Stabila konstruktioner

• Läs igenom de allmänna förberedelserna i kapitlet ”Hantering i klassrummet”.
• Läs igenom projektinformationen så du får en uppfattning om vad som ska göras.
• Bestäm hur du vill introducera projektet: Använd videoklippet för projektet i WeDo 2.0-programvaran eller använd material som du väljer själv.
• Fastställ ett slutresultat för projektet: parametrar som ska presenteras och skapat dokument.
• Se till att det finns tid för eleverna att uppfylla förväntningarna.

Inför projektet kan introduktionsvideon vara en utgångspunkt för att undersöka och diskutera följande områden med eleverna.

Introduktionsvideo
Förslag på samtalsområden i samband med videofilmen:

1. Alltsedan jorden bildades har dess form ändrats. Som enorma kakbitar på ett honungslager flyter jordens tektoniska plattor runt på ett underliggande skikt, och skrapas mot varandra.
2. När plattorna kolliderar och skrapas mot varandra uppstår vibrationer på jordytan, där människor bor.
3. Under en jordbävning kan byggnader gå sönder eller förstöras helt, beroende på vibrationernas styrka och ett antal andra faktorer.
4. Tack vare vetenskapliga upptäckter som har lett till tåligare konstruktioner, kan man nuförtiden bygga mer hållbara byggnader än för bara några årtionden sedan.

Diskussionsfrågor
I fasen Undersöka är följande frågor avsedda att identifiera och/eller sammanfatta elevernas förkunskaper, så att förväntade prestationer kan fastställas.

Låt eleverna dokumentera sina kunskaper och återvänd till de här frågorna under och efter fasen Skapa.

1. Vad orsakar jordbävningar och vilka faror ger de upphov till?
   Jordbävningar är vibrationer i jordskorpan som orsakas av de tektoniska plattornas rörelser.
2. Hur definieras en jordbävnings styrka?
   Forskarna klassificerar jordbävningar enligt den så kallade Richterskalan. Ju högre värde en jordbävning har på Richterskalan, från 1 till 10, desto starkare är vibrationerna.
3. Vilka faktorer kan påverka en byggnads motståndskraft mot jordbävningar?
   Det här svaret ska användas som elevernas hypotes. Det innebär att elevernas svar i det här skedet inte behöver vara rätt.

Fler frågor

1. Vad vet du om förhållandet mellan en byggnads motståndskraft mot jordbävningar och storleken på byggnadens basyta och höjd?
   Höga och/eller långsmala byggnader är vanligen mindre stabila och rasar lättare när de utsätts för sidokrafter.
2. Hur säkerställde du att varje test utfördes under objektiva förhållanden?
   Endast en parameter i taget ändrades.
3. Vilka andra faktorer skulle kunna vara viktiga att undersöka?
   Konstruktionen och olika material är andra viktiga faktorer att ta hänsyn till när en byggnads hållfasthet testas.
4. Hur är moderna byggnader utformade för att klara jordbävningar?
   Arkitekter och ingenjörer använder strukturer, principer och simuleringar för att testa olika prototyper och hitta deras svaga punkter.
5. Betyder ”motståndskraftig” samma sak som ”stark”?
   Det beror på många saker. Vissa flexibla konstruktioner eller material har högre motståndskraft mot jordbävningar än stela och starka konstruktioner.

Låt eleverna använda dokumentationsverktyget för att sammanställa sina svar i text eller bild.

Bygg och programmera en jordbävningssimulator och bygg modeller av byggnader
Eleverna bygger en jordbävningssimulator genom att följa bygginstruktionerna. Med den byggda enheten samlar de information som visar vilken byggnad som klarar jordbävningstestet.

1. Bygg en jordbävningssimulator.
I det här projektets skakmekanism används en kolv för att trycka och dra i testplattan. Motorns styrkenivå i programmet motsvarar den genererade jordbävningens amplitud.

2. Programmera simulatorn.
Programmet börjar med att visa 0 på displayen. Serien av åtgärder upprepas sedan fem gånger. Programmet visar 1 på displayen, vilket blir skakningens magnitud. Programmet startar motorn med den aktuella magnituden under 2 sekunder och väntar sedan i 1 sekund.

Viktigt
Om eleverna vill prova en högre eller lägre magnitud i det här programmet måste de ändra antalet upprepningar. Eleverna bör dock ges frihet att använda ett eget program.

Undersök din byggnads konstruktion
Nu när eleverna förstår hur jordbävningssimulatorn fungerar ska du låta dem undersöka olika faktorer genom att ändra en variabel i taget.

1. Ändra höjden.
Eleverna ska använda de låga och höga byggnader som har smala basytor (byggnaderna A och B)

Eleverna ska placera den höga byggnaden på skakbasen och sedan identifiera vid vilken magnitud som byggnaden rasar. Med samma program ska de sedan testa om den smala eller låga byggnaden har bättre motståndskraft mot jordbävningen.

Eleverna ska upptäcka att, av två byggnader med samma basyta, så är det den lägre byggnaden (av de två) som klarar jordbävning bäst.

Viktigt
Eftersom inte alla motorer har exakt samma egenskaper kanske de olika grupperna inte identifierar samma magnitud.

2. Ändra basytans bredd.
Låt eleverna använda samma program för att testa om den höga byggnaden med smal basyta (byggnad B) har bättre motståndskraft mot jordbävningar än den smala, höga byggnaden med bred bas (byggnad C).

Eleverna ska upptäcka att en hög byggnad som har större basyta klarar jordbävningen mycket bättre.

Undersök mer med jordbävningssimulatorn
Använd avsnittet ”Undersök mer” i elevprojektet om du vill utöka uppgiften. Kom ihåg att de här uppgifterna är en utökning av uppgifterna i avsnittet ”Undersöka”, och att de är utformade för äldre elever eller elever med avancerade kunskaper.

Låt eleverna undersöka fler faktorer som påverkar olika byggnaders motståndskraft mot vibrationer.

1. Ändra magnituden.
Låt eleverna försöka förutsäga vad som skulle hända med byggnad A, B och C om jordbävningens magnitud ökade, till exempel till 8.
Låt dem registrera sina förutsägelser och testa varje situation.

2. Ändra byggnaderna.
Utmana klassen att bygga en så hög byggnad som möjligt som klarar en jordbävning av magnitud 8, med utgångspunkt i det faktum att en större basyta ger högre motståndskraft mot vibrationer.

Låt eleverna undersöka olika byggnadskompositioner:
• Undersök olika konstruktionsformer.
• Introducera nya material.

Samarbetsförslag
Låt arbetsgrupperna jämföra sina byggnaders konstruktioner. Låt en grupp testa en annan grupps konstruktion:
• Vilka är konstruktionens styrkor?
• Vilka är konstruktionens svagheter?
• Klarar byggnaden jordbävningstestet?

Dokumentera
Låt eleverna dokumentera projektet på olika sätt:
• Be eleverna att filma varje test som de utför, så att de kan bevisa sina påståenden.
• Be eleverna att jämföra sina slutsatser med verkliga situationer.

Förslag
Eleverna kan samla data i en tabell eller ett kalkylblad. Eleverna kan också rita en graf av resultaten från testerna.

Presentera resultaten
I slutet av projektet ska eleverna presentera resultatet av undersökningen.

Förslag för bättre presentationer:
• Låt dem beskriva vilken faktor som påverkar en byggnads stabilitet.
• Be dem att jämföra sina resonemang med vad de har upptäckt.
• Be dem att sätta sina förklaringar i ett sammanhang.
• Be dem att fundera vidare över sina slutsatser.
• Diskutera om deras resultat överensstämmer med verkligheten.

Projektutvärdering för naturvetenskapliga ämnen
Följande utvärderingspåståenden kan användas tillsammans med observationsmatrisen i kapitlet ”Utvärdera med WeDo 2.0”.

Fasen Undersöka
I fasen Undersöka ska eleven delta aktivt i diskussioner, ställa frågor och svara på frågor, och använda egna ord för att svara på frågor om jordbävningar.

1. Eleven kan inte på ett adekvat sätt ge svar på frågor eller delta i diskussioner.
2. Eleven kan på uppmaning och på ett adekvat sätt besvara frågor eller delta i diskussioner, eller beskriva faktorer som kan påverka en byggnads möjligheter att klara jordbävningar.
3. Eleven kan på ett adekvat sätt besvara frågor, delta i klassens diskussioner och beskriva faktorer som kan påverka en byggnads möjligheter att klara jordbävningar.
4. Eleven kan utöka sina förklaringar i diskussionen och i detalj beskriva de faktorer som kan påverka en byggnads möjligheter att klara jordbävningar.

Fasen Skapa
I fasen Skapa ska eleverna dokumentera förutsägelser och upptäckter. Under undersökningen får eleverna ändra endast en variabel i taget.

1. Eleven dokumenterar inte fullständigt genom undersökningarna. Endast sällan ser eleven till att ändra bara en variabel i taget under undersökningarna.
2. Eleven dokumenterar upptäckterna men vissa viktiga element saknas. Eleven är inte konsekvent med att ändra endast en variabel i taget i undersökningarna.
3. Eleven använder adekvata dokumentationsalternativ för att registrera förutsägelser och upptäckter, eller är vanligen noggrann med att ändra endast en variabel i taget i undersökningarna.
4. Eleven är mycket bra på att dokumentera förutsägelser och upptäckter, eller är alltid noggrann med att ändra endast en variabel i taget i undersökningarna.

Fasen Dela
Under fasen Dela ska eleven kunna använda dokument och verbal förmåga för att förklara vad som händer med jordbävningssimulatorn och vilka slutsatser som kan dras av testresultaten.

1. Eleven ger ingen förklaring, vare sig muntligt eller i sin dokumentation.
2. Eleven använder dokumentation eller muntlig förmåga på ett ineffektivt sätt när han/hon ska förklara vad som händer och vilka slutsatser som kan dras. Förklaringen kanske är ofullständig eller felaktig.
3. Eleven använder dokumentation eller muntlig förmåga på ett effektivt sätt när han/hon ska förklara vad som händer och vilka slutsatser som kan dras.
4. Eleven använder dokumentation eller muntlig förmåga på ett effektivt sätt för att leverera en avancerad och korrekt förklaring av vad som händer och vilka slutsatser som kan dras.

Projektutvädering för språk och studieteknik
Följande utvärderingspåståenden kan användas tillsammans med observationsmatrisen i kapitlet ”Utvärdera med WeDo 2.0”.

Fasen Undersöka
I fasen Undersöka ska eleven på ett tydligt sätt kunna förklara sina resonemang och sin förståelse av det ämnesområde som diskussionsfrågorna avser.

1. Eleven kan inte dela med sig av sina resonemang kring de frågor som ställs i fasen Undersöka.
2. Eleven kan på uppmaning dela med sig av sina resonemang kring de frågor som ställs i fasen Undersöka.
3. Eleven uttrycker på ett adekvat sätt sina resonemang kring de frågor som ställs i fasen Undersöka.
4. Eleven använder detaljer för att utveckla sina resonemang kring de frågor som ställs i fasen Undersöka.

Fasen Skapa
I fasen Skapa ska eleven välja lämpliga alternativ (skärmdump, bild, videoklipp, text) och uppfylla etablerade förväntningar avseende dokumentation av sina upptäckter.

1. Eleven dokumenterar inte de upptäckter som görs i undersökningen.
2. Eleven dokumenterar sina upptäckter men dokumentationen är ofullständig eller uppfyller inte samtliga av de fastställda förväntningarna.
3. Eleven dokumenterar på ett adekvat sätt sina upptäckter för varje komponent i undersökningen, och väljer lämpliga dokumentationsalternativ.
4. Eleven använder ett urval av lämpliga dokumentationsmetoder och överträffar de etablerade förväntningarna.

Fasen Dela
I fasen Dela ska eleverna använda bevis från sin dokumentation (text och video) för att förklara grundläggande teori om vad som händer och varför det händer.

1. Eleven använder inte bevis från sin dokumentation och kan inte förklara grundläggande teori om vad som händer och varför det händer.
2. Eleven använder vissa bevis från sin dokumentation men kan inte helt förklara grundläggande teori om vad som händer och varför det händer.
3. Eleven använder bevis från sin dokumentation för att förklara grundläggande teori om vad som händer och varför det händer.
4. Eleven använder olika typer av bevis från sin dokumentation för att beskriva grundläggande teori detaljerat och förklara vad som händer och varför det händer.

För att vara säker på att nå ett lyckat resultat kan du överväga att ge mer vägledning inom byggande och programmering, till exempel:
• Förklara hur en undersökning genomförs.
• Förklara saker utifrån bevisade fakta.
• Ge dem mer erfarenhet genom att låta dem ändra enskilda variabler för att testa hypoteser.

Var också specifik när du fastställer förväntningarna på elevernas presentationer och dokumentation.

Förslag
Elever med avancerade kunskaper kan få extra bygg- och programmeringstid för att utforma egna lösningar utifrån sina frågor. Eleverna kan ändra enskilda parametrar, till exempel jordbävningsstimulatorns styrka, de material som används i byggnaderna eller den yta där byggnaderna placeras.

Undersök mer
Eleverna utformar den högsta byggnaden som klarar en jordbävning av magnituden 8. De drar fördel av sina lärdomar från den föregående undersökningen.

Möjliga missuppfattningar
Eleverna kanske tror att jordbävningar inträffar av en slump, var som helst på jordklotet. Den största delen av all seismisk aktivitet inträffar i gränsområdena mellan två tektoniska plattor. Under en jordbävning kan grunda sprickor bildas men på grund av oregelbundna partier och jordskred ”öppnar sig inte” marken längs en förkastningslinje.