Tore Karl Olsen, Kongsgård Videregående Skole Samarbeid UiS - Kongsgård VGS Forskningsbasert fysikkundervisning - pilotprosjekt Det jeg skal fortelle om er et fellesprosjekt vi har hatt mellom Universitetet og Kongsgård videregående Skole i Stavanger som har pågått i et par år. Rune W. Time, UiS Tore Karl Olsen, Kongsgård Videregående Skole Stavanger

Fysikkprosjekt for VGS elever - på universitetet Bakgrunn Realfagenes stagnasjon i skolesystemet fra 80 – 90 tallet Ønske om økt rekruttering fornyelse av undervisningsformer samarbeid (brobygging) mellom universitet og VGS “Åpent Hus” foredrag ved HiS november 2002  Invitasjon  Samarbeid Pågående PhD prosjekt ved UiS (A.H. Rabenjafimanantsoa, Madagaskar) Dette prosjektet - eller rettere sagt samarbeidet - oppstod spontant, men hadde en hensikt. Og det var å stimulere interessen for realfagene hos elever i VGS ved å tilby forskning som del av fysikk undervisningen. Samtidig ville et samarbeid med være en måte å få erfaring med læreformer og hjelpe til med en “sømløs” overgang fra VGS til universitet. Ikke minst tror vi i oppstusset rundt nye reformer at det er viktig å arbeide en metoder for hvordan reformer kan testes ut før reformer i stor skala settes ut i skolesystemet.

Fysikkprosjekt for VGS elever - på universitetet?! Prøve ut en litt annen måte å tenke undervisning/reformer på: “Teste og lære i liten skala – før utbygging i større skala” Filosofi Utfordring Universitet og forskning Faglig nivå “5-åring” VGS elever Det var en klar filosofi bak dette samarbeidet. Men vi ventet naturligvis at gjennomføringen ville by på utfordringer.

Viktige faktorer for et godt resultat Et første elevprosjekt (3 dagers opplegg) med Kongsgård VGS (KVGS) våren 2003 fungerte som “kultur tilpasning”. God “kjemi” mellom HiS og Kongsgård VGS Ansatte i naturfagseksjonen og ledelse ved Konsgård entusiastiske til prosjektet. Initiativrike og flinke elever “Tofaselaboratoriet” ved IPT/UiS åpent for “gjester” IAESTE sommerstudenter år siden 1988. Hovedfagstudenter og hospitanter fra andre universiteter. Sommerprosjekter i samarbeid med Statoil Økonomi: KVGS med interne prosjektmidler, UiS med egne instrumenter og lab Støtte fra lokale instrumenteringsfirma (IKM) Neppe mulig å starte slike prosjekter uten en klar vilje og ønske om å gjøre noe bra felles.

Samarbeidsprosjektet – 2004/2005 Faglig problemstilling for elevene: “Bestemmelse av dynamikk til fallende partikler i turbulent strømning” Gjennomføring av et forskningsprosjekt: Teori Bygging av strømningsrigg Tilnytning til PhD prosjektet Metoder og verktøy: Eksperimenter, instrumentering og målemetoder Fluid dynamiske datasimuleringer Analyse, konklusjoner Rapport Produkt  Rapport til “Unge Forskere” 2005 Konklusjoner/erfaringer med prosjektet  Videreføringer

Samarbeidspartnere UiS – Kongsgård VGS “Mandagskameratene” Elevene fritatt for 40% av 3FY pensumet til fordel for prosjektet Fra “UiS nytt” 13/4-2005

Fysisk Problemstilling Undersøkelse av dynamikken til fallende partikler ! Endring fra laminær til turbulent strømning (via dragkoeffisient CD) Viskøst drag: Fluid egenskaper: Viskositet m Tetthet r Tyngde: G = mg Oppdrift Sammensatt fysikk! D Aeff U

Teori i elevrapporten Hvordan måle fallhastighet U ?  Løsning: Lage et system der væska omkring partiklene beveger seg like raskt oppover som partiklene faller nedover Hvordan måle fallhastighet U ? Fluidhastighet U Fallhastighet U relativt væska Stasjonær partikkel i laboratoriesystemet + 

Design av strømningsrigg Område med hastighetsgradient Inspirert av metoden i “Millikans dråpeforsøk” for å bestemme elementærladningen e.

Metodisk planlegging – design av eksperiment CFD simulering av strømningsoppsett – med Fluent og Femlab Eksperimentene må planlegges og støttes av forutgående beregning av prosessen som skal analyseres, bla for å kunne for design og for å forutse om eksperimentet har sjanse til å lykkes. Selv om disse simuleringene ga mange gode forslag til forbedringer dukket det opp mange uventede situasjoner og effekter som viser at eksperimnetene har sitt eget “rike” liv.

Møte med avansert instrumentering Elektronmikroskopi PIV (Particle Imaging Velocimetry) laserbasert hastighetsmåling Kulestørrelse : Statistikk og form fra SEM bilder

Unge forskere i arbeid Laser

Eksperimenter - hastighetsmåling “PIV” = Particle Imaging Velocimetry Flow Laser “sheet”

Måling på magnet-rører i kar PIV – strømningsanalyse Avansert laser fysikk kombinert med data-analyse Måling på magnet-rører i kar Matematisk analyse Hastighets vektor felt “Vortisitet” = Turbulent virvlings intensitet Original bilder

Forsøksresultater Strømlinjer og hastigheter Kamera utsnitt “Mix” av store (1mm) kuler sammen med småkulene (300mm) stabiliserer strømningen.

Kommunikasjon / journal - via Its-learning

Rapport til “Unge Forskere” 3. plass i den nasjonale finalen Skrevet av Geir-Vegar Bjørkum og Fredrik H. Fjellså vinteren 2005.

“Forskningserfaringen” Fascinasjonsaspektet  det avanserte Møte med en mer avansert eksperimentell verden enn i vanlig skolelab Lære /være med på å bruke avansert utstyr / analysemetoder De metodiske sidene Arbeide i grenseland – alt er ikke kjent og pedagogisk tilrettelagt Takle og løse ikke forventede problemer ( mange !!!) Gå gjennom “tvil og tro” faser (hva holder vi egentlig på med?) Være innovativ i å utnytte eksisterende ressurser (“McIvor prinsippet”) Fagmøter / “brainstorming” Journal/rapport Opplevelse / personlighetspåvirkning Utviklingen skjer i sprang AHA opplevelsen / ekstasen Den viktige forskningserfaringen er ikke den at alt man gjorde var flott og avansert og vellykket. Erfaringen ligger på et mye dypere og til dels personlighetsutviklende plan !

Konklusjon - Erfaringer - Framover “Skolepolitisk” svært berikende Tidkrevende - men god planlegging og nærmere samarbeid Universitet og VGS gir gjensidig kvalitetsheving. Prosjekter fra flere ulike fagområder viktig ; eks. kjemi og biologi Videre prosjekt krever innsats med flere ressurser – personer og økonomi. Søke samarbeid med andre større organiseringer a la SOLIS prosjektet – storskala samarbeid Universitet(er) VGS

SLUTT