Vi samler statistik ved hjælp af cookies

Vi bruger cookies til at forbedre hjemmesiden til glæde for vores brugere. Du kan altid slette cookies fra os igen.

Fælles Mål 2009 - Fysik/kemi

Faghæfte 16

Brug af modeller

Foto af Watson og Crick, som viser deres model af DNA-strukturen, i 1953 i Cavendish-laboratoriet

Cavendish-laboratoriet lørdag den 22. februar 1953. Watson (til venstre) og Crick med deres model af DNA-strukturen.

I videnskabsfagene arbejder man i stor udstrækning med modeller af virkeligheden, men også i skolefaget spiller brugen af modeller en stor rolle i forbindelse med læring af fysiske og kemiske teorier og forklaringer. Som lærer må man nøje overveje, hvilke modeller man kan og bør anvende i forskellige sammenhænge. Det handler både om den enkelte models gyldighedsområde og dens brugbarhed i formidlingen til eleverne.

Mange elever opfatter fysik/kemi som et svært fag, og en af grundene kan være, at de har en opfattelse af, at der er et krav om, at de skal kunne forstå de fænomener og sammenhænge, som udgør indholdet i undervisningen. Brug af modeller i undervisningen kan være et middel til at beskrive fænomener og sammenhænge. Men undertiden har eleverne svært ved at forstå, at modellen bliver brugt til at beskrive og forklare noget om virkeligheden. I stedet forsøger de at forstå modellen i sig selv uden at opfatte den som repræsentation for virkeligheden. Derfor må man i arbejdet med modeller søge at øge elevernes bevidsthed om, hvad det vil sige at beskrive og forstå, og hvad det er, der skal forstås.

Brug af modeller og billeder i undervisningen er vigtige redskaber som hjælp til beskrivelse og forklaring. Men det kan være forvirrende, at brugen af ordet model kan betyde så meget forskelligt, lige fra at være et matematisk udtryk for en fysisk sammenhæng til en fysisk model af en dampturbine.

Analogier

Analogier benyttes ofte i undervisningen. Fx kan elektrisk strøm beskrives ved at sammenligne med et vandkredsløb. Den slags forklaringer, hvor noget opfører sig ligesom noget andet, kan være gode at bruge for at give eleverne konkrete billeder at forholde sig til. Men det er vigtigt kun at bruge modellen, så langt analogien rækker, og gøre begrænsningerne i modellen klar for eleverne. Værdien af modellen afhænger af, om eleverne har bedre kendskab til analogien end den virkelighed, den skal forestille.

Analogier benyttes ofte i undervisningen. Fx kan elektrisk strøm beskrives ved at sammenligne med et vandkredsløb. Den slags forklaringer, hvor noget opfører sig ligesom noget andet, kan være gode at bruge for at give eleverne konkrete billeder at forholde sig til. Men det er vigtigt kun at bruge modellen, så langt analogien rækker, og gøre begrænsningerne i modellen klar for eleverne. Værdien af modellen afhænger af, om eleverne har bedre kendskab til analogien end den virkelighed, den skal forestille.

I undervisningen bruges ofte forenklede modeller til at vise principper i fx en dynamo eller en transformer. Modellen har i denne situation en værdi i sig selv, idet den selv virker som en dynamo eller en transformator samtidig med, at den er en model af virkelighedens apparat.

Arbejdet med modeller kan være en god hjælp til at forklare dele af virkeligheden, men der vil altid være noget, som modellen ikke får med. Når eleverne fx bygger sømbræthuse eller tredimensionale modeller af huse for at arbejde med principper for elinstallationer i hjemmet, er det ikke strengt nødvendigt, at modellerne ligner rigtige hjem. Men i et stort antal klasser, som har arbejdet med den slags modeller, har det vist sig, at piger i langt højere grad end drenge forsøger at få modellen til at være en virkelighedstro miniature, mens drengene i højere grad accepterer at arbejde med principper for elektriske kredsløb som repræsentation for hjemmets elinstallationer.

Molekylmodeller i form af farvede plastkugler benyttes ofte i undervisningen. Molekylmodeller er velegnede som hjælp til, at eleverne lærer et kemisk tegnsprog og får indhold i begreber som grundstof, kemisk forbindelse og molekyle. Endvidere kan arbejdet med molekylmodeller bidrage til forståelse af, hvad kemiske formler og reaktionsskemaer repræsenterer. Men mange elever kan sidde med en fornemmelse af, at de skal forstå, hvorfor hydrogen er hvid, oxygen rød og nitrogen blå, – og hvorfor er der kun et hul i de grønne kugler og forskelligt antal huller i de gule kugler? Her kan det være på sin plads at informere eleverne om, at plastikkuglerne er konstrueret ud fra en række kendte data om grundstoffer og kemiske forbindelser. I den sammenhæng kunne en fortælling om Watson og Cricks beskrivelse af DNA´s struktur i 1953 måske være på sin plads.

De benyttede sig netop af fysiske modeller i deres beskrivelse af dobbeltspiralen i DNA.

Diagrammer, illustrationer og symboler

Det omtalte sømbrædthus er i sig selv en forenkling af virkeligheden, og det næste trin i forenklingen er repræsentationen i form af diagramtegninger af husets elektriske installationer. Eleverne skal gennem undervisningen også lære at arbejde med arbejdstegninger og diagrammer som endnu et eksempel på modeller. I arbejdet med diagrammer af elektriske kredsløb er det også hensigtsmæssigt at arbejde med enkle diagramsymboler.

Plancher og figurer, som viser princippet i fx en kernereaktor, er også repræsentationer af virkeligheden og indgår som en del af det at forstå indholdet i en tekst i en bog eller på nettet. Også den slags diagram- og funktionstegninger skal der bruges tid på at introducere, idet de ikke umiddelbart er gennemskuelige for eleverne.

Matematiske modeller

I beskrivelsen af fysiske og kemiske sammenhænge bruges matematiske modeller og repræsentationer som en del af teoriindholdet. En generel teori udtrykt som matematisk model er udtryk for en høj grad af abstraktion, og der er derfor grænser for anvendelsen i folkeskolen. Men opstillingen af matematiske modeller kan være udfordrende og spændende for eleverne, når det drejer sig om simple sammenhænge, fx sammenhænge mellem pendullængde og svingningstid.

Når fysiske sammenhænge skal undersøges, er det vigtigt som en indledning til undersøgelserne at vælge, hvilke fysiske størrelser der skal varieres, og hvilke der holdes konstant. Man skal også omhyggeligt fastlægge, hvilke tilnærmelser og antagelser der foretages. Denne form for planlægning af undersøgelsen er mindst lige så vigtig som selve undersøgelsen, og for elevernes læringsmæssige udbytte er det helt essentielt.

Computeren er et helt centralt hjælpemiddel, når man arbejder med matematiske modeller. Man har mulighed for bearbejdning af store mængder data, og man undgår problemer med at skulle konstruere opstillinger, som fx kun giver resultater med pæne runde tal.

Ved at lade eleverne arbejde med at opstille matematiske modeller ud fra egne forsøg har man i undervisningen mulighed for at skærpe deres opmærksomhed over for brugen af matematiske modeller, fx som grundlag for simuleringer ved hjælp af computer-programmer.

Simuleringer

Computeren giver også mulighed for andre former for arbejde med modeller. Eleverne kan udføre afprøvninger inden for modellens gyldighedsområde. I et astronomiprogram kan eleverne fx se billeder af stjernehimlen til forskellige tider og på forskellige steder på Jorden, følge planeters gang mellem stjernerne og finde opgangstider for sol og måne.

Simulationsprogrammer kan give mulighed for at arbejde med eksperimenter, som ellers ikke kunne udføres, fx ved at simulere satellitopsendelse eller styring af el-produktionen på et kraftværk. Der kan hentes forskellige mindre programdele på nettet, de såkaldte physlets: http://webphysics.davidson.edu/physletprob/default.htm

Indholdsfortegnelse

Fold alle emner ud/ind


Gå til portalens forside