Kosmos Påbygging by Cappelen Damm

Kosmos Påbygging

Kosmos Påbygging er skrevet for elever som ønsker påbygging til generell studiekompetanse i naturfag etter læreplan fra 2013. Læreverket består av: • Bok som inneholder både grunndel og studiedel • Gratis fagnettsted www.kosmos.cdu.no

Heskestad / Liebich / Lerstad / Engan bokmål

ISBN 978-82-02-43305-5

www.cdu.no

Per Audun Heskestad / Harald Liebich / Ivar K. Lerstad / Agnete Engan

Kosmos Påbygging Påbygging til generell studiekompetanse i naturfag

Per Audun Heskestad / Harald Liebich / Ivar K. Lerstad / Agnete Engan

Kosmos Påbygging PÅBYGGING TIL GENERELL STUDIEKOMPETANSE I NATURFAG

Lærebok / bokmål

© CAPPELEN DAMM AS, 2014 ISBN 978-82-02-43305-5 5. utgave, 1. opplag 2014 Kosmos Påbygging følger justert læreplan fra 2013 i faget naturfag. Hovedillustratør: Bjørn Norheim Illustrasjoner side 9, 41, 43, 73, 121, 148, 176–178, 203, 208: Terje Sundby/Keops Frihåndstegninger: Øyvind Sang Hanssen Omslagsdesign: Kristine Steen Omslagsfoto: Thinkstock Grafisk formgiving: 07 Media – 07.no – Kristine Steen Bilderedaktør: Anne Muniz Forlagsredaktør: Eva Irgens og Anne Muniz Trykk og innbinding: UAB Balto-print, Litauen 2014 Satt i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print. Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. www.cdu.no kosmos.cdu.no

Fotoleverandører

Innhold Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

FORSKERSPIREN 1 Utforskingen av vår verden . . . . . . . . . . . 7 1.1 Naturvitenskapen . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Spørreundersøkelser som arbeid med naturfag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Repetisjon: Den naturvitenskapelige arbeidsmetode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

BÆREKRAFTIG UTVIKLING 2 Endringer i naturen . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1 Økologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Økosystemene forandrer seg . . . . . . . . 2.3 Suksesjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Repetisjon: Miljøet omkring oss . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 24 26 32 40 41 43

ENERGI FOR FRAMTIDEN 3 Elektroner på vandring . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1 Byggesteinene – atomene . . . . . . . . . . 3.2 Periodesystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Redoksreaksjoner er reaksjoner med elektronovergang . . . . . . . . . . . . . 3.4 Metaller – den elektrokjemiske spenningsrekken . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Elektrolyse – redoksreaksjoner i metallframstilling . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Galvaniske elementer . . . . . . . . . . . . . 3.7 Batterier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Brenselceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 49 53 54

3.9 Energikilder og energibærere . . . . . . . . 3.10 Energibærere for framtida . . . . . . . . . . Repetisjon: Energi i dag og i framtida . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70 74 78 86 84 90

BIOTEKNOLOGI 4 Fra gen til egenskap . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.1 DNA er arvestoffet . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.2 Fra gen til protein: proteinsyntesen . . . 98 4.3 Gener og kromosomer . . . . . . . . . . . . 103 4.4 Vekst og formering: cellene deler seg . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.5 Krysning: nedarving ved kjønnet formering . . . . 107 4.6 Arv og miljø . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

5 Den bioteknologiske tidsalderen . . . . . 125 5.1 Bioteknologi og genteknologi . . . . . . 5.2 Avl og genmodifisering av levende organismer . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Genmodifisering av mikroorganismer . 5.4 Genmodifisering av planter og dyr . . 5.5 Kloning er genetisk kopiering . . . . . . 5.6 Medisinsk bruk av bioteknologi . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

126 127 129 130 133 137 144 145 147

57 60 63 66

STRÅLING OG RADIOAKTIVITET 6 Stråling fra sola og universet . . . . . . . . 149 6.1 Stråling består av fotoner eller partikler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 EM-stråling – eksitering av atomer . . 6.3 Jordatmosfæren beskytter . . . . . . . . . 6.4 Naturlig og menneskeskapt drivhuseffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Ultrafiolett stråling og ozonlag . . . . . 6.6 Nordlys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Tolking av stråling fra verdensrommet . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

150 154 156 158 164 167 172 180 181 184

7 Energirik stråling – naturlig og menneskeskapt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 7.1 Stråling fra radioaktive stoffer . . . . . . 7.2 Halveringstid og måling av radioaktivitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Ioniserende stråling . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Nytte av energirik stråling . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

188 192 195 196 202 203 206

ERNÆRING OG HELSE Repetisjon: Helse og livsstil . . . . . . . . . . . . 209 Ordforklaringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Stikkord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Læreplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Forord Kosmos Påbygging følger den justerte læreplanen i naturfag fra 2013. Kosmos Påbygging er en alt-i-ett-bok med en grunndel og en studiedel. Skal du få et godt utbytte av arbeidet med boka, bør du bruke noen minutter på å sette deg inn i veiledningen på neste side. Den viser og forklarer de forskjellige elementene i teoristoffet fra grunndelen: basis stoff, fordypningsstoff, faktarammer, margtekst, kursivord og illustrasjo ner/bilder. Etter hvert kapittel kommer en studiedel. Der er det både lette repetisjonsoppgaver og vanskeligere og mer krevende arbeidsoppgaver. Repetisjonsoppgavene er en hjelp til å kontrollere at du har lært det viktigste i et kapittel. Arbeidsoppgaver som er merket • krever at du bruker andre kilder enn boka. Studiedelen inneholder også en rekke større og mindre øvelser. Her er det stor spennvidde, fra øvelser som krever en dobbelttime, til små «gjøringer» som kan utføres i løpet av noen minutter. Påbyggingsboka har en repetisjonsdel for deg som trenger en oppdatering av naturfagkunnskapen fra yrkesfag på Vg1. Repetisjonsdelen finner du bakerst i kapittel 1, 2 og 3, og helt sist i læreboka. Denne repetisjonsdelen er tydelig merket slik at den lett skiller seg fra resten av stoffet. Kompetansemål som er repetisjon er markert med •. På nettstedet www.kosmos.cdu.no finner du blant annet interaktive oppgaver, animasjoner, filmer, mer lærestoff, nyttige lenker og løsningsforslag til oppgaver.

Lykke til med naturfag påbygging! Per Audun Heskestad Harald Liebich Ivar Kartsten Lerstad Agnete Engan

Faktaramme

Basisstoff

Margtekst ENERGI FOR FRAMTIDEN

lt kan omformes og i lagret slik at den enke I en energibærer er energ er det egentlig ibærer er sammensatt, energ ordet Slik res. transporte stoff eller en energiibærer er et energirikt selvforklarende: En energ s. Eksembruke skal ien til det stedet der den ressurs som bærer energ ss, olje og naturgass, elektrisitet, hydrogenga stofpler på energibærere er Noen og pellets. ensel som ved, briketter dessuten foredlet biobr Naturgass og olje kan ikilder og energibærere. energ både være kan fer være begge deler. re energibærere er inn i to grupper. Primæ Energibærerne kan vi dele pler på det er elekandre energibærere. Eksem produsert uten bruk av kull, naturgass, råolje ved hjelp av vannkraft, trisitet som er produsert produsert ved hjelp av som er omdannet eller og ved. Energibærere re. Eksempler på r vi sekundære energibære andre energibærere, kalle usert ved elektrolyse, re er hydrogengass prod ibære energ dære sekun arme produsert ved raffinering av olje og fjernv bensin produsert ved . avfall av brenning

rgibærere

3.9 Energikilder og ene

Naturgass består hoved . sakelig av metangass, CH4

aft er Bildet til venstre: Vannkr en viktig energikilde i Norge. er en Bildet til høyre: Elektrisitet til energibærer som blir brukt ming. blant annet lys og oppvar

krav til komforten i t vi lever i, har vi høye I det moderne samfunne lettvint og mobilt levege transportmåter og et boliger. Vi vil ha hurti for å oppfylle disse ikrevende produkter lages sett. Stadig nye energ per person er derfor ittlige energiforbruket ønskene. Det gjennomsn andre land i Europa og med forbruket i mange høyt i Norge – i likhet USA. forbruket i Australia og energikildene kan personlige utnytting av Våre forbruksvalg og vår . iv eller en negativ måte posit en på et miljø ke påvir r kan og bør være, an framtidige energikilde Hvis vi skal forstå hvord utnytting av enerenergi, energiforbruk, om skap kunn god vi trenger påvirke miljøet. I dette an energiforbruk kan gikilder i dag og hvord n av energikilder og noen sider ved utnyttinge avsnittet tar vi for oss kommende årene kan de i vi om på ser spesielt forbruket av energi. Vi en måte som er god risitet og hydrogen på produsere og utnytte elekt et. miljø for pene energikilde og drøftes, trenger vi begre Når energiutnytting skal t slik at vi kan utnytte ikilde er energien lagre energibærer. I en energ en energibærer. Solbruke den til å produsere den direkte, eller vi kan asse er eksempler på raft, naturgass og biom energi, vannkraft, vindk i skog, treavfall og mye er blant annet trevirke energikilder. Biomasse ruk. I resepsjonsdelen nger, industri og landb oldni hush fra et avfall av e til disse energikildene. telet kommer vi tilbak lenger ute i dette kapit

utnytte den ien lagret slik at vi kan I en energikilde er energ ibærer. til produksjon av en energ direkte eller bruke den rser som iressu energ stoffer eller Energibærere er energirike skal brukes. bærer energien dit den

Ekstrastoff

Energi – «drivkraften»

raft). greske ordet energeia (virkek Energi (E) kommer av det e det når vi skal måle eller beregn Det er et begrep vi bruker eller forflytte seg, endre form som må til for at noe skal – det er det som får noe til å skje endre temperatur. Energi wattimer kan måles i joule (J) eller er «drivkraften». Energi er kilomåling av elektrisk energi (Wh). En vanlig enhet for wattimer (kWh). har blant betegnelser for energi. Vi Det fins mange former og , k energi, elektrokjemisk energi annet strålingsenergi, kjemis rgi, energi (atomenergi), bioene termisk energi (varme), kjerne nergi. Alle disse energibølgee og ergi vinden , elektrisk energi siell ormer: stillingsenergi (poten formene består av to hovedf (kinetisk energi). energi) og bevegelsesenergi

overført forsvinne, men den kan bli Energi kan ikke oppstå eller vil mye du setter på en vannkoker, fra én form til en annen. Når et til omform bli en, energi ske av strømmen, dvs. den elektri i den første energiloven: varme. Dette er oppsummert over til en eller oppstå, men bare gå • Energi kan ikke bli borte annen energiform. Vi sier at orm som er lett å utnytte. Elektrisk energi er en energif som høyverdig. Den varmeenergien den har høy kvalitet og er lig å samle og vanske er lsene, omgive til går fra vannkokeren lavverdig. er og t kvalite lav har nergi utnytte. Vi sier da at varmee den andre energiloven: Dette kan oppsummeres i form med energien over til en energi • I en energiovergang går lavere energikvalitet.

3 • Elektroner på vandring

Ekstrastoff Illustrasjoner/bilder

Kursivord

Slik er boken bygget opp: Basisstoff: Dette er stoff som alle elever skal lese. Her er det viktigste tatt med (læreplanstoffet).

Kursivord: Sentrale ord i teoristoffet er kursivert. Noen av ordene er forklart der de er brukt, andre finner du mer om i ordforklaringslista bak i boka.

Ekstrastoff: Dette behøver ikke alle elever å lese. Her står det interessant tilleggsstoff eller stoff som er en fordypning av læreplanstoffet.

Faktaramme: Her finner du en oppsummering av sentralt stoff i avsnittet du nettopp har lest.

Margtekst: Margtekster inneholder ordforklaringer eller utdyper basisteksten.

Illustrasjoner/bilder: Levendegjør og forklarer teksten i teoristoffet.

forskerspiren

Utforskingen av vår verden

Du har vokst opp med fjernsyn, mp3-spillere, mobiltelefoner og datamaskiner. Nesten uansett hvor du er, kan du være tilgjengelig for andre og kan holde deg oppdatert om hva som skjer i verden. Med mobiltelefoner og datamaskiner kan du laste ned musikk, se filmer – eller i løpet av sekunder gjøre verden oppmerksom på hva du holder på med, f.eks. ved hjelp av Facebook eller Instagram. Vanligvis tenker vi ikke noe på all den vitenskap, forskning og teknikk, kreativitet og oppfinnsomhet som ligger bak en slik nokså dagligdags situasjon. I dette kapittelet får du innblikk i hvordan vitenskapen arbeider, og hva som kan bli resultatet av forskningen.

Du skal kunne: • skille mellom resultater og påstander og diskutere kvaliteten på metoder og framstilling

av egne og andres data og tolkninger • drøfte dagsaktuelle naturfaglige problemstillinger basert på praktiske undersøkelser

eller systematisk informasjon fra ulike kilder • bruke enkle datasimuleringer eller animasjoner for å illustrere og forklare naturfaglige fenomener og teste hypoteser • planlegge og gjennomføre ulike typer undersøkelser med identifisering av variabler, innhente og bearbeide data og skrive rapport med diskusjon av måleusikkerhet og vurdering av mulige feilkilder

1 • Utforskingen av vår verden

forskerspiren

Oseberg A-, B- og D-platt formene i Nordsjøen er bundet sammen med broer. Forskning og utvikling av teknologiske løsninger ligger til grunn for en god og effektiv utvinning av olje og gass fra havdyp.

1.1 Naturvitenskapen Naturvitenskapen griper inn i vårt liv på områder som helse, forbruk, levekår, kommunikasjon, informasjon, energibruk og transport. Den har satt et sterkt preg på moderne sivilisasjon. Norsk forskning og teknologi ligger langt framme når det gjelder olje- og gassutvinning på havdyp. Derfor har vi nå utvunnet langt mer olje og gass enn det som var mulig med den teknologien vi hadde for 20 år siden, og olje- og gassinntektene våre har økt enda mer. Samtidig er sikkerheten blitt bedre.

Resultatene av det vitenskapelige arbeidet

En hypotese er en antakelse som forsøker å forklare et naturfenomen.

Folk flest får vite om ny vitenskapelig kunnskap gjennom aviser, tidsskrifter, fjernsyn og Internett. Vitenskapelig kunnskap er hvileløs; den gir seg ikke med det som allerede er oppnådd. Ingen teori får være i fred. Teoriene etterprøves av andre forskere, og nye hypoteser framsettes. Ny kunnskap kommer til, og gammel kunnskap blir justert. Derfor er forskning og vitenskap et spennende område. De endelige svarene blir aldri gitt, for vi har alltid mer å lære. Det betyr ikke at all den kunnskapen vi har i dag, kommer til å være uriktig om en tid. Vitenskapen er kommet fram til mange resultater som regnes som uomtvistelige. Det er dette vi omtaler som

Tror du dette produktet holder alt det lover?

basiskunnskap. At det har vært istider på jorda, regnes ikke lenger som teori, men som en kjensgjerning, og vi vet når de var. På den annen side er årsakene til istidene gjenstand for mye diskusjon. Det er viktig å huske at ikke all informasjon er riktig informasjon. Mye av det du presenteres for i reklamer og i mediene, gir inntrykk av å være «fakta». Ta for eksempel en reklame for hårsjampo som skal gi «økt glans og næring til håret». Det kan være lurt å stille seg selv noen spørsmål og være litt kritisk til slik informasjon. For eksempel: – Hva er det som gir økt glans? Og hvordan kan hår som er proteiner (og ikke levende celler), ta til seg næring? Er påstanden i reklamen riktig, eller er det bare noe produsenten sier for å øke salget av produktet sitt? Å skille mellom hva som er påstander om noe, og hva som er etterprøvde resultater av faktiske undersøkelser, er derfor en viktig side ved kildekritikk. Budskap som fremmes i reklame, er ofte preget av påstander og ikke av dokumenterte resultater.

Den naturvitenskapelige kunnskapen er i stadig utvikling, og de endelige svarene blir aldri gitt. Å skille mellom hva som er påstander om noe, og hva som er etterprøvde resultater av faktiske undersøkelser, er en viktig side ved kildekritikk.

1 • Utforskingen av vår verden

forskerspiren Fysikk

Kjemi

Damp/ luftfuktighet (gass)

H 2O

Is/snø (fast stoff)

Naturfaget

O H

Vann (væske) Vann

60 % vann

Biologi

Fagene kjemi, biologi og fysikk har forskjellige innfallsvinkler til vannets egenskaper.

Figur 1.2

I naturfag forsøker vi å finne forklaringer og lover som beskriver de levende (biotiske) og de ikke-levende (abiotiske) delene av naturen. Faget naturfag omfatter både biologi, fysikk og kjemi, og med en slik inndeling får vi en viss overlapping innenfor de forskjellige emnene. Biologen, kjemikeren og fysikeren har jo forskjellige innfallsvinkler til det som skal studeres. Figuren ved siden av viser dette. Der ser du hvordan vann kan studeres med utgangspunkt i alle de tre fagområdene.

Naturfag i mediesamfunnet Når vi besøker nettsteder og bruker søkemotorer og sosiale medier som Facebook, Instagram og Twitter, blir vi kartlagt. Nettbaserte mediebedrifter lager profiler av hver enkelt og skreddersyr tjenester som er tilpasset vår tidligere aktivitet på nettet. Men også den informasjonen vi får tilgang til når vi søker på Internett, blir styrt av våre personlige data som er samlet inn gjennom vår nettaktivitet. Søkemotorer som Google lagrer informasjon om din nettaktivitet og tilpasser resultatet av søkene dine etter det. Dette gjør at ulike personer får forskjellige treff når vi bruker samme søkeord i samme søkemotor. I tillegg kan noen nettsteder eller firmaer inngå avtaler med søkemotorer slik at nettopp de havner høyt oppe på oversikten over treff. Når du søker etter informasjon på Internett, er det derfor viktig å være kritisk til hvilke nettsider du bruker som kilder. Ikke så sjelden blir hverdagsmyter lagt fram som fakta. Vi kan her nevne myten om at store doser C-vitamin hjelper mot forkjølelse. Når du bruker informasjon fra Internett, bør du tenke på dette: • Hvem står bak informasjonen, og hvem eier nettstedet? Det bør du finne ut. • Er det et tydelig skille mellom fagstoff og reklame for produkter eller tjenester? • Når ble nettstedet sist oppdatert? • Kan de som driver nettstedet, kontaktes? • Hvem er målgruppen for nettstedet?

Med den store informasjonsmengden vi har tilgang til i dag, særlig via Internett, er det viktig å være kritisk og velge ut gode og kvalitetssikrede kilder.

ekstrastoff

Er det vitenskapelig bevist?

Gransking av et åsted for å sikre bevis.

Ordet bevis brukes annerledes i dagliglivet og i rettssystemet enn i naturvitenskapen. Når noe er overveiende sannsynlig, regner vi det som bevist – slik oppfatter de fleste det. Hvis en siktet i en kriminalsak har etterlatt seg hårstrå på åstedet, blir dette regnet som et sikkert spor og kan føre til en fellende dom. Men andre personer kan i prinsippet ha plantet disse hårstråene der. Derfor er dette ikke et vitenskapelig bevis. Naturvitenskapen bruker ikke ordet bevis. Selv om vi erfarer at alle planter før eller siden dør, er ikke dette et «bevis» for at alle framtidige planter kommer til å dø. Vi har ikke grunnlag for å forkaste muligheten for «en udødelig plante».

De erfaringene som er gjort fram til nå, er derfor ikke bevis innenfor naturvitenskapen. Matematikken og logikken setter derimot opp «bevis» for sine læresetninger. I engelsk kan det være noe lettere å skille mellom de ulike betydningene. Her brukes evidence i betydningen bevismateriale om noe man har sterk tro på, om nokså entydige indikasjoner, og dette begrepet kan brukes i naturvitenskapen. Proof er bevis i den betydningen vi trenger i matematikk og logikk. Ordet blir også brukt i forbindelse med avgjørende bevis i for eksempel kriminalsaker.

Naturfaglig kunnskap kan forklare fenomener i naturen Naturfagene kan også brukes til å gi en praktisk forklaring på fenomener i naturen. Vi skal se på et eksempel på det. Vinteren 2013 ble Kristiansand plaget av en ubehagelig lukt. Området rundt en barnehage var spesielt hardt rammet. Mange foreldre reagerte på denne lukten – det luktet oppkast, og folk lurte på om det var ekstra mye sykdom i denne barnehagen. Årsaken til den vonde lukten var imidlertid ikke sykdom, men at jorda etter en lang periode med lite snø og mye frost begynte å tine. Lukten kom fra anaerob (anaerob = uten luft) nedbryting av planterester i jorda. Det er først og fremst bakterier som står for denne nedbrytingen. I den blir det blant annet dannet smørsyre eller butansyre. Den har en karakteristisk lukt som minner om nettopp oppkast. Biologer og kjemikere kunne raskt forklare dette fenomenet gjennom den kunnskapen de hadde om nedbrytingsprosesser i jorda. Fenomenet kalles isbrann og kan forekomme i overgangen mellom vinter og vår. I forbindelse med smelting på seinvinteren kan det oppstå en svært ubehagelig lukt i jorda.

Naturfaget kan brukes til å gi en praktisk forklaring på fenomener i naturen.

1 • Utforskingen av vår verden

forskerspiren

1.2 Spørreundersøkelser som arbeid med naturfag Vi skal se nærmere på et eksempel på en undersøkelse som kan gjennomføres med utgangspunkt i den naturvitenskapelige arbeidsmetoden: Sunniva og Erlend går i samme klasse og syns klassekameratene bruker mye tid med mobiltelefon og foran en datamaskin i stedet for å være sammen med andre eller drive fysisk aktivitet. De ble derfor enige om å gjennomføre undersøkelser i klassen som kan avdekke hvor mye tid som går med til dette. De undersøkte hvilke anbefalinger som er kommet fra fagpersoner med tanke på bruk av mobiler og datamaskiner med tilgang til bl.a. Internett og spill. De ble enige om å skille mellom tid brukt til skolearbeid og tid brukt til andre ting. De laget følgende spørreskjema som de delte ut i klassen:

Hvor mye tid bruker du daglig (hverdager):

0–1 timer

1–2 timer

2–3 timer

3–4 timer

4–5 timer

Mer enn 5 timer

Bruk av pc til skolearbeid Bruk av pc i fritida Bruk av mobiltelefon og nettbrett Bruk av spillkonsoller som PlayStation, Xbox osv. Idrett Andre fritidsaktiviteter Være med venner og familie (utenom fritidsaktiviteter og skole)

Drøft disse oppgavene i klassen: 1. Kommenter måten undersøkelsen ble gjennomført på. 2. Er det noe dere ville ha endret på i undersøkelsen? 3. Hvilke hypoteser bør Sunniva og Erlend stille opp? 4. Hvilke konklusjoner kan de eventuelt trekke av undersøkelsen?

repetisjon

Den naturvitenskapelige metoden 1.3 Den naturvitenskapelige metoden Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Når et fenomen i naturen skal utforskes, begynner forskerne ofte med det de tror kan forklare fenomenet. De setter opp en tenkt forklaring, en hypotese. Hypotesene er antakelser og bygger gjerne på teorier innenfor fagfeltet, altså det allerede kjente, men går et skritt videre. Her er det rom for fantasi, oppfinnsomhet og undring. Hypotesene testes gjennom eksperimenter eller undersøkelser der forskeren for eksempel forsøker å måle noe. Målingene vi gjør, kan vi bruke til å bekrefte eller forkaste hypotesen vår. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en variabel. Bak hvert av trinnene i den naturvitenskapelige metoden ligger det nøyaktig arbeid, grundig og systematisk registrering av data og bruk av kreative og analytiske evner. Undersøkelsene og tolkningen av resultatene kan også ta svært lang tid. Vi kan ikke bevise at en hypotese er riktig, men vi kan teste hypotesen på mange måter og samle støtte for at den synes å være holdbar. Hypoteser som vi finner støtte for i undersøkelser – ofte over lang tid – blir til teorier eller læresetninger. Det er disse teoriene og læresetningene du møter i lærebøker i for eksempel naturfaget. Ett eneste forsøk kan også motbevise en hypotese eller en teori; vi sier at den kan falsifiseres (påvises som falsk, altså feilaktig).

? ? ?

Innsamling

Hypoteser

Utforskning

Konklusjoner

Formidling

Figur01.01

Det ligger mye og nøyaktig naturvitenskapelig arbeid bak den kunnskapen vi har om verden omkring oss.

Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese → undersøkelser/eksperimenter/ observasjoner → resultater → analyse/tolkning → konklusjoner.

1 • Utforskingen av vår verden

repetisjon

Rapportskriving

Den naturvitenskapelige metoden.

DEN NATURVITENSKAPELIGE METODEN

I noen forsøk har du først lest teorien i læreboka og vet hva resultatet skal bli. Det er likevel viktig at du får erfaring med å utføre disse forsøkene. Du skal observere, måle og notere resultatene og vurdere måleusikkerhet og feilkilder. Etterpå kan du gjøre rede for arbeidet ditt i en rapport. Tabellen nedenfor viser hva en slik rapport bør inneholde.

Endrede teorier Eksisterende teorier Idéer Fantasi Frie observasjoner

Hypoteser (problemstilling)

Eksperimenter, systematiske observasjoner

Resultater

Revisjoner

Analyse Tolkning

Bekreftet

Konklusjoner

Ikke bekreftet

Formidling (avhandling publisering)

Innhold

Beskrivelse

Tittel på forsøk, navn og dato

Tittel på forsøket og eventuelt også nummer. Ditt eget navn. Datoen da du gjorde forsøket.

Hensikt

Hva du vil undersøke i forsøket, eller hva forsøket går ut på. Trekk gjerne inn aktuelt lærestoff. Aktuelle hypoteser som skal testes?

Utstyrsliste

Liste over utstyret du brukte.

Framgangsmåte

Forklar hvordan du utførte forsøket.

Figurer

En god figur eller et godt foto (bruk mobiltelefon) av oppstillingen av forsøket gir også hjelp til å beskrive forsøket. Sett gjerne navn på forsøksutstyret du brukte.

Observasjoner og resultater

Forklar hva du observerer under forsøket, og noter måleresultatene. Dersom det er mulig, kan du sette opp resultatene i en tabell eller bruke et diagram. I noen forsøk kan det være aktuelt å behandle eller framstille resultatene med digitalt verktøy.

Drøfting

Eventuelt: Her diskuterer du observasjonene og måleresultatene. Ta også med feilkilder og usikkerhet.

Konklusjon

Her skriver du de konklusjonene som du kommer fram til ut fra resultatene dine. Stemmer resultatene med det du har lært om dette? Gir resultatene støtte til den hypotesen du formulerte før forsøket?

Feilkilder og usikkerhet i forsøket En viktig del avFigur01.01b det vitenskapelige arbeidet er vurdering av feilkilder og måleusikkerhet. Vi kan begrense feilkilder og måleusikkerhet ved å variere bare én variabel om gangen. Dette kaller vi variabelkontroll. Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet, ofte kaller vi det måleusikkerhet. For å redusere denne usikkerheten kan vi gjøre følgende: • Arbeide nøye og systematisk. • Gjenta forsøket flere ganger. • Kontrollere måleinstrumentene. Bruk gjerne mer enn ett instrument. • Teste tilstrekkelig mange variabler. • La andre også utføre forsøkene og se om de kommer fram til samme resultat. • Akseptere at målinger kan være unøyaktige og derfor la være å trekke bastante konklusjoner på tynt grunnlag.

Sammendrag og nøkkelbegreper Sammendrag • Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling der kunnskapen vår stadig er blitt utvidet.

• Å skille mellom hva som er påstander om noe, og hva som er etterprøvde resultater av faktiske undersøkelser, er en viktig siden ved kildekritikk.

• Med den store informasjonsmengden vi

• Feilkilder må vurderes i et forsøk. Vi kan begrense feilkilder og usikkerhet ved å variere bare én variabel om gangen. Dette kaller vi variabelkontroll.

• Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet. For å redusere denne graden av usikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk, gjenta forsøkene og ikke trekke forhastede konklusjoner.

har tilgang til i dag, særlig via Internett, er det viktig å være kritisk og velge ut gode og kvalitetssikrede kilder.

• Naturfaget kan brukes til å gi en praktisk forklaring på fenomener i naturen.

• Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese → undersøkelser/eksperimenter/observasjoner → resultater → analyse/tolkning → konklusjoner.

• Vi vet at det ofte er mange årsaker til det fenomenet vi observerer. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en variabel.

1 • Utforskingen av vår verden

oppgaver

1.1 Naturvitenskapen

• 1.1.1

1.1.2

• 1.1.3

1.1.4

• 1.1.5

Bruk Internett til å finne ut om det har vært aktuelle saker om fusk i forskningen i Norge de siste årene. a) Forklar hva som menes med kildekritikk. b) Hva bør vi legge vekt på eller undersøke for å sikre at kildene har god kvalitet? I mediene og i reklame kan vi finne mange eksempler på påstander og mange eksempler på faktaresultater som er etterprøvd. Bruk Internett til å finne noen slike eksempler. Forklar hvorfor vi ikke er anonyme på Internett. a) Gjør et søk på Internett med en vanlig søkemotor. Bruk et av de faguttrykkene eller begrepene du har lest om i dette kapittelet. Diskuter de treffene du fikk, enten med en i klassen eller sammen i en gruppe. b) H vilke treff var det som kom først på trefflista, og hvorfor kom disse treffene så høyt opp? c) F ikk dere de samme treffene på de ti første?

• 1.1.6

Undersøk på Internett ved søk eller i lokale medier om det har forekommet naturfaglige fenomener (slik som vond lukt i Kristiansand vinteren 2013) i ditt nærmiljø. Kan disse fenomenene forklares ut fra naturfaglig kunnskap? 1.1.7 Hva mener vi med basiskunnskaper i naturvitenskapene? 1.1.8 Hvilke fag eller fagområder tilhører naturvitenskapen? 1.1.9 Fins det noen områder i tilværelsen din som ikke på en eller annen måte er knyttet til moderne teknologi, naturvitenskap eller forskning? 1.1.10 Hvilke institusjoner eller bedrifter • i nærheten av der du bor, driver naturvitenskapelig forskning? Hva slags forskning foregår der? 1.1.11 Hvorfor er det problematisk å bruke ordet bevis i naturvitenskapen? 1.1.12 Hvorfor er det viktig å skille mellom hva som er påstander om noe, og hva som er etterprøvde resultater av faktiske undersøkelser?

øvelser

Ø 1.1 Hva isolerer best mot varmetap? Utstyr Termometer Fem halvliters brusflasker Ullsokk Syntetisk sokk Bomullssokk Aluminiumsfolie

Del 2: Gjenta forsøket, men denne gangen skal du fukte sokkene i lunkent vann før du trekker dem utenpå flaskene.

Resultater Del 1: Lag en tabell der du noterer de vanntemperaturene du målte i de fem flaskene. Del 2: Sett på tilsvarende måte disse resultatene inn i en tabell. Konklusjon og feilkilder Hvordan vil du tolke resultatene? Er det forskjell på isolasjonsevnen til de materialene du testet? Hvordan ble resultatet påvirket av at sokkene var fuktet med vann i del 2? Hvordan holder våte strømper på varmen? Er det noen feilkilder i forsøket?

Teori og hensikt Du har sikkert prøvd forskjellige slags sokker om vinteren og lagt merke at det varierer hvor godt de holder på varmen. I dette forsøket skal vi teste isolasjonsevnen til sokker som er laget av forskjellige materialer.

Forsøket kan utvides ved at du kler en flaske med svart papir og en flaske med hvitt papir og måler temperaturen på tilsvarende måte som ovenfor.

Framgangsmåte Del 1: Kle tre av plastflaskene med hver sin type sokk. Kle én plastflaske med aluminiumsfolie. La en flaske være uten isolasjon. Fyll flaskene med varmt vann. Alle flaskene skal fylles med vann som holder samme temperatur, ca. 70 ºC er ideelt. Sett et termometer oppi flaskene og sjekk temperaturen. Det er viktig å lese av temperaturen i de forskjellige flaskene raskt så ikke varmetapet påvirker resultatet. Noter resultatet. La flaskene stå i 15 minutter med termometeret i. Noter deretter temperaturen i de fem flaskene igjen.

1 • Utforskingen av vår verden

Ø 1.2 Populasjonsvekst hos gjærceller Utstyr Varmt vann (40–48 °C). Bruk gjerne vannbad. 50 g gjær Sukker Erlenmeyerkolber 250 ml Reagensglass eller 25 ml målesylinder Glassrør Gummislanger Kork med hull for glassrør

Teori og hensikt I dette forsøket ønsker vi å lære mer om den naturvitenskapelige metoden. Ved å studere produksjon av karbondioksidgass (CO 2) når gjærceller omdanner sukker, kan vi variere variablene temperatur og mengden av gjær, sukker eller vann. Skriv en kort forklaring i rapporten om hvordan gjærceller omdanner sukker.

Framgangsmåte Velg hvilken av variablene du vil variere i forsøksserien din, og la de andre variablene være konstante. Velg gjerne mengder eller verdier som er nokså like det eksempelet du finner i kapittelet. Hvis du varierer gjærmengden, velger du for eksempel 5 g, 10 g, 15 g og 20 g og bruker 100 ml = 0,1 liter vann med temperatur ca. 42 °C. Formuler en hypotese før du starter forsøksseriene. Gassen som blir produsert i forsøkene, kan du samle opp i reagensglass eller i målesylindere fylt med vann som står på hodet i en glasskål med vann. Gassen ledes gjennom glassrør fra erlenmeyerkolben med gjær, vann og sukker til reagensglasset eller målesylinderen. Når reagensglasset er tomt for vann eller gassmengden i målesylinderen har et bestemt volum, f.eks. 25 ml, avslutter vi hvert forsøk. Noter tida i hvert av forsøkene. Resultater En tabell fra en undersøkelse av gjærceller med fire variabler kan se slik ut:

Temperatur (°C)

Gjær (i gram)

Sukker (i gram)

Vann (i liter)

Mengde CO2 målt (i mL)

Tid fra sukkeret ble tilsatt til det var produsert en bestemt gassmengde

Forsøk A Forsøk B Forsøk C Forsøk D

Konklusjon og feilkilder Lag en konklusjon på grunnlag av de resultatene dere har fått. Støtter resultatene den hypotesen dere hadde satt opp? Kan du tenke deg eventuelle feilkilder?

Ø 1.3 Hva trenger plantene for å vokse I? Utstyr Petriskåler Blomsterjord Frø, f.eks. grasfrø, karsefrø eller solsikkefrø Aluminiumsfolie Plantegjødsel Plastposer NaOH, natronlut

Oppgaver Hver gruppe av elever setter opp de plantekulturene som er vist på tegningene. Forsøket bør gå så lenge at den kulturen som er tegnet øverst til venstre, har vokst minst 5 cm. Resultat Noter hvordan veksten har vært i hver av de seks kulturene.

Teori Planter trenger lys, varme, fuktighet og næring. Dessuten må de ha karbondioksid for å kunne vokse.

Konklusjon og feilkilder Lag en konklusjon på grunnlag av de resultatene dere har fått. Kan du tenke deg eventuelle feilkilder?

Hensikt og framgangsmåte I dette forsøket skal vi undersøke hvordan hver av disse fem faktorene virker inn på utviklingen hos plantene. Ved å fjerne en av disse vekstbetingelsene om gangen kan vi se hvordan hver faktor virker inn på veksten.

Optimale betingelser

Folie

For lite vann

Uten lys Fuktig porøs jord med næring

Jord med næring

Delvis tørr jord

Uten varme

Uten næring

Lufttett

Uten CO2

I kjøleskap

Vatt/bomull

NaOH

Med natronlut

1 • Utforskingen av vår verden