läpi työselostuksen ja oppilaat korjasivat mahdolliset virheet. Tietokoneella työselostuksen tekemisessä kätevintä onkin juuri virheiden korjaamisen helppous. Osa oppilaista ei halua kirjoittaa vihkoon mitään "omaa", koska pelkää tekevänsä virheitä ja joutuvansa pyyhkimään tekstin pois. Tietokoneella tätä ongelmaa ei ole, vaan tekstiä tuntuu syntyvän helpommin.

Ensimmäistä kertaa tuli vastaan myös läppäreiden tarpeellisuus kemian luokassa. Kolme oppilasta oli ollut pois juuri sillä tunnilla, jolla neurtaloimistyö oli tehty, joten työselostuksen tekeminen oli aivan mahdotonta. Ongelma oli helposti ratkaistu niin, että samalla kun muut tekivät työselostusta, tämä kolmikko teki neuralointityötä ja saivat lopulta tehtyä pikavauhdilla myös suppean työselostuksen kuvineen. Tämä olisi ollut täysin mahdotonta, jos olisimme olleen tietokoneluokassa työselostusta tekemässä!

Toinen ryhmä ei saanut työtä tehtyä täysin ilman teknisiä ongelmia. Jostain syystä opetusverkon koneille kirjautumisessa ja palautuskansioiden käytössä oli ongelmia juuri tämän ryhmän tunnilla, joten jouduimme siirtämään työselostusten tekemistä seuraavalle tunnille. Onneksi takataskustani löytyi myös perinteinen paperimoniste, jota pystyimme tekemään korvaavana tehtävänä. Tietoteknisten laitteiden käytössä on näköjään aina varauduttava siihen, että homma tökkii jollain tavalla ja plan B on oltava valmiina...

9. luokan kemistejä

Liikkeen tutkimista vaunuradalla (8lk)

Tutkimme tänään tasaista ja kiihtyvää liikettä vaunuradan ja liiketutkan avulla (katso työohje). Koska meillä on vain yksi vaunurata, teimme työn yhdessä opettajan koneella niin että oppilaat toimivat koneenkäyttäjänä, vaunun lähettäjänä ja kiinniottajana sekä asettivat tarvittavat punnukset vaunua vetävän narun päähän tai vaunun kyytiin. Kuvaajia katseltiin videotykin kautta ja pohdittiin samalla sitä mitä tapahtuu.

                                 Punnus narunpäässä                Vaunurata ja liiketutka

Saimme aikaan tasaisen liikkeen kuvaajan sekä kiihtyvän liikkeen kuvaajia eri tilanteista (kiihdyttävää voimaa kasvatettiin lisäämällä punnuksia narun päähän). Myös vaunun kyytiin lisätyn massan hidastava vaikutus tuli esiin. Lisäksi laskimme vaunun kiihtyvyyden aika - nopeus - kuvaajan avulla.

                                           Kiihtyvä liike (yksi 50g punnus narun päässä)

Työnsuoritus toimi hyvin näinkin vaikka se tehtiinkin opettajajohtoisesti. Kuvat tallennettiin työn edetessä opettajan koneella ja oppilaat saivat ladata ne itselleen blogin välityksellä. Jokainen ryhmä teki kuvien avulla oman työselostuksensa ja omat kiihtyvyyslaskunsa.

                                         Tasainen liike (vaunu tönäistiin liikkeelle)

Ensimmäinen kuukausi fykeläppäreitä

Läppärit ovat olleet nyt kuukauden käytössä fysiikan ja kemian tunneilla. Vaikka aluksi suunnittelin, että koneet voisivat olla pysyvästi oppilaiden pöydillä, käytäntö on muodostunut sellaiseksi, että ne kerätään tunnin päätteeksi kärryyn. Syy on se että kemian töissä käytetyt kemikaalit, kaasupolttimet ja vesi eivät oikein sovi yhteen tietokoneen kanssa. Käytännössä kemian työohjeen olen edelleen antanut suullisesti, työ on tehty ja dokumentoitu digikameralla ja kun pöytä on ollut siisti ja kuiva, läppärin on voinut hakea kärrystä. Työselostus on sitten tehty läppärillä digikuvia hyödyntäen. Tällä hetkellä kemiaa on sekä 7. luokalla että 9. luokalla, ja molemmilla homma on toistaiseksi toiminut ihan mallikkaasti, joskin suurin osa töistä on vielä tehty vihkoon perinteisesti, ja vain pari työtä on tehty läppärillä. Läppärillä on tehty sellaiset työt, joissa on ollut jotain visuaalisesti mielenkiintoista valokuvattavaa, kuten indikaattorin värin vaihtuminen titrauksessa, tai jokin vähän suurempi ja monimutkaisempi työ kuten tislaus.

Koneen käynnistyminen ja sisäänkirjautuminen tunnin alussa on sujunut suhteellisen nopeasti. Latausjohtoja on käytetty tarvittaessa, ei joka tunti. Kerran viikossa olen jättänyt koneet latautumaan luokkaan pöydille, koska käyttämässäni kärryssä koneita ei voi ladata (se on aivan tavallinen labrakärry). 

Fysiikassa on ollut hieman helpompaa toteuttaa läppäreillä työskentelyä. Läppäreitä on käytetty paria tuntia lukuunottamatta joka tunti. Vain sellaisilla tunneilla, joilla on laskettu laskuja paperille kynällä ja laskimella, läppärit ovat olleet sivussa (toki silti pöydällä). Tämä on tuntunut hieman hassulta, mutta koska oppilailla on samat kokeet koko koulussa, en kai voi muutakaan, kokeessa kun ei voi käyttää läppäriä. Näillä tunneilla on ollut myös hieman hankalaa palata opettajakeskeiseen opetukseen, osalla silmät ovat seuranneet läppärin näyttöltä jotain opettajaa mielenkiintoisempaa. Vielä en ole tehnyt "työohjeita" laskujen laskemiseen, ehkäpä se pitäisi tehdä seuraavaksi? Lisäksi blogissa voisi olla tehtävien vastaukset tarkistamista varten. Kun tehtäviä on tullut lisää, oikean työohjeen löytäminen blogista on hieman hankaloitunut. Pitää miettiä miten tämän asian saisi selkeämmäksi. En ole vielä teettänyt kotitehtäviä virtuaalivihkoon, olen odottanut sitä että blogin päivitys opittaisiin ensin kunnolla luokassa. Ainakin toisella ryhmällä on vielä ongelmia blogipäivityksissä. Blogeja on alettu päivittämään suoraan WordPressin käyttöliittymästä sähköpostipäivityksen sijaan.

Työskentely fysiikassa on muuttunut läppäreiden myötä opettajavetoisesta oppilaskeskeisemmäksi. Kun oppilaat ovat kiertäneet työpisteitä eri järjestyksessä, välillä tunnelma on ollut kuin rautatieasemalla. Tekemisen meininki on kuitenkin ollut hyvä ja tehtäviä on tehty innokkaasti. Läppäreitä tai antureita ei ole kyseenalaistettu vaan käytetty luontevasti. Aluksi olen yleensä käynyt työnsuorituksen lyhyesti yhdessä läpi, näyttänyt tykillä LoggerPron käyttöä ja sen jälkeen oppilaat ovat tehneet työn. Muutama nopea ryhmä on tehnyt töitä eteenpäin vain lukemalla seuraavan työohjeen ja yllätyksekseni saaneet työn tehdyksi, toisille ryhmille on pitänyt lisäohjeita antaa melkein joka välissä joten työ on edennyt hieman hitaammin. Tässä onkin suurin haaste tai mahdollisuus, kaikki eivät ehkä ehdi tehdä kaikkea. Jos nopeille vain on riittävästi valmiita työohjeita heidän ei toisaalta tarvitse odotella hitaampia. Eli, ainakin tämä systeemi mahdollistaa hyvien ja nopeiden oppilaiden eriyttämisen ylöspäin?

Liiketutkatutkimuksia (8lk)

Aloitimme tällä viikolla liikkeen tutkimisen liiketutkan avulla. Tehtävänä oli kävellä liiketutkan edessä tasaisella sekä kiihtyvällä nopeudella. Lopuksi piti tulkita LoggerPro:n piirtämiä kuvaajia ja tehdä niistä työseloste (työohje). Toisessa työssä oppilaat määrittivät kävelynopeutensa pareittain perinteisellä tyylillä: mittaamalla käytävällä kävelemänsä matkan ja ajan metrimitalla ja sekuntikellolla (nettisellaisella tosin)(työohje). 

Liiketutkalaitteisto ja tutkittava kävelijä

Koska liiketutkia oli käytössä vain kaksi, porukka jaettiin kahtia. Kaksi paria aloitti liiketutkatyöllä ja loput oppilaat aloittivat nopeuden määrittämisellä. Kaikki parit tekivät molemmat työt.

Liiketutkan käyttö sujui sinänsä helposti oppilailta. Riitti että näytin sen toiminnan luokassa yhden vapaaehtoisen kävelijän kanssa. Enemmän vaikeutta aiheutti se, että tasaisen ja kiihtyvän liikkeen kuvaajat tuppasivat muistuttamaan liikaa toisiaan, eli liikkuminen ohjeen mukaan ei ollutkaan niin helppoa (tai ohje oli liian epämääräinen). Joillakin pareilla unohtui puolestaan kuvaajasta pois y - akseli, joten nopeuden arvon lukeminen olikin sitten mahdotonta ja mittaus piti tehdä uudelleen (tallensimme kuvan leikkaustyökalulla). Tämän olisi voinut välttää sillä, että olisimme tallentaneet koko LoggerPro - mittaustiedoston, jolloin koko mittausta ei olisi tarvinnut tehdä kokonaan uudelleen. Pari ryhmää ei muistanut skaalata akseleita ennen kuvan tallentamista. Kun akseli oli mitoitettu liian isoksi (50 m/s), ja oppilas liikkui n. 1-2 m/s, niin nopeuden arvoa oli aivan mahdoton lukea kuvaajasta. Vaikka nämä asiat tuntuivat aluksi "ongelmilta" niin, ne ehkä toimivatkin oppimistilanteina: vaikka tietokone piirtääkin kuvaajan valmiiksi, on kuvan tallentajan silti ymmärrettävä akselien tarpeellisuus kuten myös se miksi akselin mitoittaminen järkeväksi on tärkeää.

Nopeuden määrittäminen perinteisellä tavalla sujui hyvin, ilman suurempia ongelmia. Hyvä puoli tässä tehtävässä oli se, että työparin ei tarvinnut odotella erikoisvälineitä ja samalle käytävän pätkälle mahtui hyvin kolmekin paria tekemään mittauksiaan. Ryhmät osasivat myös hahmottaa nämä kolme eri työpistettä (kaksi liiketutkapistettä, toinen käytävässä ja toinen luokassa, sekä yksi nopeuden määrityspiste käytävällä). Ryhmät kävivät mittauspisteissä oman läppärinsä kanssa (liiketutkan kiinnittämiseen riittää USB - johdon kiinnitys läppäriin) ja palasivat tulosten kanssa luokkaan tekemään työselostuksen valmiiksi. Eniten opettajan apua tarvittiinkin työselostuksen tekemisessä, itse mittaukset sujuivat vähemmällä ohjauksella, toki opettajan piti sukkuloida näiden kolmen pisteen välissä. Itse mittaukset saatiin suurimmaksi osaksi tehtyä yhdellä kaksoistunnilla mutta työselostusten loppuun saattamiseen ja muutamaan puuttuvaan mittaukseen meni vielä kolmaskin tunti.

Näiden tuntien perusteella näyttäisi siltä, että mittausten tekeminen sujuu vallan mainiosti, vaikka käytössä olisikin vain kaksi identtistä anturilaitteistoa, kunhan muulle luokalle on tarjolla toinen tehtävä, joka ei vaadi erityislaitteistoja. Yhden anturilaitteiston ja mittaustavan opettaminen per kaksoistunti tuntuu toistaiseksi hyvältä ratkaisulta.

Opettajan kannalta nämä kolme tuntia kuluivat kuin siivillä, oppilaat olivat innostuneita ja tunnilla oli "tekemisen meininki". Taululta ei kopioitu mitään, jokainen ryhmä kirjoitti itse omat päätelmänsä työselostukseen ja jokaisen ryhmän kuvaajien analyysissä oli jotain erilaista, koska kuvaajatkin olivat niin erilaisia. Pari nopeinta ryhmää ehti tehdä myös lisätehtäväksi tarkoitetut "päättelytehtävät". Kotitehtäväksi oppilaat saivat perinteisiä nopeuslaskuja monistetusta tehtävävihkosesta, katsotaan miten ne sujuvat, eli opittiinko tästä kaikesta mitään...