Luonto keksijän apuna

(HUOMAUTUS: Tämä oppitunti sisältää A‑ ja B-osan. Oppimistavoitteiden mukainen sisältö käsitellään kattavasti, kun molemmat osat suoritetaan. Jos aikaa on rajoitetusti, yhdistele eri osien sisältöjä tarpeen mukaan.)

Tällä oppitunnilla opitaan etenkin teknistä suunnittelua ja biomimetiikkaa eli tapoja, joilla käytännön ongelmia pyritään ratkaisemaan ottamalla mallia luonnosta. Oppilaat suunnittelevat ja rakentavat yhden tällaisen ratkaisun.
Oppitunnin materiaalit sisältävät ehdotuksia ideoinnin pohjaksi. Kannusta oppilaita suunnittelemaan ja rakentamaan itse keksimiään malleja, joilla ratkaistaan valitut käytännön ongelmat. Muistuta, että ei ole olemassa yhtä oikeaa mallia.

• Taustatietoa – Luonto opettaa Biomimetiikka on prosessi, jossa käytännön ongelmiin pyritään keksimään ratkaisuja ottamalla mallia luonnosta.
  • Toimivan idean lähteenä voi olla vaikkapa organismien tapa käyttää aistielimiään tai muita sisäelimiään ja ulkorakenteitaan. Ne voivat olla myös mikroskooppisen pieniä rakenteita ja prosesseja.
  • Tällä oppitunnilla oppilaiden tehtävänä on jäljitellä vain niitä eläimen ulkoisia ruumiinosia, jotka on mahdollista erottaa ihmissilmällä.
  • Oppitunnin esimerkeissä suositellaan käyttämään apuna myös valoon ja ääneen liittyviä esimerkkejä (jakson sisällön johdonmukaisuuden varmistamiseksi). Ota huomioon erilaiset tuen tarpeet, kun valitset esimerkkien määrää ja tyyppiä.
  • Voit näyttää oppilaille kuvia tai kertoa lisätietoja eläinten rakenteesta mallien ideoinnin tueksi.
• Kokoa aiemmin opittuja tietoja – Opi uutta luonnosta: Kertaa aiemmin opittuja tietoja oppimateriaalin, kuvien ja käsitteiden avulla.
  • Eläinten ulkoisia ruumiinosia ovat mm. sarvet, turkki, kidukset, jalat nivelineen, siivet, nokat, silmät, höyhenet, suomut, korvat, pistimet, tuntosarvet, nenät, silmäluomet, kilvet, sulkapeitteet sekä kirkas väritys tai värikuviot.
  • Eläimet käyttävät ruumiinosiaan lisääntyäkseen, kasvaakseen ja selviytyäkseen elinympäristössään, esimerkiksi pysyäkseen turvassa sulautumalla ympäristöön, suojellakseen kehoaan tai pitämään petoeläimet loitolla.
  • Ihmisten keksinnöissä hyödynnetään luonnosta saatuja ideoita. Valoon ja ääneen liittyviä esimerkkejä: 1) Osa LED-valoista on suunniteltu kiiltomadon valoelimen muotoiseksi, jolloin niiden valoteho on suurempi ja energiankulutus pienempi. 2) Junien ja tuulivoimaloiden osien melua on saatu kuriin muotoilemalla niiden rakenne vastaamaan kuningaskalastajan nokkaa. 3) Suunnittelijat keksivät valoherkkiä materiaaleja, joiden väri vaihtuu eri valaistuksissa. Niiden avulla koneet ja ihmiset voivat sulautua ympäristöönsä (suojautua tai maastoutua).
  • Tuttuja keksintöjä ja niiden alkulähteitä: lentokoneet – linnun siivet; helikopterit – sudenkorennot ja kolibrit; pyöräilykypärät – kilpikonnan kilvet; sukellusveneen muoto – valaat; tekokädet – norsun kärsät (Eläinten ruumiinrakenteet ‑oppitunti)
  • Keskeinen sanasto: ruumiinosat, rakenteet, selviytyä, keksintö
• Rakennus‑ ja ohjelmointikokemus: Ehdotukset näet jaksosuunnitelmasta. Muita ideoita tälle oppitunnille:
  • Kannusta oppilaita kokeilemaan opetustehtäviä, jotka löytyvät SPIKE‑sovelluksen Aloita-valikosta.
  • Kokeile yhtä tai useampaa muuta oppituntia Tiede: Silmille! Korville! Rakentajille! ‑jaksosta. Niiden avulla saat rakennuskokemusta ja tutustut SPIKE-sovelluksen kuvakelohkoihin.
  • Muistuta, että ohjelmointi on tällä oppitunnilla vapaaehtoista.
• Tarvikkeet: Voit käyttää apuna edellä mainittua taustatietoa ja valita ikätasolle sopivia tietoja, kuvia tai videoita 1) eläimen ulkoisista ruumiinosista ja 2) biomimetiikasta. Jälkimmäistä aihetta varten voit etsiä esimerkkejä biomimetiikan alalta tai valoon ja ääneen yhdistetystä biomimetiikasta. Valitse oppilaille annettavat taustatiedot: esimerkkien määrä, mitä kautta tietoa jaetaan, montako vaihtoehtoa annetaan jne. Kerää askartelutarvikkeita, joita oppilaat voivat hyödyntää rakennelmissaan.

A-OSA (45 minuuttia)

• Esittele tarinan päähenkilö(t) ja ensimmäinen tehtävä: Daniel, Sofie, Leo ja Maria ovat oppineet, että LED-valojen valmistuksessa on hyödynnetty samaa ideaa, jolla kiiltomadot tuottavat valoa. Opeta heille, miten luonnosta saadaan ideoita keksintöihin.

• IDEOINTI – Kerro esimerkit biomimiikasta ja eläinten rakenteen piirteistä. Keskustelkaa yhdessä oppitunnin aiheesta/aiheista.

  • Katso näitä kuvia. Miten eläimet käyttävät näitä ruumiinosiaan selviytyäkseen? Onnistuisiko sama ihmisiltä? (Vastausvaihtoehdot riippuvat näyttämistäsi biomimiikan esimerkkikuvista: Nämä asiat eivät onnistuisi ihmisiltä: oman valon tuottaminen – kiiltomato; lentämistä tai hiljaa liikkumista helpottava nokan muoto – linnut; syvälle veden alle sukeltaminen – valas; pään sujauttaminen suojaan kilven sisälle – kilpikonna.)
  • Mitkä keksinnöt muistuttavat eläinten taitoja? (Esimerkkejä: lentokoneen siivet ja helikopterin lavat, joilla voi lentää kuin lintu tai hyönteinen; valaan lailla sukeltavat sukellusveneet; kilpikonnan kilven lailla päätä suojaavat kypärät; kiiltomadon lailla valoa tuottavat LED-polttimot; linnun lailla hiljaa kulkevat junat ja äänettömästi toimivat tuulivoimalat)
  • Tutustu useampaan kuvaan. Mitä eläinten ruumiinosia niissä näkyy? (Vastausvaihtoehdot riippuvat näyttämistäsi eläinten kuvista: sarvet, turkki, kidukset, jalat nivelineen, siivet, nokat, silmät, höyhenet, suomut, korvat, pistimet, tuntosarvet, nenät, silmäluomet, kilvet, sulkapeitteet sekä kirkas väritys tai värikuviot)
  • Mieti eläinten erilaisia ruumiinosia. Minkä käytännön ongelman niiden avulla voisi ratkaista? (Näytä oppilaiden keksimät ratkaisut koko ryhmälle.)

• Jaa jokaiselle ryhmälle SPIKE Essential ‑pakkaus ja laite.

• Muistuta, että oppilaat voivat suunnitella ja rakentaa minkä tahansa ratkaisun mihin tahansa käytännön ongelmaan ottamalla mallia jostakin eläimestä. Keskustele-oppitunnilla annettiin muutamia ehdotuksia. Muistuta, että ei ole vain yhtä oikeaa mallia ja että ohjelmointi on vapaaehtoista, koska oppitunnin projekti on avoin.

• Anna oppilaille nämä ohjeet:

  • Muistele Keskustele-osassa keksittyjä ideoita ja valitse käytännön ongelma, jonka haluat ratkaista ottamalla mallia tietyn eläimen ruumiinosasta.
  • Piirrä keksimäsi idea ja eläimen ruumiinosa. Millaista apua eläimen ruumiinosan muodosta on ihmisille? (Ohjaa oppilaita nimeämään eläimen ruumiinosa näyttämään, miten he aikovat käyttää sitä ideassaan.)
  • Pohdi, mitkä materiaalit sopisivat tehtävään parhaiten.
  • Aloita omaa ideaasi kuvaavan mallin RAKENTAMINEN.
  • (Vapaaehtoinen) Aloita mallin OHJELMOINTI ja näytä, miten se toimii.

• Kun puolet oppitunnista on kulunut, ohjaa oppilaita ideoimaan yhdessä ja päivittämään mallejaan uusien ideoiden pohjalta.

  • Testaa mallia. Muuta se toimimaan tarkoituksenmukaisella tavalla.

• Ohjaa oppilaita ideoimaan eri tapoja, joilla he voivat yhdistää malleihinsa askartelutarvikkeita ja LEGO^® osia. Kannusta oppilaita käyttämään mielikuvitusta, kun he keksivät ongelmaa ja valitsevat materiaaleja.

• Pyydä kaikki oppilaat koolle.

• Ohjaa jokaista ryhmää kertomaan rakenteilla olevasta ratkaisustaan (mallit ja piirrokset):

  • Minkä ongelman he haluavat ratkaista ja miksi?
  • Mistä eläimen ruumiinosasta he ottivat mallia ja miten eläin käyttää sitä?
  • Miten he haluavat keksintönsä toimivan? (Oppilaat voivat joko kertoa ratkaisunsa toiminnasta tai näyttää sen kuvina. Heidän ei kuitenkaan tarvitse toteuttaa toimivaa mallia.)
  • Toimiko malli vai pitikö sitä muuttaa?
  • Tarvitsivatko he apua suunnittelutehtävässä?

Jos haluat jatkaa B-osaan – Ohjeista oppilaita säilyttämään rakennelmat ehjinä tai anna lisäaikaa rakenteluun.

B-OSA (45 minuuttia)

• Toista A-osan vaiheet – Selitä tehtävä ja ohjaa ryhmiä esittelemään ja kuvailemaan oppimaansa.

• Anna oppilaille nämä ohjeet:

  • (10 min) Jatka mallin kehittämistä ja testaamista, kunnes se toimii odotetulla tavalla.
  • (15 min) Esittele keksintösi ja näytä, miten se ratkaisee yhden tai useamman käytännön ongelman ottamalla mallia eläimen ruumiinosasta.

• (5 min) Ohjaa oppilaita kertomaan muille tiedoista, ideoista tai taidoista, jotka

  • auttoivat heitä suorittamaan tehtävän
  • he oppivat rakentaessaan.

• Ohjaa oppilaita laittamaan setit paikoilleen ja siivoamaan työpisteet.

• Esitä ohjaavia kysymyksiä, joiden pohjalta oppilaat osaavat pohtia laaja-alaisemmin ideoidessaan, rakentaessaan ja ohjelmoidessaan.

Opettajan havainnot

• Kertaa oppimistavoitteet (Opettajan tuki ‑ruutu).

• Seuraa oppilaiden edistymistä:

  • Oppilaiden kuvaus ja rakennelma sisältää esimerkkejä siitä, miten eläimet käyttävät ulkoisia ruumiinosiaan selviytyäkseen (taustatietoa on osattu soveltaa).
  • Oppilaiden rakennelma ratkaisee käytännön ongelman ja sisältää ominaisuuden, joka perustuu eläimen ruumiinosaan. (Oppilaat voivat joko kertoa ratkaisunsa toiminnasta tai näyttää sen kuvina. Heidän ei kuitenkaan tarvitse toteuttaa toimivaa mallia.)
  • Oppilaat osaavat kuvailla käyttämiään materiaaleja ja rakennelmansa ominaisuuksia.

Itsearviointi

Ohjaa oppilasta valitsemaan palikka, joka kuvaa parhaiten hänen suoriutumistaan.

• Sininen palikka: Luulen osaavani tehdä ohjelman noudattamalla ohjeita.
• Keltainen palikka: Osaan tehdä ohjelman noudattamalla ohjeita.
• Vihreä palikka: Osaan tehdä ohjelman noudattamalla ohjeita ja pystyn auttamaan siinä myös toisia oppilaita.

Vertaispalaute

Pyydä oppilaita keskustelemaan yhteistyön tekemiseen liittyvistä kokemuksistaan pienryhmissä.
Kannusta heitä käyttämään seuraavia ilmauksia:

• Pidin siitä, kun sinä…
• Haluaisin kuulla enemmän siitä, miten sinä…

Yksinkertaista oppituntia näin:

• Anna vähemmän vaihtoehtoja tai nimeä tietty käytännön ongelma ja eläimen ulkoinen ruumiinosa. Korosta, että oppilaat voivat rakentaa suunnittelemansa mallin myös ilman keskusyksikköä ja ohjelmointia.
  Nosta vaikeustasoa:
• Edellytä, että oppilaiden on OHJELMOITAVA mallinsa niin, että se esittää heidän keksintönsä toimintaperiaatteen. Voit ohjata heitä jatkamaan Syvennä-tehtävän mallia niin, että siinä yhdistyy vähintään kaksi rakennetta ja sillä ratkaistaan useampia ongelmia.

• Ohjaa oppilaita tekemään (Työskentele-osion) piirroksestaan keksintönsä esite tai mainos. Oppilaiden on selitettävä keksintönsä toimintaperiaate osoittamalla, ympyröimällä ja nimeämällä sen osia ja vaiheita. Oppilaat voivat myös lisätä pari sanaa tai lausetta, jolla tätä keksintöä voi mainostaa.

Tämä ei kuulu 45 minuutin pituiseen oppituntiin.