Mørkt stof og stjernestøv med Anja C. Andersen og Mads T. Frandsen

I gæstelærerforløbet Forstå mørkt stof og stjernestøv er der fokus på kvalitative og kvantitative forklaringer af fysiske modeller samt på den fysiske beskrivelse af universet og dets udviklingshistorie. Der er også fokus på atomer og subatomare partikler som grundlag for at forklare makroskopiske egenskaber samt atomare systemers emission og absorption af stråling.

I matematik er det desuden relevant at fokusere på opstilling af matematiske modeller til at beskrive planeters bevægelse i ellipsebaner samt træning af deduktiv argumentation.  

Formålet med forløbet er at løfte elevernes læring, motivere dem og styrke deres trivsel med undervisning af en gæstelærer, der er en faglig kapacitet på sit felt.

Forudsætninger, form og indhold

Gæstelærerforløbet er bygget op omkring fire videoer med Anja C. Andersen, der er professor i astronomi og astrofysik på Niels Bohr Instituttet, og Mads Toudal Frandsen, der er lektor i fysisk, kemi og farmaci fra Syddansk Universitet. 

Til hver video er der knyttet aktiviteter til matematik eller fysik. Video 1 fungerer som en introducerende video til forløbet, som det anbefales at se først. Video 2-4 kan ses uafhængigt af hinanden, ligesom de tilhørende aktiviteter kan gennemføres hver for sig.

Der er også udarbejdet en PDF med forslag til supplerende undervisningsaktiviteter, der kan anvendes i forlængelse af forløbet. Aktiviteterne fokuserer på anvendelsen af fysik- og matematikfaglige færdigheder med relation til mørkt stof og stjernestøv. Dele at materialet lægger også op til arbejdet med studieretningsprojektet. Find det supplerende materiale nederst på siden

Tilrettelæggelse

Alle videoer findes samlet via dette link - brug linket, når eleverne skal se videoerne, så undgår de at skulle forholde sig til teksten her på siden.

Forløbets opbygning lægger op til, at forløbet gennemføres over tre til fem moduler. Tidsforbruget kan variere afhængigt af den faglige forankring af forløbet, herunder graden af tværfagligt samarbejde. Materialet til forløbet er designet med forslag til konkrete fokuseringer i fag, men med en vis åbenhed, så læreren stadig kan tilrettelægge og redidaktisere efter eget ønske.  

Som led i tilrettelæggelsen kan læreren forberede sig ved at definere en række vigtige begreber, som indgår i videoerne med Anja C. Andersen og Mads Toudal Frandsen om universet og nogle af de mindste dele, som universet består af, nemlig stjernestøv og mørkt stof. Begreberne kan eksempelvis være: 

• Viden, erkendelse og videnskabelige undersøgelser 
• Universet og dets opbygning  
• Galakser og spiralarme  Stjerner, planeter og Big Bang  
• Mørkt stof og stjernestøv

Forløbet kan gennemføres som fjernundervisning uden væsentlige ændringer af indhold og proces. Ved fjernundervisning kan der gøres brug af onlineklasserum for at understøtte gruppeaktiviteter, for eksempel breakout rooms på klassens virtuelle platform. Ligeledes kan der gøres brug af for eksempel Padlet eller et andet online kanvasredskab til at fastholde en fælles brainstorm eller til præsentation af elevernes produkter. 

Den uddybende lærervejledning, der findes øverst på siden, rummer konkret inspiration til, hvordan der kan undervises med udgangspunkt i de enkelte videoer.

Forløbets opbygning

Forløbet består af fire faser svarende til de fire videoer.

Video 1: Forstå mørkt stof og stjernestøv

I denne video fortæller Anja C. Andersen og Mads Toudal Frandsen, hvorfor de er begejstrede for stjernestøv og mørkt stof, og hvad der er fascinerende ved universets mindste byggesten. Når eleverne har set videoen, kan de i små grupper reflektere over: 

• Hvordan opstår planeter?  
• Hvad består universet af?  
• Hvad betyder det, når Mads Toudal Frandsen siger, at mørkt stof består af helt nye elementarpartikler?  
• Hvordan holder universet sig sammen, samtidig med at det udvider sig?  

Video 2: Universets opbygning

I denne video beskriver og tegner Anja C. Andersen og Mads Toudal Frandsen universets udvikling fra Big Bang til i dag. Derudover introducerer de mørkt stof og stjernestøv. 

I forlængelse af videoen kan klassen gennemføre en aktivitet om universitets udvikling og opbygning med særlig relevans for fysik. De kan arbejde med følgende spørgsmål: 

• Hvordan skabes stjernestøv? 
• Hvilken funktion har mørkt stof, og hvorfor har vi behov for mørkt stof for at kunne forklare udviklingen og strukturen af universet?  
• Hvilke egenskaber antages mørkt stof at have?  
• Hvorfor antager forskerne, at mørkt stof ikke blot er et grundstof?  
• Hvor stor en andel antages det, at mørkt stof udgør af universet?    

Gruppedrøftelsen kan opsummeres i et produkt, hvor grupperne præsenterer og forklarer teorien om universets udvikling og opbygning.

Video 3: Universet i dag

I denne video beskriver Mads Toudal Frandsen og Anja C. Andersen blandt andet, hvordan solsystemets planeter bevæger sig, herunder hvilken sammenhæng der er mellem planeternes afstand til Solen og deres hastighed. Læreren kan i forlængelse af videoen gennemføre disse aktiviteter, som er beskrevet i lærervejledningen:

• Aktivitet i fysik og matematik om solsystemets planeter  
• Aktivitet i fysik om astronom, Vera Rubins forskning
• Aktivitet i matematik om Ellipsens ligning og planeterne i solsystemet. 
   

Video 4: Støv og opbygning af galakser

I denne video taler Anja C. Andersen om interstellare skyer - herunder Orion, som kan iagttages. Derudover forklarer Anja C. Andersen og Mads Toudal Frandsen støv og mørkt stof, og de taler om, hvorfor disse begreber er svære at indfange og måle.  

Læreren kan i forlængelse af videoen gennemføre en aktivitet om stjernestøv med særlig relevans for fysik. Aktiviteten udspringer fra erkendelsen af, at der er rigtig meget i universet, der ikke kan ses - selv ikke med enorme rumteleskoper.   

Som første trin i aktiviteten kan eleverne søge på internettet efter billeder fra Hubble-rumteleskopet. Derefter kan eleverne læse om Orion på internettet i magasinet, Astronomy.

Herefter kan læreren inddele eleverne i makkerpar, som kan dele tanker og undrende spørgsmål med hinanden. Sammen kan eleverne udarbejde en PowerPoint-præsentation med forklaring på, hvad stjernetåger er, fakta om Orion, samt udvalgte billeder af Orion fra Hubble-rumteleskop-sitet. Som et supplement kan læreren planlægge en hjemmeopgave, hvor eleverne på en stjerneklar aften selv går ud og observerer Orion med en fugle- eller stjernekikkert.

Elevernes præsentationer kan fremlægges i klassen, og læreren kan opsamle den erhvervede viden i plenum. 

Evaluering

Eleverne kan vælge to af følgende evalueringspunkter og udfylde dem: 

• Skriv to punkter ned med ny viden, du har lært af forløbet
• Skriv to punkter ned, som provokerede dig ved forløbet
• Skriv to punkter ned, som overraskede dig ved forløbet
• Hvor har forløbet vækket din nysgerrighed? Stil to spørgsmål til forløbet
• Vælg, find eller tag to billeder, som reflekterer forløbet som helhed 

Eleverne kan gå sammen i makkerpar, dele deres besvarelser med hinanden og give hinanden feedback på punkterne, hvorefter evalueringen kan vendes i plenum i hele klassen.  

Links til yderligere inspiration

Find information om universet; herunder Big Bang, galakser, stjerner og solsystemet på Vild med rummet 

Find viden om mørkt stof og mørk energi på Planetariums hjemmeside