Eksperimenter i fysikk og fysikkeksperimenter i skolen

Bli kjent med naturvitenskapelige metoder stille spørsmål om naturen og sette opp hypotese finne fram til eksperimenter og metoder for å teste hypoteser observere, undersøke og ordne materiale trekke konklusjoner uten å generalisere for vidt vurdere og forbedre forsøk

Faglig innsikt illustrere fysikkemnene eksperimentelt bedre forståelse av fysikkens lover og teorier felles knagger å knytte teorien til bevisstgjøre sine hverdagserfaringer innse at det vi observerer er personavhengig og påvirket av kunnskaper og antagelser

Ferdigheter få øving i å bruke sansene til observasjoner bli kjent med og kunne bruke måleapparatur få øving i å bruke fagspråk i muntlig og skriftlig kommunikasjon Som fysikklærere ser vi ofte at elevene blander sammen reine observasjoner med forklaringer og kunnskaper. De lar teoriene sine komme klart til uttrykk i beskrivelsen av observasjonene. Vitenskapsteoretikeren Thomas Kuhn sier at alle observasjonene er styrt av det herskende paradigmet, og at det bestemmer hva vi ser, og hvordan vi ser det. At eksperimenter og observasjoner er teoriavhengige, innebærer at når to mennesker ser mot samme utsnitt av verden, ser de faktisk forskjellige ting. De tolker ikke bare observasjonene forskjellig. Det er viktig at læreren tar opp disse erkjennelsessidene ved fysikkfaget med elevene.

Tre argumenter for at det eksperimentelle arbeidet skal inngå i skolens undervisning: Ferdighets- og kompetanseargumenter. Dette innebærer blant annet nyttige praktiske ferdigheter (f. eks. kunne bruke måleinstrumenter) og kompetanser knyttet til kritisk iakttakelse og evnen til å trekke slutninger. Kognitive argumenter. Dette dreier seg om at det eksperimentelle arbeidet bidrar til utvikling av elevenes forståelse av fysikkens begreper og teorier, og at det har betydning for forståelse av vitenskapelige metoder, hypotesedannelser og naturvitenskapens egenart. Affektive argumenter. Her tenker en særlig på at det eksperimentelle arbeidet kan bidra til å fremme positive holdninger til naturvitenskap og en følelse av selvstendighet og oversikt. Likeledes kan eksperimentelle arbeid virke motiverende og skape entusiasme hos elevene.

Eksperimentet har mange budskap Innføring i et emne Illustrasjon Bli kjent med måleinstrumenter Eksperimentet som fasit Utforme forsøk - hypoteser Repetisjon Differensiering Åpne/lukkete forsøk

Laboratorierapporter Mottakerbevissthet eleven selv medelever i klassen som ikke var til stede ved øvingen andre elever, for eksempel elever på lavere klassetrinn læreren andre voksne som er knyttet til skolen

Lover, teorier og alt det der … Teori eller modell? Noen ganger brukes disse begrepene om hverandre. Ofte kan en modell være forholdsvis enkel, med en struktur som likner på fenomenet den skal illustrere En teori er derimot mer omfattende, og kan gi mulighet til å løse problemer fra et vidt felt, ofte med matematisk presisjon.

Teorier I naturvitenskap bruker vi begrepet teori om vår mest etablerte kunnskap. Teorien er selve rammeverket for det vi kan si vi vet; en forståelsesramme som gir flere lover en felles begrunnelse eller forklaring. For eksempel "forklarte" Newtons gravitasjonsteori Keplers lover for planetbevegelse og lover for hvordan legemer faller under tyngdens akselerasjon.

Lover I naturvitenskap bruker en betegnelsen lov om presise formuleringer som fastslår regelmessigheter i naturen. En lov i fysikken er en sammenheng mellom målbare størrelser, for eksempel en planets avstand fra sola og omløpstiden rundt sola (Keplers 3. lov) En kan kanskje si at lover er generaliseringer av prinsipper eller mønstre i naturen, mens teorier er forklaringer av disse generaliseringene

Hypoteser Antagelser som siden prøves ut eksperimentelt eller teoretisk. For eksempel kan man framsette en hypotese om sammenhengen mellom målbare størrelser – og hvis denne viser seg å gjelde under en rekke ulike forhold og man ikke finner moteksempler som falsifiserer den, vil hypotesen etter hvert få status av å være en lov.

Ligninger Definisjon Grunnleggende side ved naturen Eksperimentelt påvist sammenheng med begrenset gyldighet, U = RI, som også kan oppfattes som en definisjon av resistans. Matematisk modell

Galilei og Aristoteles Både Galilei og Aristoteles bygde på erfaringer, men det var forskjellige typer erfaring de bygde på. Ved studier av bevegelse bygde Aristoteles på erfaringer han fikk gjennom observasjoner av naturen. Galilei bygde derimot på den erfaring han fikk ved å gjøre kontrollerte, systematiske og reproduserbare eksperimenter.

Galilei kunne f. eks. ikke studere fritt fall direkte Galilei kunne f. eks. ikke studere fritt fall direkte. En stein faller alt for fort i forhold til tidsmålere han hadde. Derfor utviklet han en metode for å måle fritt fall indirekte ved hjelp av kuler som rullet på et skråplan

Galileo Galilei (1564 – 1642) Vi finner som et faktum at fartsvariasjonene mellom legemer av forskjellig vekt blir mindre og mindre etter som det omkringliggende mediets motstand avtar. Hvis vi i et medium som er svært tynt, finner at fartsforskjellene nesten er umerkelige til tross for stor forskjell i vekt, da har vi rett til å tro at det er høyst sannsynlig at alle legemer vil falle med samme fart i vakuum.

Not just facts but relevant facts Hva er sikker kunnskap? Kan vi utlede vitenskapelig kunnskap på grunnlag av observasjoner eller eksperimenter? Adekvate eksperimenter og/eller eksperimentelle oppsett? Eksperimentelle resultater kan være uriktige selv om de er utført systematisk, seriøst og relevant. Noen historiske eksempler ………….

Noen historiske eksempler Hertz fant rundt 1880 at katodestråler ikke kunne være ladde partikler fordi de ikke bøyde av i elektriske felter. Forbedret teknologi og bedre forståelse gjorde at Thomson noe senere kunne vise at strålene var ladde og bøyde av i elektriske og magnetiske felter. Tycho Brahes avvisning av det heliosentriske verdensbilde parallakse

Et historisk eksempel: Tycho Brahes avvisning av det heliosentriske verdensbilde Parallakse

Teoriavhengige eksperimenter Radioforsøkene til Hertz bekreftet Maxwells teorier, men dermed ble også forestillingen om en ether bekreftet. Dette problemet ble først løst med Einsteins relativitetsteori.

Compton og spredingsforsøk Elektroner måtte være store og sfæriske, med diameter opp mot halvparten av atomets. Modellen kunne forklare asymmetrien i observert spredt stråling som diffraksjon. Modifisert modell: stort ringformet elektron. Sammenfall mellom modellens prediksjoner og data, og fikk publisert disse i Physical Review. Møte med nye og mer nøyaktige eksperiment og kritikk fra andre forskare gjorde at han til slutt likevel gav opp sin hypotese om store elektroner. Dette eksempelet fra Comptons forskning viser at ulike forklaringer kan bli foreslått, bli støttet av data, men likevel bli forkastet.

Fare for sirkelargumentasjon! Er naturvitenskapelig kunnskap spesiell fordi den støtter seg på erfaringer og eksperimenter på en bestemt overbevisende måte? Fare for sirkelargumentasjon! Eksempel med amperemeter som brukte fenomenet som skulle vises!!

Datalogging Rask automatisk datainnsamling Pålitelige målinger Mulighet for å måle langsomme og raske endringer Enkel bearbeiding av data gjennom f. eks. framstilling av grafer Tilgang til grafer som hjelper oss til å se hvordan ting forandrer seg Endringer kan observeres i sann tid Mulighet for mer åpne undersøkelser og eksperimenter Bidrar til å fremheve naturfag som et moderne fag Bidrar til en mer generell IKT-kompetanse