Samarbeid UiS - Kongsgård VGS
Forskningsbasert fysikkundervisning- pilotprosjekt
Rune W. Time, UiSTore Karl Olsen, Kongsgård Videregående Skole
Stavanger
2
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)
3
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
4
• 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)
• 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)
Viktige faktorer for et godt resultat
5
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
• 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
6
Samarbeidspartnere UiS – Kongsgård VGS
Fra “UiS nytt” 13/4-2005
“Mandagskameratene”
Elevene fritatt for 40% av 3FY pensumet til fordel for prosjektet
Elevene fritatt for 40% av 3FY pensumet til fordel for prosjektet
7
Fysisk Problemstilling• Undersøkelse av dynamikken til fallende partikler !
Endring fra laminær til turbulent strømning (via dragkoeffisient CD)
Viskøst drag:
21
2D D effF C A U
Fluid egenskaper:Viskositet Tetthet
Tyngde:G = mg
Oppdrift
log DC
log(Re)
Reynoldstall ReU D
U
D
Aeff
Sammensatt fysikk!
8
Teori i elevrapporten
Fluidhastighet U Fallhastighet Urelativt væska
Stasjonær partikkel i laboratoriesystemet+
Hvordan måle fallhastighet U ?Løsning: Lage et system der væska omkring partiklene beveger seg like raskt oppover som partiklene faller nedover
Løsning: Lage et system der væska omkring partiklene beveger seg like raskt oppover som partiklene faller nedover
9
Design av strømningsrigg
Område med hastighetsgradient
Inspirert av metoden i “Millikans dråpeforsøk” for å bestemme elementærladningen e.
10
Metodisk planlegging – design av eksperiment
CFD simulering av strømningsoppsett – med Fluent og Femlab
11
Møte med avansert instrumentering
•Elektronmikroskopi
• PIV (Particle Imaging Velocimetry) laserbasert hastighetsmåling
Kulestørrelse :Statistikk og formfra SEM bilder
12
Unge forskere i arbeid
Laser
13
Eksperimenter - hastighetsmåling
“PIV” = Particle Imaging Velocimetry
Flow
Laser “sheet”
14
PIV – strømningsanalyseAvansert laser fysikk kombinert med data-
analyse
Original bilder
Hastighetsvektor felt
“Vortisitet”=Turbulentvirvlingsintensitet
Matematisk analyseMåling på magnet-rører i kar
15
Forsøksresultater
“Mix” av store (1mm) kuler sammen med småkulene (300m) stabiliserer strømningen.
Kamerautsnitt
Strømlinjer og hastigheter
16
Kommunikasjon / journal - via Its-learning
17
Rapport til “Unge Forskere”
Skrevet av Geir-Vegar Bjørkum og Fredrik H. Fjellså vinteren 2005.
3. plass i den nasjonale finalen
18
“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
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
19
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
• “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
20
SLUTT