Kestävät rakenteet

• Lue yleiset valmisteluohjeet luvusta ”Luokkahuoneen hallinta”.
• Perehdy projektin materiaaliin, jotta tiedät, miten se etenee.
• Päätä, miten haluat esitellä projektin oppilaille: Käytä WeDo 2.0 -ohjelmiston projektivideota tai itse valitsemiasi materiaaleja.
• Määritä projektin lopputuotos sekä ohjeet projektin dokumentointiin ja esittelyyn.
• Varmista, että oppilailla on riittävästi aikaa oppitunnin tehtävien suorittamiseen.

Esittelyvideon ohjaamana oppilaat voivat keskustella ja pohtia seuraavia ajatuksia.

Esittelyvideo
Muutamia ehdotettuja aiheita videon pohjalta käytäviä keskusteluja varten:

1. Maapallo on muuttanut muotoaan niin pitkään, kun se on ollut olemassa. Mannerlaatat, joista maa muodostuu, ovat kuin suuria keksinpaloja, joita työnnellään hunajakerroksen päällä, ne liukuvat, ohittavat toisensa toisiaan hangaten ja törmäilevät.
2. Tämän liikkeen kitka aiheuttaa värinää maanpinnalla, jossa elämme. Maanjäristyksen aikana, riippuen värinän voimakkuudesta ja monista muista tekijöistä, rakennukset ja muut rakenteet voivat vaurioitua tai tuhoutua. Tieteen tuottamien uusien keksintöjen takia nykyään osataan suunnitella ja rakentaa kestävämpiä rakennuksia kuin menneinä vuosikymmeninä.

Kysymyksiä keskustelun tueksi
Tutki-vaiheessa näiden kysymysten tarkoitus on ottaa selville, kuinka paljon oppilaat jo tietävät aihepiiristä, ja kuinka vaativaa työskentelyä heiltä voi odottaa. Pyydä oppilaita dokumentoimaan, mitä jo tietävät aiheesta, ja palaa näihin kysymyksiin uudestaan luomisvaiheen aikana ja sen jälkeen.

1. Mikä saa aikaan maanjäristyksiä ja millaisia vaaroja ne aiheuttavat? Maanjäristys on maapallon kuoren värähtelyä, joka syntyy mannerlaattojen liikkeestä.
2. Miten tutkijat arvioivat maanjäristyksen voimakkuutta? Tutkijat arvioivat maanjäristyksiä asteikolla, jota kutsutaan Richterin asteikoksi. Mitä suurempi arvo on asteikolla 1–10, sitä voimakkaampia värähtelyt maan kuoressa ovat. Mitkä asiat voivat vaikuttaa rakennusten maanjäristyksenkestävyyteen? Tämä vastaus toimii oppilaiden hypoteesina. Tässä vaiheessa oppilaiden vastaukset voivat olla myös vääriä. Mitä yhteyttä huomasit rakennuksen pohjan pinta-alan, korkeuden ja maanjäristyksenkestävyyden välillä? Rakenteet, jotka ovat korkeita tai kapeita, ovat tavallisesti epävakaampia ja kaatuvat todennäköisemmin, kun niihin kohdistuu sivusuuntaisia voimia. Miten varmistit, että testit olivat reiluja joka kerta? Niitä muutettiin vain yksi asia kerrallaan. Mitä muita tekijöitä olisi tärkeää tutkia? Rakenteelliset tekijät ja erilaiset materiaalit ovat muita tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon testattaessa rakenteen kestävyyttä. Miten nykyaikaiset rakennukset on suunniteltu kestämään maanjäristyksiä? Arkkitehdit ja insinöörit käyttävät rakenteita, periaatteita ja simulaatioita testatakseen prototyyppejä heikkouksien varalta. Tarkoittaako ”kestävä” samaa kuin ”vahva”? Se riippuu monista tekijöistä. Joskus joustavat rakenteet tai materiaalit ovat kestävämpiä kuin jäykät ja vahvat materiaalit. Pyydä oppilaita keräämään vastauksensa tekstinä tai kuvina dokumentointityökaluun.

Rakenna ja ohjelmoi maanjäristyssimulaattori ja mallirakennukset
Oppilaat rakentavat ohjeiden mukaisen maanjäristyssimulaattorin. Tämän laitteen avulla he voivat tehdä havaintoja ja selvittää, mikä rakennus selviytyisi maanjäristystestistä.
1. Rakenna maanjäristyssimulaattori.
Projektin ravistusmallissa käytetään mäntää testauslevyn työntämiseen ja vetämiseen. Ohjelman moottoritehon taso vaikuttaa maanjäristyksen voimakkuuteen.

2. Ohjelmoi simulaattori.
Kun tämä ohjelma käynnistyy, näytössä näytetään 0. Sarja toimintoja toistetaan viisi kertaa. Näyttöön lisätään numero 1, josta tulee ravistuksen voimakkuus, moottori käynnistetään kyseiselle voimakkuudelle ja sitä pyöritetään kahden sekunnin ajan, minkä jälkeen odotetaan yksi sekunti.

Tärkeää
Jos oppilaat haluavat kokeilla voimakkaampaa tai heikompaa maanjäristystä tällä ohjelmalla, heidän on muutettava toistolauseiden, eli silmukoiden määrää. Oppilaat voivat käyttää vapaasti itse keksimäänsä ohjelmaa.

Tutki rakennusten suunnittelua
Nyt kun oppilaat ymmärtävät, miten maanjäristyssimulaattori toimii, ohjaa heitä testaamaan rakennusten ominaisuuksia yksi kerrallaan.

1. Muuta rakennuksen korkeutta.
Oppilaiden tulee käyttää matalia ja korkeita rakennuksia, joissa on kapea perustus (rakennukset A ja B). Kun korkea rakennus on ravistusalustalla, oppilaiden tulee etsiä pienin voimakkuus, jolla rakennus kaatuu. Tämän jälkeen oppilaiden tulee testata samalla ohjelmalla, kestääkö kapea tai matala rakennus paremmin. Tarkoitus on, että oppilaat havaitsisivat, että samankokoisella perustuksella matala rakennus on kestävämpi kuin korkea rakennus.

Tärkeää
Koska kaikki moottorit eivät ole täysin samanlaisia, ryhmien tutkimuksissa voi esiintyä eri voimakkuuksia.

2. Muuta perustuksen leveyttä.
Oppilaat testaavat samalla ohjelmalla, onko kapeaperustuksinen korkea rakennus (rakennus B) kestävämpi kuin leveäperustuksinen kapea ja korkea rakennus (rakennus C). Tarkoitus on, että oppilaat havaitsisivat, että kun perustus on suurempi, korkea rakennus on kestävämpi.

Tutki lisää (valinnainen, 45–60 minuuttia)
Käytä oppilasprojektin ”Tutki lisää” -osiota valinnaisena lisätehtävänä. Huomioi, että nämä tehtävät käsittelevät laajemmin ”Tutki”-osion ilmiöitä ja ne on suunniteltu vanhemmille tai edistyneemmille oppilaille. Haasta oppilaita tutkimaan muita ominaisuuksia, jotka vaikuttavat rakennuksen tärinänkestävyyteen.

1. Muuta järistyksen voimakkuutta.
Pyydä oppilaita tekemään ennuste, mitä tapahtuisi rakennukselle A, B ja C, jos maanjäristyksen voimakkuus kasvaisi, esimerkiksi tasolle 8. Pyydä heitä kirjaamaan ennusteensa muistiin ja testaamaan ne kaikki.

2. Muuta rakennuksia.
Haasta luokka rakentamaan korkein mahdollinen rakennus, joka kestää tason 8 maanjäristyksen. Oppilaat voivat soveltaa havaintoaan siitä, että laajemmalle perustukselle rakennettu rakennus kestää värähtelyä paremmin.

Ohjaa oppilaita tutkimaan rakennusten erilaisia malleja:
• Tutki erilaisia rakenteellisia muotoja.
• Ota käyttöön uusia materiaaleja.

Yhteistyöehdotus
Anna ryhmien vertailla rakennuksiaan.
Pyydä yhtä ryhmää kuvailemaan ja testaamaan toisen ryhmän työtä:
• Mitkä ovat rakenteen vahvuuksia?
• Mitkä ovat rakenteen heikkouksia?
• Selviääkö rakennus maanjäristystestistä?

Viimeistele dokumentointi
Ohjaa oppilaita dokumentoimaan projektiaan eri tavoilla:
• Pyydä oppilaita kuvaamaan jokaisesta suorittamastaan testistä video, joka osoittaa heidän löydöksensä todeksi.
• Pyydä oppilaita vertaamaan havaintojaan tosielämän tilanteisiin.

Ehdotuksia
Oppilaat voivat kerätä tietoja taulukkoon. Oppilaat voivat tehdä testinsä tuloksista myös kuvaajia.

Esittele tulokset
Projektin päätteeksi oppilaat esittelevät tutkimustensa tulokset.
Voit ohjata oppilaita esitysten tekemisessä esim. seuraavilla tavoilla:
• Pyydä heitä kuvailemaan, mikä tekijä vaikuttaa rakennuksen vakauteen.
• Pyydä heitä vertaamaan näitä ajatuksia löydöksiinsä.
• Pyydä heitä sijoittamaan selityksensä viitekehykseen.
• Pyydä heitä pohtimaan kriittisesti päätelmiänsä.
• Keskustele, kuvaako tulos todellisuutta.

NGSS-projektinarviointikategoriat
Voit käyttää näitä arviointikategorioita ja havainnointikategoriaruudukkoa, joka löytyy ”Arviointi WeDo 2.0:n avulla” -luvusta.

Tutki-vaihe
Varmista Tutki-vaiheessa, että oppilaat osallistuvat aktiivisesti keskusteluun, esittävät kysymyksiä ja vastaavat niihin sekä osaavat vastata omin sanoin kysymyksiin maanjäristyksistä.

1. Oppilas ei kykene vastamaan kysymyksiin tai osallistumaan keskusteluun riittävästi.
2. Oppilas kykenee pyydettäessä vastaamaan kysymyksiin, osallistumaan keskusteluun riittävästi tai kuvailemaan elementtejä, jotka voivat vaikuttaa rakenteen kestävyyteen maanjäristyksessä. Oppilas kykenee vastaamaan kysymyksiin riittävästi tai osallistumaan luokan keskusteluun ja kuvailemaan tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa rakenteen kestävyyteen maanjäristyksessä. Oppilas kykenee laajentamaan selityksiään keskustelussa ja kuvailemaan yksityiskohtaisesti tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa rakenteen kestävyyteen maanjäristyksessä. Luo-vaihe Varmista luomisvaiheessa, että oppilaat dokumentoivat ennusteet ja löydökset sekä muuttavat vain yhtä tekijää kerrallaan tutkimuksia suorittaessaan. Oppilas ei tee kaikkia tarvittavia dokumentointeja tutkimusten aikana ja harvoin muuttaa vain yhtä tekijää kerrallaan tutkimuksia suorittaessaan. Oppilaan dokumentoinnista puuttuu keskeisiä asioita, ja muuttaa vain yhtä tekijää kerrallaan tutkimuksia suorittaessaan vaihtelevasti. Oppilas käyttää riittävästi dokumentointia ennusteiden ja löydösten kirjaamiseen tai on yleensä tarkka vain yhden tekijän muuttamisessa kerrallaan tutkimuksissa. Oppilas käyttää dokumentointia erinomaisesti ennusteiden ja havaintojen kirjaamiseen ja huolehtii tarkasti vain yhden tekijän muuttamisesta kerrallaan tutkimuksissa. Jaa-vaihe Varmista jakamisvaiheessa, että oppilas osaa käyttää ryhmän dokumenttia ja suullista viestintää tehokkaasti selittääkseen, mitä maanjäristyssimulaattori tekee ja mitä testien tuloksista voidaan päätellä. Oppilas ei osaa antaa selityksiä kirjallisesti eikä suullisesti. Oppilas hyödyntää ryhmän dokumentteja ja suullista viestintää tehottomasti selittäessään mitä tapahtuu ja mitä voidaan päätellä. Selitys voi olla vajaa tai virheellinen. 3. Oppilas hyödyntää ryhmän dokumentteja ja suullista viestintää tehokkaasti selittäessään, mitä tapahtuu ja mitä voidaan päätellä. Oppilas hyödyntää ryhmän dokumentteja ja suullista viestintää tehokkaasti esittäessään monipuolisen ja täsmällisen selityksen, mitä tapahtuu ja mitä voidaan päätellä. ELA-projektinarviointikriteerit Voit käyttää näitä arviointikriteereitä ja havainnointitaulukkoa, joka löytyy ”Arviointi WeDo 2.0:n avulla” -luvusta. Tutki-vaihe Varmista Tutki-vaiheen aikana, että oppilas osaa selittää monipuolisesti omia ajatuksiaan ja tuomaan esille esitettyihin kysymyksiin liittyvää ymmärrystään. Oppilas ei kykene jakamaan Tutki-vaiheen aikana esitettyihin kysymyksiin liittyviä ajatuksiaan. Oppilas kykenee pyydettäessä jakamaan Tutki-vaiheen aikana esitettyihin kysymyksiin liittyviä ajatuksiaan. Oppilas ilmaisee riittävästi Tutki-vaiheen aikana esitettyihin kysymyksiin liittyviä ajatuksiaan. Oppilas tuo esille ajatuksiaan ja selityksiään Tutki-vaiheen aikana esitettyihin kysymyksiin yksityiskohtaisesti ja laajasti. Luo-vaihe Varmista luomisvaiheen aikana, että oppilas valitsee tarkoituksenmukaisia dokumentointitapoja (esim. kuvakaappaus, kuva, video, teksti) ja noudattaa löydösten dokumentoinnille asetettuja reunaehtoja. Oppilas epäonnistuu löydösten dokumentoinnissa tutkimisvaiheen aikana. Oppilas dokumentoi löydöksiään, mutta dokumentointi on puutteellista tai ei täytä kaikkia asetettuja odotuksia. Oppilas dokumentoi tutkimuksen jokaisen vaiheen löydökset riittävällä laajuudella ja tekee valinnoissa asianmukaisia valintoja. Oppilas käyttää monipuolisia menetelmiä dokumentoinnissa ja ylittää annetut odotukset. Jaa-vaihe Varmista jakamisvaiheessa, että oppilas käyttää omaa dokumenttitekstiään ja videotaan todisteena selittäessään ajatuksiaan, kuten mitä tapahtui ja miksi. Oppilas ei käytä omaa dokumenttitekstiään ja videotaan todisteena selittäessään ajatuksiaan, kuten mitä tapahtui ja miksi. Oppilas käyttää omaa dokumenttitekstiään ja videotaan todisteena vain osittain, eikä osaa selittää täydellisesti ajatuksiaan, kuten mitä tapahtui ja miksi. Oppilas käyttää omaa dokumenttitekstiään ja videotaan todisteena selittäessään ajatuksiaan, kuten mitä tapahtui ja miksi. Oppilas käyttää monipuolisia todisteita omasta dokumenttitekstistään ja videostaan selittäessään perusteellisesti ajatuksiaan, kuten mitä tapahtui ja miksi.

Anna tarvittaessa lisäohjeita rakentamiseen ja ohjelmointiin, esimerkiksi:
• Selitä, miten tutkimus toteutetaan.
• Hyödynnä todisteita selitysten valmistelussa.
• Tarjoa oppilaille lisää mahdollisuuksia tehdä kokeiluja yksittäisistä tekijöistä. Anna oppilaille täsmälliset ohjeet löydöstensä dokumentointiin ja esittelyyn.

Ehdotus
Anna edistyneemmille oppilaille lisäaikaa rakentamiseen ja ohjelmointiin, jotta he voivat suunnitella erilaisia tutkimuksia. Oppilaat voivat tehdä tutkimusasetelmaan muutoksia, esimerkiksi muuttaa maanjäristyssimulaattorin tasoa, rakennusten rakennusmateriaaleja tai pintaa, jonka päällä he testaavat rakennuksiaan.

Tutki lisää
Oppilaat suunnittelevat korkeimman mahdollisen rakennuksen, joka kestää luokan 8 maanjäristyksen. He soveltavat aiemmista tutkimuksista oppimiansa asioita.

Oppilaiden mahdollisia väärinkäsityksiä
Oppilaat saattavat ajatella, että maanjäristyksiä tapahtuu satunnaisissa paikoissa eri puolilla maailmaa. Suurin osa maailman seismisestä toiminnasta liittyy mannerlaattojen reuna-alueisiin. Vaikka maanjäristys saattaa aiheuttaa matalia railoja maavyöryjen tai maan pettämisen vuoksi, maa ei ”avaudu” siirroslinjalla.