Liv på Mars

Formålet med forløbet er, at eleverne undersøger vands tilstandsformer og teknologiernes muligheder for at lave undersøgelser af vand på Mars.

Forløbet tager udgangspunkt i teknologiforståelseskompetenceområdet computationel tankegang.

Teknologiforståelse tilføjer nye perspektiver på fysik/kemi ved, at eleverne kan undersøge, konstruere og vurdere digitale modeller af den fysiske, kemiske og teknologiske omverden under færdigheds- og vidensområderne Stof og stofkredsløb og Jorden og universet. 

Forudsætninger, form og indhold

I forløbet kan eleverne konstruere en model af en Mars-rover (en selvkørende Mars-robot), der kan lede efter vand på Mars.

Eleverne arbejder i grupper undersøgende, iterativt (gentagende) og afprøvende. Eleverne kan arbejde med små iterationer (gentagelser) i deres undersøgelse og afprøvning af deres forskellige elementer til den endelige Mars-rover.

Elevernes undersøgelseskompetence er i spil, når de på baggrund af egne undersøgelser af vand som opløsningsmiddel, vands ledningsevne og viden om vands tilstandsformer forholder sig til, hvordan man kan måle fugtighed med en Micro:bit. Elevernes modelleringskompetence kommer til udtryk ved, at de på baggrund af viden om programmering af Micro:bit og Mindstorm-robotter konstruerer en model af en Mars-rover, der kan lede efter vand, samt forholder sig til, hvordan modellen adskiller sig fra en rigtig Mars-rover.

Eleverne forventes i løbet af deres skoletid i natur/teknologi at have arbejdet med vands tilstandsformer og kredsløb samt organismers behov for vand.

Tilrettelæggelse

Forløbet kan tilrettelægges fællesfagligt med biologi og geografi, når temaet drejer sig om vand og fysisk/kemiske forhold, hvad enten det er i jordklodens økosystem, eller som i dette forløb på andre planeter.

Varigheden af forløbet er betinget af, at eleverne får udleveret færdigbyggede robotter, der kan programmeres.

Teknologier:

• PC til programmering af Micro:bit og Lego Mindstorm
• 2 stk. Micro:bit inklusive batterier og batteriholder til hver gruppe
• 1 stk. Lego Mindstorm-robot eller en anden selvkørende robot til hver gruppe,

Kontakt eventuelt jeres lokale CFU Udlån, der kan have de pågældende teknologier til udlån. I dette forløb tages der udgangspunkt i, at der anvendes Mindstorm. Der kan også anvendes en anden type selvkørende robot. Lad det komme an på, hvad der er tilgængeligt enten på skolen eller det lokale CFU.

Materialer:

• Et stykke stof, for eksempel 2 x 2 meter, som kan gøre det ud for overfladen på en fremmed planet, og som kan holde til at have fugtige områder
• Tape til at fastgøre stoffet til gulvet
• Vand til at lave fugtige områder på stoffet
• Salt, NaCl, til at opløse i vandet
• Ledninger med krokodillenæb, 2 stk. til hver gruppe, til at fastgøre på en Micro:bit, når der skal konstrueres en fugtighedsmåler
• Søm, to til hver gruppe, til at fastgøre på ledningerne, når der skal konstrueres en fugtighedsmåler

Undervejs i beskrivelsen af forløbets opbygning henvises til følgende konkrete lærer- og elevressourcer, som findes på tekforsøget.dk:

• Mars-rover – lærer (Vejledning til læreren)
• Rutediagram – lærer (Vejledning til læreren)
• Rutediagram – elev (Rutediagram, der beskriver i hvilken rækkefølge hændelserne kan forløbe, når man løser opgaver.)
• Mindstormrobot – elev (Vejledning til elever)
• Fugtighedsmåler – elev (Vejledning til elever)
• Mars-rover – elev (Vejledning til elever)

Læreren kan forberede elevernes arbejde med robotten med hjælp fra de to lærerrettede ressourcer Mars-rover - lærer og Rutediagram – lærer. Desuden er der hjælp til programmering af Micro:bit på microbit.org.

I introfasen kan anvendes et filmklip på YouTube, hvor NASA annoncerer, at de har fundet spor af flydende vand på Mars (Afsenderen er DCODE by Discovery (engelsk, 5.17 minutter).

Desuden kan eleverne læse en artikel om fund af vand på Mars på dr.dk. 

Forslag til spørgsmål, der kan overvejes, inden forløbet gennemføres:

• Skal forløbet tilrettelægges fællesfagligt med biologi og geografi?
• Hvilke teknologier skal indgå i forløbet?
• Skal eleverne have udleveret færdigbyggede robotter?
• Hvordan kan forløbet introduceres og rammesættes, så eleverne kan se en sammenhæng mellem udvikling af teknologi og udvikling af naturfaglig viden?
• Hvordan kan elevernes undersøgelses- og modelleringskompetence understøttes undervejs ved at tydeliggøre delkompetencer i de konkrete aktiviteter?

Forløbets opbygning

Forløbet er inddelt i tre faser: en introfase, en udfordrings- og konstruktionsfase samt en outrofase.

Introfase: Forforståelse og kompetencer

For at skabe en fælles referenceramme kan forløbet indledes med filmklippet, hvor NASA annoncerer, at de har fundet spor af flydende vand på Mars. Desuden kan eleverne læse artiklen om fund af vand på Mars fra dr.dk.  

Med afsæt i film og artikel kan eleverne udvikle og afprøve en fugtighedsmåler med en Micro:bit, som forbindes med to ledninger med krokodillenæb forbundet til to søm. Eleverne kan opstille en hypotese om fugtighed og teste hypotesen med deres micro:bit.

Eleverne kan få et næsten færdigt program til deres Micro:bit (se de to lærerrettede ressourcer Mars-rover - lærer og Rutediagram – lærer), så den kan anvendes til at undersøge forekomst af vand. Eleverne kan undersøge, hvilken rolle hvert element i fugtighedsmåleren har for, at programmet kan fungere, og de kan afprøve programmet ved at aflæse resultatet af målingerne efter vand med deres Micro:bit. Elevernes computationelle tankegang understøttes i arbejdet med rutediagrammet, da abstrakt algoritmisk tænkning konkretiseres, når eleverne udformer og analyserer et rutediagram gennem et overblik over rækkefølgen af koder.

Eleverne kan hælde demineraliseret vand i to bægerglas og opløse lidt NaCl i det ene. De kan aflæse forskellene på resultaterne, når de to søm er neddyppet i demineraliseret vand, og når de to søm er neddyppet i saltvand.

Eleverne kan nu give et bud på, hvad en robot skal kunne, hvis den skal undersøge forekomsten af vand på Mars. Det kan de gøre i grupper på 3-5 elever. De kan starte med en brainstorm, hvorefter idéerne kan samles i klassen. Eleverne kan bruge både deres viden om Mars og deres konkrete undersøgelser i introfasen.

I introfasen kan ressourcen Fugtighedsmåler - elev benyttes.

Udfordrings- og konstruktionsfase

I denne fase kan eleverne arbejde med at designe en model af en Mars-rover, der undersøger forekomsten af vand. Designprocessen er inddelt i tre del-processer: Konstruktion, demonstration og design af endeligt produkt.

Eleverne ved fra introfasen, at de kan måle vand på overfladen af Mars med Micro:bitten, men de mangler en robot til at transportere Micro:bitten rundt på Mars. Til at løse den udfordring kan de bruge en Mindstorm-robot eller en anden type selvkørende robot.

1. Konstruktion af mindstorm-robotten:
Eleverne kan programmere Mindstorm-robotten. De kan få udleveret en vejledning med de blokke, de kan anvende, og herefter kan de eksperimentere med at sammensætte blokkene og ændre i de enkelte blokke. Her kan ressourcen Mindstormrobot elev og Mars-rover elev benyttes.

Læreren kan undervejs bede eleverne opstille nogle kriterier for, hvordan robotten skal bevæge sig rundt på Mars, for eksempel: Hvad er robotarmens funktion i forhold til at skulle måle fugtighed? Derefter kan de prøve at sammensætte et program med de udvalgte blokke ud fra de valgte kriterier.

Eleverne kan undervejs reflektere over de forskellige blokkes funktion og betydning for en Mars-rover og give feedback på de blokke, de har fået stillet til rådighed. Er der blokke eller funktioner, som mangler, hvis det var den færdige model af en Mars-rover?

2. Demonstration:
Eleverne kan forklare deres algoritme og samtidig demonstrere robotten for læreren eller for en anden gruppe. For at eleverne overvejer deres programs funktionalitet i forhold til at styre en Mars-rover, kan læreren stille følgende spørgsmål:

• Hvordan skal robotten programmeres, så input fra ultralydssensoren når at få robotten til at ændre retning i tide?
• Er der alternativer til at sætte blokkene ind i en løkke, som I eventuelt hellere vil vælge?
• Hvordan adskiller styringen af Mindstorm-robotten sig fra styringen af den rigtige Mars-rover, I så på filmen?

3. Design af den endelige Mars-rover:
Ud fra viden om hvordan Micro:bitten kan måle forekomst af vand ved hjælp af ledningsevne samt vejledning i programmering af Mindstorm-robotten, kan eleverne nu foreslå et design af den færdige robot samt et design af det program, der skal styre robotten.

Da der nu kombineres to teknologier, Micro:bitten og Mindstorm-robotten, er det en fordel at skabe overblik ved at designe robottens arbejde i et rutediagram, inden eleverne udarbejder algoritmerne i Lego Mindstorm og Micro:bit. Læreren kan introducere rutediagrammer som en afbildning af en arbejdsgang.

Ressourcen Rutediagram - elev kan benyttes som et eksempel, når rutediagrammer introduceres. Når eleverne har set og diskuteret eksemplet, kan de selv anvende deres viden om rutediagrammer til at udarbejde en beskrivelse af Mars-roverens arbejde i et rutediagram. Efter at eleverne har fået feedback og eventuelt forbedret deres rutediagram, kan de i en konstruktionsfase arbejde med at designe Mars-roveren og det færdige program samt afprøve prototypen.

Eleverne kan designe Mars-roveren ud fra deres kendskab til, hvordan Mindstorm-robotten er konstrueret, og hvordan deres fugtighedsmåler er konstrueret. De kan blandt andet tage stilling til, hvordan Micro:bitten kan monteres på Mars-roveren.

De færdige programmer til Mars-roveren kan designes ud fra de programmer til Lego Mindstorm og Micro:bit, som eleverne har udarbejdet indtil nu samt deres rutediagram.

Overfladen, hvor robotten afprøves, kan være et stort stykke stof, der er tapet fast til gulvet i klasselokalet. På stoffet kan der laves fugtige områder med saltvand og en eller flere forhindringer, som robotten skal undgå.   

Outrofase: Ny forståelse og nye kompetencer

Hver gruppe kan præsentere deres Mars-rover for resten af klassen. I denne fase er der fokus på argumentation i forhold til elevernes valg af design og konstruktion af deres model af Mars-roveren samt den nye faglige forståelse. Det vil sige både designprocessen og den computationelle tankegang. Præsentationen kan faciliteres ved at lade eleverne komme omkring følgende spørgsmål:

Overvejelser om processen:

• Hvordan anvendte I jeres rutediagram i designet af de færdige programmer til Mars-roveren?
• Hvilke forbedringer lavede I undervejs på jeres programmer og hvorfor?
• Hvad gjorde I, når robotten ikke virkede? Hvordan kom I frem til en løsning? Prøvede I jer frem? Spurgte I læreren eller klassekammerater? Søgte I efter lignende programmer på nettet?

Overvejelser om produktet:

• Hvilke mangler ser I umiddelbart, at denne Mars-rover har i forhold til en rigtig Mars-rover?

Overvejelser omdet fysik/kemi-faglige:

• Kan Mars-roveren skelne mellem ferskvand og saltvand, og i så fald hvordan og hvorfor?
• Meget af det vand, man har fundet på Mars, findes som is, hvorfor?
• Hvad skal der til for, at vandet på Mars kan være flydende?

Evaluering

Med afsæt i forløbets feedbacksamtaler og elevernes præsentationer, har læreren mulighed for at observere elevernes læring. Læreren kan vurdere, om elevernes undersøgelses- og modelleringskompetence kommer til udtryk, som ønsket, ved at være opmærksom på, om eleverne kan udarbejde et rutediagram og begrunde den algoritme, der bruges til Mars-roveren, og om de kan bruge de centrale naturfaglige begreber i en forklaring af, hvordan deres Micro:bit måler forekomsten af vand. 

Efter forløbet kan der sættes fokus på spørgsmål som:

• Hvordan fungerede det med elevernes iterative (gentagende) arbejde med at afprøve, tilrette og afprøve igen med micro:bit og robot?
• Hvordan relaterede eleverne teknologien til forståelsen af vands tilstandsformer?  
• Hvordan fungerede feedbacksamtalerne undervejs i forløbet som evalueringsværktøj, og hvordan kan den del styrkes i et kommende forløb?

Kreditering

Den fulde version af forløbet kan downloades og læses på tekforsøget.dk.

Materialet i den fulde version er udviklet af Københavns Professionshøjskole, Professionshøjskolen UCN, VIA University College samt læremiddel.dk for Børne- og Undervisningsministeriet under rammerne for Forsøg med teknologiforståelse i folkeskolens obligatoriske undervisning. Læs mere om forsøget på tekforsøget.dk og emu.dk.