Painonnostaja

• Tutustu verkossa oleviin oppilaan materiaaleihin. Heijasta nämä materiaalit projektorilla oppilaille oppitunnin aikana. Voit rakentaa oppitunnilla käytettävän painonnostajaa esittävän mallin valmiiksi etukäteen, niin voit auttaa oppilaita, joilla on hankaluuksia mallin rakentamisessa.
• Varmista, että olet käsitellyt aiheeseen liittyvät käsitteet (mm. painovoima, nopeuden suureneminen ja pieneneminen) aiemmalla oppitunnilla.
• Huomioi kaikkien oppilaiden erityistarpeet ja osaamistaso. Tarvittaessa eriytä oppituntia siten, että kaikki oppilaat voivat osallistua. Katso ideoita Eriyttäminen-osiosta, joka löytyy alempaa.

• Katso oppilaan video tässä tai verkossa olevien oppilaan materiaalien kautta.

• Keskustelkaa lyhyesti siitä, millaisia voimia oppilaat havaitsivat painonnostoa esittelevässä videossa.
• Esitä esim. seuraavanlaisia kysymyksiä:
  • Mitkä voimat auttavat painonnostajaa nostamaan painoja? (Painonnostajat tuottavat lihastensa avulla työntö‑ ja vetovoimia saadakseen aikaan eteenpäin kohdistuvan liikkeen.)
  • Mikä voima saa painot tulemaan takaisin alas? (Painovoima)
  • Mikä on talja ja mikä on väkipyörästö? Miten nämä auttavat painonnostajaa harjoittelemaan? (Taljat ovat pyöriä, joiden päällä köysi tai naru kulkee. Väkipyörästö on järjestelmä, jossa on vähintään kaksi taljaa, joiden välissä kulkee köysi tai naru. Tämänkaltaisen järjestelmän avulla saavutetaan mekaaninen hyötysuhde kuormia vedettäessä.)
• Kerro oppilaille, että heidän tehtävänään on rakentaa painonnostajaa esittävä malli ja tutkia sitten erisuuruisia voimia.

• Ohjaa oppilaat työskentelemään pareittain ja rakentamaan painonnostajaa esittävä malli. Muistuta oppilaita rakentamaan vuorotellen: yksi voi etsiä palikoita ja toinen rakentaa. Vuoroa vaihdetaan aina, kun yksi vaihe on valmis.
• Rakennusvaiheet 21–29 saattavat olla haastavia oppilaille. Näissä vaiheissa rakennelmaan otetaan mukaan enemmän LEGO Technic osia. Oppilaiden havainnointitaidot testataan, kun on aika pujottaa naru oikein. Rakenna malli valmiiksi etukäteen, jotta oppilaat huomaavat sen perusteella mahdolliset virheet omassa rakennelmassaan.
• Tutustu alla olevaan Vinkit-osioon, josta saat vinkkejä ja neuvoja rakenteluun.

Testi 1:

• Pyydä oppilaita testaamaan mallia niin, että levytankoa nostetaan, kun talja on rakennusohjeissa mainitussa asennossa 1.
• Pyydä oppilaita kirjaamaan havaintonsa oppilaan monisteeseen (Opettajan tuki – Lisäresurssit). (Tässä mallissa ei ole mekaanista hyötysuhdetta, koska se ei suurenna tai pienennä tarvittavaa työtä tai nopeutta. Se ainoastaan muuttaa liikkeen suuntaa.)
  • Malli ei ole tässä kokoonpanossa riittävän vahva, jotta se voisi nostaa levytangon ja kaikki siinä olevat 4 painoa (pyörää). Nosto onnistuu vain, kun pyöriä on vähemmän.
• Pyydä oppilaita poistamaan levytangosta yksi pyörä kerrallaan, toistamaan testi pienemmällä määrällä pyöriä ja merkitsemään havaintonsa muistiin.

• Keskustelkaa yhdessä oppilaiden oppimista asioista.
• Voit esittää esimerkiksi seuraavanlaisia kysymyksiä: Oliko painonnostajaan vaikuttava voima tasapainossa vai erisuuruinen? (Voima oli tasapainossa, koska malli ei liikkunut, ennen kuin sitä työnnettiin/vedettiin ylös ja alas käsin.)

Testi 2:

• Näytä oppilaille, miten taljan voi säätää asentoon 2.
• Pyydä oppilaita testaamaan mallia tässä asennossa ja merkitsemään havaintonsa muistiin oppilaan monisteeseen.

• Keskustelkaa yhdessä oppilaiden tekemistä testeistä.
• Esitä esim. seuraavanlaisia kysymyksiä:
  • Mitä havaitsit painonnostajan liikkeessä, kun muutit narun paikkaa? (Painoa oli helpompi siirtää, se siirtyi itsestään, se ei liikkunut niin korkealle.)
  • Minkä ansiosta painonnostaja pystyy nostamaan painoja? (Paino [eli painovoima] vetää painotettuja palikoita alas, ja taljat muuntavat alaspäin kohdistuvan liikkeen ylöspäin suuntautuvaksi vedoksi.)
  • Miksi taljan asento 2 antaa erilaisen tuloksen kuin taljan asento 1? (Asennossa 2 mallin mekaaninen hyötysuhde on 2:1. Tämä tarkoittaa sitä, että talja puolittaa kuorman nostamiseen tarvittavan työn määrän sekä korkeuden, johon kuorma nousee. Jos kuorma halutaan nostaa samaan korkeuteen kuin taljan asennossa 1, narua on vedettävä kaksinkertainen määrä.)
• Varaa aikaa siihen, että oppilaat purkavat mallit, järjestävät palikat lajittelulokerikkoihin ja siistivät työpisteensä.

• Esitä aiheeseen johdattelevia kysymyksiä, jotka kannustavat oppilaita ajattelemaan ääneen, kuvailemaan ajatusprosessejaan ja selittämään mallien rakentamisen aikana tekemiään päätöksiä.

Opettajan havainnot

• Arvioi oppilaiden kykyä kuvailla mallissa vaikuttavia erisuuruisia voimia.
• Laadi tarpeisiisi sopiva arviointiasteikko. Esimerkiksi:
  1. Tarvitsee lisätukea
  2. Osaa työskennellä itsenäisesti
  3. Pystyy opettamaan muita

Itsearviointi

• Pyydä oppilasta valitsemaan palikka, joka kuvaa parhaiten hänen suoriutumistaan:
  • Vihreä: Luulen osaavani kuvailla erisuuruisia voimia.
  • Sininen: Osaan kuvailla erisuuruisia voimia.
  • Violetti: Osaan kuvailla erisuuruisia voimia ja pystyn selittämään asian myös toisille oppilaille.

Vertaispalaute

• Pyydä oppilaita keskustelemaan yhteistyöhön liittyvistä kokemuksistaan pienryhmissä.
• Kannusta heitä käyttämään seuraavia ilmauksia:
  • Minusta oli kiva, kun sinä…
  • Kuulisin mielelläni lisää siitä, miten sinä…

Mallivinkit

• Taljat voi rakentaa esimerkiksi seuraavasti:
  • Kokoonpano 1

• Kokoonpano 2

Tee oppitunnista yksinkertaisempi:

• Pyydä oppilaita testaamaan mallia ensin ilman painoja työntämällä keltaista akselia alas toisella kädellä ja pitämällä toista kättä painotettujen palikoiden päälle.
• Pyydä oppilaita kuvailemaan, mitä he näkevät ja tuntevat työntäessään keltaista akselia alaspäin.

Nosta vaikeustasoa:

• Pyydä oppilaita käyttämään kokoonpanossa palikoita tai toisenlaisia pyöriä, joilla lisätään painoa levyntangon molemmille puolille ja vastapainoiksi. Kehota oppilaita sitten tasapainottamaan mallinsa uudelleen.
• Pyydä oppilaita muokkaamaan malleistaan omaperäisiä setissä olevilla palikoilla.

(Huomautus: Tämä vaatii lisäaikaa.)
Voit lisätä matemaattisten taitojen kehittymistä tukevan lisätehtävän. Pyydä oppilaita laittamaan painonnostajaa esittävän mallin talja asentoon 1, kun painopakka on nostettu mahdollisimman korkealle. Malli pysyy tasapainossa. Pyydä oppilaita laskemaan, kuinka monta pyörää pitäisi poistaa, jotta painonnostaja nousisi ylös ja paino putoaisi alas (erisuuruinen voima).

Painonnostajaa esittävän mallin eri osien painot:

• Painopakka 121 g
• Painonnostaja 40 g
• Renkaat 23 g (kpl)

Taljojen kohdistus ja taljoihin kohdistuva kitkavoima vaikuttavat painoon hieman, joten paino voi vaihdella molemmilla puolilla.

CCSS.MATH.CONTENT.3.MD.A.2