Del 3: Presentasjon av studien
7. Presentasjon av casen Vindmølleuka
7.2 Undervisningsopplegget til Vindmølleuka
7.2.1 Læringsmål knyttet til Vindmølleuka
Mitt overordnede mål for uka var altså å gi elevene en klar fornemmelse av at verden kan forandres, og at hver og en av dem har mulighet til å gjøre en viktig forskjell. I tillegg ønsket jeg selvsagt å gi dem konstruk-sjonserfaringer og lære dem litt praktisk elektromagne-tisme og energifysikk. Jeg ønsket at de skulle oppleve fysikk som et spennende fag som setter den som be-hersker det, i stand til å finne og implementere løsning-er på mange av vløsning-erdens små og store utfordringløsning-er.
Jeg formulerte konkrete læringsmål for uka, basert på utvalgte kompetansemål i læreplanene for fag elevene hadde på skolen – også her for å rettferdiggjøre over-for over-foreldre og skoleledelse at elevene brukte en hel undervisningsuke på dette. Disse kompetansemålene (hentet fra læreplanene for Matematikk, Naturfag, Kunst og håndverk, Samfunnsfag og Norsk) er gjengitt i Ved-legg 7. Min praksisteori, oppsummert i fem punkter i kapittel 1.1.1, har også her påvirket innrettingen av un-dervisningsopplegget.
Læringsmålene for uka omfatter følgende tretten punk-ter (i ikke prioripunk-tert rekkefølge):
Elevene skal i løpet av Vindmølleuka få vist at de kan…
1. Fordele og fylle ulike ekspertroller i et grup-pearbeid, og samarbeide om et felles prosjekt over flere dager
2. Samle inn, gjøre beregninger med og vurdere data knyttet til egen families energiforbruk per person per dag, og sammenlikne dette med normalforbruket i Norge og i utviklings-land
3. Gjøre rede for energibegrepet i fysisk for-stand, og hva som menes med begrepet ener-gikvalitet
4. Problematisere og diskutere hva som er et bærekraftig elektrisitetsforbruk
5. Vurdere innvirkningen varierende meteorolo-giske forhold har for muligheten for såkalt off grid living (å leve uten elektrisitetsforsyning) 6. Med enkle materialer bygge en vindturbin
(vingeradius 45 cm) med tårn
7. Forklare hvordan en elektromagnet fungerer, og hvordan en generator produserer strøm 8. Bruke multimeter til å måle strøm og spenning
fra en vindturbin i drift, og beregne effekten 9. Vurdere hvordan ulik turbindesign og
varie-rende antall turbinvinger påvirker ytelsen til en selvbygd vindturbin
10. Beregne teoretisk maksimaleffekt for en vind-turbin, med utgangspunkt i en oppgitt vindhas-tighet
11. Beregne virkningsgrad for en vindturbin, og vurdere hvilke faktorer som bidrar til å redu-sere virkningsgraden
12. Gjøre overslagsberegninger og vurdere hvor mange selvbygde vindturbiner gruppen ville trenge for å bli selvforsynte med elektrisitet 13. Dokumentere gruppens arbeid gjennom uka,
og formidle resultat og konklusjoner til et pub-likum
Disse læringsmålene kommer jeg tilbake til når jeg i kapittel 9.3 vurderer hvordan Vindmølleuka fungerte som læringsrom for elevene.
7.2.2 Beskrivelse av undervisningsuka
Vindmølleuka ble gjennomført 5. til 9. mars 2012, og mitt overordnede mål for uka var intet mindre enn å gi ele-vene en opplevelse av at de kan bidra til å forandre verden. Jeg ønsket at de gjennom uka skulle kjenne at de ble utfordret, at utfordringen var betydningsfull – for dem, og at de måtte samarbeide for å mestre opp-gaven.
Elevene ble således delt i seks grupper, med fire elever i hver gruppe, og i løpet av uka ble de presentert for til sammen 14 «gruppeutfordringer» som de skulle løse sammen (se innfelt boks på neste side). Den første av disse var å fordele følgende fire roller seg imellom: A) Miljøvernminister, B) Industridesigner, C) Elektroingeni-ør, D) Vitenskapsjournalist. Rollene relaterer seg altså til jobber (yrker) som er svært ulike, men som har det til felles at de krever realfaglig innsikt. Til hver rolle fulgte det en stillingsinstruks (se Vedlegg 1), og de had-de hver sin dag som «gruppesjef». Jeg gjennomgikk
Gruppeutfordringer i Vindmølleuka:
1. Fyll rollene!
2. Hvor skal dere bo for å leve så bærekraftig som mulig?
3. Hva skal være deres framtidige el-forbruk?
4. Konkret bærekraft: Bygg et tårn!
5. Bli enige om turbindesign!
6. Bygg en vindturbin!
7. Test turbinen!
8. Lag en magnet!
9. Lag strøm!
10. Mål strøm, spenning og resistans 11. Få turbinen til å lage strøm!
12. Optimaliser turbinen!
13. Effektmåling på turbinen 14. Selvberging:
a. Hvor mange turbiner ville dere trenge for å bli selvforsynte med elektrisk energi?
b. Hvor mange kommersielle fritidsturbiner av samme størrelse ville dere trenge?
c. Hva vil prisen da være per kWh?
stillingsinstruksene i plenum, og det ble utdelt visittkort.
Ansvarsfordelingen mellom de fire i gruppa var ellers definert slik:
A. Miljøvernministeren: Gruppeansvar for miljø-bevissthet, beregninger og tidsfrister
B. Industridesigneren: Gruppeansvar for design, funksjonalitet og effektivitet
C. Elektroingeniøren: Gruppeansvar for energi, strøm, spenning, effekt, og målinger
D. Vitenskapsjournalisten: Gruppeansvar for å forklare, dokumentere, inspirere og formidle Hver gruppe ble tildelt hvert sitt kontinent – Europa, Afrika, Asia, Oseania, Latin-Amerika og Nord-Amerika.
Gruppene fikk hver sin perm. I denne fant de oversikt over meteorologiske data (vind, sol, nedbør, maksi-mums- og minimumstemperatur) for utvalgte byer på sitt kontinent. De fant også Fremtiden i våre henders faktaark «Urettferdig fordeling», «Forbruk» og «Hvor fornybar kan verden bli innen 2050?». På bakgrunn av dette skulle de nå velge en by hvor gruppen ville bosette seg for «å leve så bærekraftig som mulig». Miljøvern-ministeren skulle lede gruppearbeidet, og vitenskaps-journalisten skulle dokumentere beslutningsprosessen og argumentene.
Senere skulle de, på bakgrunn av statistiske tabeller og databaser, strømregninger hjemmefra og egne måling-er prioritmåling-ere og bmåling-eregne hvilket elektrisitetsforbruk gruppen skulle ha i sitt fiktive samliv. Dette ville så utgjøre målestokken for den ultimate utfordringen på slutten av uka: Hvor mange vindturbiner gruppen ville trenge for å bli selvberget med elektrisitet.
Dette utgjorde på sett og vis rammefortellingen for uka:
en åpning med gruppeutfordring 1 til 3, og en avslutning med gruppeutfordring 14. Disse oppgavene skiller seg fra de øvrige på gruppeutfordringslisten ved at de handler om mellommenneskelige og politiske priorite-ringer. Resten av oppgavene er av mye mer praktisk karakter, og går rett inn i det som elevene nok forven-tet å møte i Vindmølleuka på universiforven-tetets Energilabo-ratorium – bygging av vindmøller.
Utfordring 4 til 6 er alle formulert som ganske åpne oppgaver, for at gruppene skulle få utfolde seg med
Plan for uka:
Mandag (gruppesjef: miljøvernministeren) - Hvor bærekraftig lever du i dag?
- Hvordan kan du leve så bærekraftig som mulig?
- Velg hvor dere skal bo, og hvilket energifor-bruk dere skal ha
- Konkret bærekraft: Bygg et tårn!
Tirsdag (gruppesjef: industridesigneren) - Design og test deres egen vindturbin Onsdag (gruppesjef: elektroingeniøren) - Få turbinen til å lage strøm Torsdag (gruppesjefer: alle)
- Optimaliser turbinen ved hjelp av blant annet datasimuleringer og aerodynamikk
Fredag (gruppesjef: vitenskapsjournalisten) - Gjør ferdig presentasjon av prosjektet.
Ar-beidstittel: “Strømmen lager vi sjæl!”
- Frakt vindturbinen til skolen; monter og presenter!
kreativitet og løsningsmangfold. Utfordring 8 til 10 er ganske korte, stiliserte øvelser. Disse skulle gi gruppe-ne, og da særlig Elektroingeniøregruppe-ne, konkrete utgangs-punkt for å forklare hvordan en generator fungerer.
Utfordring 7 og 11 til 13 er mer styrte oppgaver, hvor elevene skulle følge en oppskrift.
Innimellom arbeidet med utfordringene holdt jeg korte-re teokorte-retiske fokorte-relesninger, som omhandlet alt fra energiregnskap til elektromagnetisme og aerodynamikk.
Jeg hadde selv regi og undervisningsansvar for hele uka, bortsett fra en økt på mandag og en økt på onsdag som en mastergradsstudent ledet. Ellers hadde UMBs
Skoletjeneste også stilt student-veiledere til min dispo-sisjon til de praktiske arbeidsøktene. I tillegg var en til to lærere fra skolen til stede hele uka. Kirsti Jegstad observerte stort sett passivt, og en del andre ansatte var også innom i løpet av uka for å se på hva vi holdt på med. Kirsti fulgte to av gruppene ekstra tett, med lyd-opptak av gruppearbeidet og et avsluttende gruppein-tervju.
7.2.3 Rasjonale bak undervisningsopplegget
Undervisningsopplegget til Vindmølleuka sprang altså ut av et doktorgradskurs i Utdanning for bærekraftig ut-vikling (UBU), og mitt ønske om å la elevene oppleve at fysikkfaget kan brukes til å gjøre en meningsfull for-skjell i verden. I artikkelen jeg skrev med Kirsti Jegstad diskuterte vi hvordan undervisningsopplegget ville kun-ne stimulere kompetanseområdekun-ne kritisk tenkning og empowerment, med utgangspunkt i en analyse av UBU-relevante kompetanser (Jegstad & Nordal, 2012). Våre analyser baserte vi på OECDs kompetanserammeverk (jamfør de Haan, 2010; ECE, 2011; M. G. Jackson, 2011) og didaktisk teori knyttet til UBU (bl.a. Mogensen &
Schnack, 2010; Pace, 2007; Saul, 2000; Tilbury &
Wortman, 2004), og til hver av de to kompetanseområ-dene assosierte vi tre ulike læringsmålkategorier:
Kritisk tenkning:
a) Kunnskap og presisjon
b) Systemtenkning – å lete etter helhe-ter og sammenhenger
c) Beslutningsdyktighet
Empowerment:
a) Relasjon til «virkelige problemer»
b) Samfunnsrelevans
c) Vitenskapelig relevans
I artikkelen, som altså ble skrevet før Vindmølleuka var gjennomført, konkluderte vi med at undervisningsopp-legget omfattet alle disse læringsmålkategoriene, og at de to kompetanseområdene derved ville kunne bli grun-dig øvet. Merk at de seks kategoriene ovenfor speiler flere av punktene i min praksisteori, som jeg presenter-te i kapitpresenter-tel 1.1.1.
I tillegg gjorde et rekrutterings- og karriereveiled-ningsperspektiv seg tydelig gjeldende i undervisnings-opplegget. De ulike yrkene som gruppemedlemmene ble satt til å gestalte representerer et bredt utvalg av job-ber der realfagskompetanse er avgjørende, og med yrkestitler som miljøvernminister og industridesigner gikk de også utover de ingeniørfaglige realfagsstereo-typene. Slik håpet jeg også å kunne inspirere elever som i utgangspunktet ikke betrakter seg som realister (jam-før Schreiner, 2008). Dette veiledningselementet ble gjort ytterligere relevant i og med at undervisningsopp-legget ble gjennomført innenfor rammene av Lektor2-programmet, der jeg og mine medhjelpere også fremsto som representanter for universitetet som arbeidsplass.
Undervisningsopplegget til Vindmølleuka kan også opp-summeres med utgangspunkt i planleggingsspørsmåle-ne fra kapittel 2:
Ansatsen og angrepsvinkelen i Vindmølleuka er spørs-målet som favner ungdomstidens kvintessens: «Hva skal jeg bli?». Dette spørsmålet adresseres indirekte ved fordelingen av de ulike yrkestitlene, og gjennom det delvis selvdrevne konstruksjonsprosjektet – hvor de, som i arbeidslivet, blir ansvarliggjort med dedikerte
funksjoner, samtidig som de må utfylle og hjelpe hver-andre.
Motivet mitt med undervisningsopplegget er å gi eleve-ne tro på at de kan bidra til å gjøre verden mer bære-kraftig, og at realfagene kan gi dem relevant kompetan-se til dette korstoget. Samtidig ønsker jeg å stimulere dem til å stille konstruktive spørsmål både ved det jeg og andre lærere presenterer som sannheter, og ved det de støter på av mer eller mindre dogmatiske svar i livet ellers.
Berøringsflatene jeg gjennom uka gir elevene med læ-restoffet omfatter rørende/opprørende videosnutter, omvisning, gruppeeksperimenter, fokuserte diskusjons-oppgaver, et langsgående rollespill med stillingsinstruk-ser, konstruksjonsoppgaver, beregningsoppgaver og forelesninger. Gruppa er det bærende elementet i un-dervisningsopplegget; elevene skal samarbeide og utfyl-le hverandre innenfor denne rammen, og slik utvikutfyl-le samhørighet og gruppeidentitet.
Bearbeidingsstrategien i Vindmølleuka knytter seg først og fremst til prosjektpresentasjonen som gruppene holder på fredagen. Her skal de, under ledelse av viten-skapsjournalisten, reflektere over sine besvarelser på de 14 gruppeutfordringene – som kulminerer med «sjøl-bergingsutfordringa». De skal fortelle om hvordan de har arbeidet, demonstrere sin selvbygde vindturbin, og forklare hvordan denne fungerer. Bearbeiding utover dette vil foregå på skolen, under ledelse av elevenes vanlige lærere.