beskrive naturen med matematikk Empiriskmatematisk modellering i skolefysikken

Å beskrive naturen med matematikk Empirisk-matematisk modellering i skolefysikken Landskonferansen for fysikkundervisning Gol 10. – 13. august 2008 Carl Angell Øystein Guttersrud (Ui. O) Ellen Karoline Henriksen (Ui. O) Per Morten Kind (Durham University) Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Å beskrive naturen med matematikk FYSIKK 1 • lage en eller flere matematiske modeller for sammenhenger mellom fysiske størrelser som er funnet eksperimentelt • bruke matematiske modeller som kilde for kvalitativ og kvantitativ informasjon, presentere resultater og vurdere gyldighetsområdet for modellene FYSIKK 2 analysere ulike matematiske modeller for en fysisk situasjon, med og uten digitale verktøy, og vurdere hvilken modell som beskriver situasjonen best Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Bakgrunn • Et syn på fysikk som “modeller av virkeligheten”: – Fysikk dreier seg om å lage (matematiske) modeller av virkeligheten – Å arbeide med fysikk dreier seg i økende grad om å utvikle, teste og bruke modeller. – Dette bør reflekteres i skolens fysikkfag • Modellering som metode for å lære fysikk – Modellering som metode kan bidra til å løse en del utfordringer i fysikkfaget Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Seks utfordringer som motiverte prosjekt FYS 21 • Bruk av, og veksling mellom, ulike representasjoner av fysiske fenomener • Eksperimentets rolle i fysikken • Forholdet mellom matematikk og fysikk • Å forstå “naturvitenskapens vesen” • Fruktbare læringsstrategier for å oppnå forståelse i fysikk • Trening i vitenskapelig arbeids- og tenkemåte Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Undervisningsmateriell for FYS 21 • Elevhefte – Hva er fysikk? – Fysikkens mål: “forklaring” eller beskrivelse? – Naturvitenskapelig arbeids- og tenkemåte – Modelltyper – Matematiske modeller • Lærerhefte – – Plan for skoleåret Om modeller og modellering Forslag til modelleringsaktiviteter Naturvitenskapelig tenkemåte Angell og Henriksen, Fysisk institutt http: //www. fys. uio. no/ skolelab/FYS 21/

Modelleringsaktiviteter i FYS 21 Første “obligatoriske” modelleringsøvelse: finn en sammenheng for nedbøyningen til en plastlinjal som funksjon av belastningen. Linjalen festes til et bord. Belastningen kan være forskjellig antall like gjenstander (for eksempel spiseskjeer Belastningen måles i antall gjenstander Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Modelleringsaktiviteter i FYS 21 • Kraft på seigmann som funksjon av forlengelse – Ulik “fjærkonstant” for ulike farger? – Ulik “fjærkonstant” for første i forhold til for annen gangs strekking? – Intervall for linearitet? Angell og Henriksen, Fysisk institutt •

Modelleringsaktiviteter i FYS 21 Kraften mellom to magneter • De fleste elevene fant en - avhengighet der n var mellom 1 og 2, og x var avstanden mellom magnetene. Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Kraft Avstand Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Modelleringsaktiviteter i FYS 21 Innføring av bevegelsesligningene basert på forsøk: “Trilling av lærer i trillebår med konstrant fart” på Nesbru Lengde (m) Tid (s) Generell tilnærming: Eksperiment graf Modell (uttrykt som formel) Angell og Henriksen, Fysisk institutt

Galileo Galilei (1564 – 1642) Galilei kunne ikke studere fritt fall direkte. Han utviklet en metode for å måle fritt fall indirekte ved hjelp av kuler som rullet på et skråplan. MODELLERING Angell og Henriksen, Fysisk institutt