Painovoima

(HUOMAUTUS: Tämä oppitunti sisältää A‑ ja B-osan. Oppimistavoitteiden mukainen sisältö käsitellään kattavasti, kun molemmat osat suoritetaan. Jos aikaa on rajoitetusti, valitse osista oppilaittesi tarpeita vastaavat sisällöt.)

Tällä oppitunnilla oppilaat rakentavat tasapainoilevan linnun. Esimerkkikuvia voi käyttää apuna ideoinnissa. Kannusta heitä suunnittelemaan ja rakentamaan oma versionsa tasapainoilevasta linnusta.

• Taustatietoa – Painovoima:
  • Painopiste tarkoittaa kappaleen sitä kohtaa, jossa on sen koko painon keskipiste. Kun painovoiman keskipiste on matalalla, kappale pysyy helpommin tasapainossa.
  • Kun oppilaat kallistavat lintua esittävää rakennelmaa, sen painopiste siirtyy korkeammalle, joten rakennelma on epävakaampi.
  • Painovoima vetää lintua alaspäin niin, että sen painovoiman keskipiste on mahdollisimman alhaalla.
  • Kallistetaanpa lintua miten vain, lintuun kohdistuva painovoima vetää sitä kohti Maan keskipistettä.
• Kokoa aiemmin opittuja tietoja – Painovoima: Kertaa aiemmin opittuja tietoja oppimateriaalin, kuvien ja käsitteiden avulla.
  • Voimat ovat tiettyyn suuntaan kohdistuvia työntö‑ tai vetovoimia.
  • Maan painovoima on vetovoima, jolla Maa vetää kappaleita kohti planeetan keskipistettä.
  • Perustelu tarkoittaa selitystä, joka tukee väitettä jostakin luontoon liittyvästä tapahtumasta (esim. Maan painovoima vetää kohteita alaspäin). Väitettä pitäisi pystyä perustelemaan esimerkiksi syy-seuraussuhteilla, tiedolla ja/tai havainnollistavilla malleilla.
  • Keskeinen sanasto: voima, painovoima
• Rakennus‑ ja ohjelmointikokemus: Ehdotukset näet jaksosuunnitelmasta. Muita ideoita tälle oppitunnille:
  • Kannusta oppilaita kokeilemaan Sisäänrakennettu gyroanturi ‑opetustehtävää, joka löytyy SPIKE‑sovelluksen Aloita-valikosta.
  • Käytä apuna Tapahtumalohkot‑ ja Äänilohkot-kohtien ohjeita, jotka löytyvät SPIKE‑sovelluksen valikosta Ohje > Sanalohkot. Katso anturin käyttöohjeet kohdasta ”Sensorilohkot > Onko kallistettu?”. Keskusyksikkö on tasapainossa, kun rakennelma ei liiku.
  • Katso apua tapahtumalohkon käyttöön Huipputekninen leikkikenttä ‑oppitunnilta.

A-OSA (45 minuuttia)

• Esittele tarinan päähenkilö(t) ja ensimmäinen tehtävä: Auta Danielia rakentamaan tasapainoilevaa lintua esittävä malli.

• IDEOINTI – Keskustelkaa hetken aikaa yhdessä oppitunnin aiheesta.

  • Mitä tapahtuu, kun nostat rakennelman ilmaan ja päästät sen irti? Miksi? (Esine putoaa maahan, koska painovoima vetää sitä alaspäin.)
  • Mitä tapahtuu, kun vedät keinua tai heiluria taaksepäin ja päästät sen irti? Miksi? (Keinu palaa takaisin alimpaan asentoon, jossa se on pysähdyksissä, koska painovoima vetää sitä alaspäin.)

• Jaa jokaiselle ryhmälle SPIKE Essential ‑pakkaus ja laite.

• Oppilaiden työskennellessä voit kertoa seuraavia esimerkkejä rakentamisen ja ohjelmoinnin tueksi. Kerro, että kuvassa esitellään vain yksi mahdollinen esimerkki. Oppilaiden tehtävänä on suunnitella ja rakentaa oma versio tasapainoilevasta linnusta.

• Anna oppilaille nämä ohjeet:

  • RAKENNA Danielille tasapainoileva lintu esimerkin avulla. Rakennelman tulee kuvastaa sitä, miten painovoima pitää linnun alkuperäisessä pystyasennossa, vaikka rakennelmaa kallistettaisiin.
  • Käytä sisäänrakennettua gyroanturia sekä tapahtuma‑ ja äänilohkoja ja OHJELMOI malli toistamaan erilaisia lintujen ääniä, kun rakennelmaa kallistetaan oikealle tai vasemmalle tai kun se on pystyasennossa.

• Keksikää ideoita, miten LEGO palikoista voi rakentaa lintua esittävän mallin, joka palaa alkuperäiseen pystyasentoon, kun sitä kallistetaan. Näytä tarvittaessa, miten esimerkkirakennelman keskusyksikkö roikkuu nivelpisteestään (esim. liittimestä tai akselista), jotta se voi liikkua ja palata alkuperäiseen pystyasentoon kallistettaessa ja vapautettaessa. Oppilaat voivat muokata esimerkkimallia, mutta keskusyksikön tulee roikkua yhdestä nivelpisteestä.

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

Esimerkkejä ideoista

• Pyydä kaikki oppilaat koolle. 

• Ohjaa jokaista ryhmää esittämään ja kuvailemaan seuraavat asiat rakennelmansa avulla:

  • Mihin suuntaan lintuun kohdistuva painovoima suuntautuu? (maata kohti)
  • Miten painovoima saa rakennelman palaamaan alkuperäiseen asentoonsa, kun rakennelmaa kallistetaan?
  • Miten ohjelmassa hyödynnetään ääniä linnun eri asentojen esittämiseksi?

• 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.

• (5 min) Kerro taustatietoa, jonka avulla oppilaat pystyvät syventämään taitojaan:
• Ohjeista oppilaita kääntämään lintua 160 astetta (lähes ylösalaisin) ja päästämään se irti.
• Kertaa havainnot tarvittaessa:
  • Keskusyksikön on oltava nivelpisteen yläpuolella, jotta linturakennelma toimii halutulla tavalla. Rakennelma palaa itsestään tasapainoisimpaan asentoon eli roikkumaan nivelpisteensä alapuolelle. Kun paino on nivelpisteen yläpuolella, rakennelma ei ole tasapainossa, sillä painovoima vetää keskusyksikköä takaisin alaspäin.
• (10 min) Ohjaa oppilaita kehittämään mallejaan edelleen ja testaamaan niitä, jotta he saavat sovelluksen seuraavan tehtävän suoritettua:
  • Rakenna tasapainoilevaa lintua esittävä malli, jossa ei ole keskusyksikköä mutta joka pysyy pystysuorassa myös kallistettaessa. (Vinkki: Nivelpisteen alapuolelle jäävän linturakennelman osan tulee painaa enemmän kuin yläpuolella olevan osan.)
  • Osoita, että linturakennelman alaosa on yläosaa painavampi ja selitä, miksi se on olennaista painovoiman esimerkissä. (Jos linturakennelman yläosa on alaosaa painavampi, painovoima vetää painavampaa osaa alaspäin, jolloin lintu kääntyy ylösalaisin.)
• (15 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).

• Oppilaat perustelevat väitettä, jonka mukaan kappaleisiin vaikuttava Maan painovoima suuntautuu alaspäin.

• Seuraa oppilaiden edistymistä:

  • Heidän mallinsa esittää tasapainoon pyrkivää lintua.
  • A-osa: He osaavat selittää, että rakennelmaan kohdistuva painovoima vetää sitä alaspäin. Painovoima vetää painavaa keskusyksikköä alaspäin pitäen linturakennelman kevyemmät osat yläpuolella.
  • B-osa: He osaavat selittää, että uuden linturakennelman alaosan on oltava yläosaa painavampi, jotta lintu pysyy pystysuorassa. Syvennä-osion lintu poikkeaa Selitä-osion linnusta olennaisesti siinä, että sen nivelpisteen alapuolella ei ole painavaa keskusyksikköä, joka pitäisi rakennelman pystysuorassa.

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:

• Syvenny vain ensimmäiseen tehtävään: Rakenna tasapainoileva lintu, jonka alaosassa on keskusyksikkö. Esitä oppilaille kyllä/ei-kysymyksiä, joiden pohjalta he voivat muodostaa selityksensä.

Nosta vaikeustasoa:

• Laajenna A-osaa – Syvennä tehtävää: Ohjaa oppilaita rakentamaan ja ohjelmoimaan jokin toinen eläin (muu kuin lintu) ja lisäämään siihen A-osassa käytetty keskusyksikkö, joka saa rakennelman palauttamaan itsensä pystysuoraan kallistettaessa. Eläin voi olla esimerkiksi orava tai apina.

• Jaa oppilaille oppimateriaaleja, joissa kuvataan, miten eri esineet (esim. kilpa-autot ja vauvojen mukit) on suunniteltu niin, etteivät ne kaadu. Ohjeista oppilaita tutustumaan yhteen esimerkkiin ja kirjoittamaan siitä käsikirjoitus tuotteen videomainosta varten.

Tämä ei kuulu 45 minuutin pituiseen oppituntiin.