Innhold Forord................................................................... 9
Del 1
Vår fysiske verden................................................. 11 Vær nysgjerrig og still spørsmål.......................................... 12
Kapittel 1
Veien til vårt verdensbilde..................................... 13 Hvorfor finnes vi og verden?. . ............................................. Utviklingen av verdensbildet vårt......................................... Skapelsesmyter i førkristen tid. . ...................................... Skapelsesfortellingen i Bibelen....................................... Sol, måne og stjerner var viktige i gamle kulturer. . ................... De gamle grekernes innflytelse på vitenskapen. . ..................... Fra geosentrisk til heliosentrisk verdensbilde........................ Atomet oppdages.. ........................................................ Atommodellen utvikler seg gradvis................................... Atomet er ikke udelelig................................................ Protoner og nøytroner er bygd av kvarker............................. Atomer danner molekyler............................................. Atommodellene er forenklinger....................................... Det firedimensjonale univers. . ............................................ Albert Einstein......................................................... Elektromagnetisk stråling og synlig lys.................................. Hvor kommer elektromagnetisk stråling fra?. . ........................ Det elektromagnetiske spekteret.. .................................... Lys går i rette linjer.................................................... Hva betyr det at lys er polarisert?..................................... Kvantemekanikken........................................................ Dobbeltspalteeksperimentet.......................................... Aspect-eksperimentet.................................................
14 14 14 15 15 15 16 18 19 19 19 20 21 24 24 25 25 25 25 26 27 27 28
5
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 5
19/06/2017 10:57
Innhold
Hva sier den moderne fysikken om hvordan verden ble til?.. ............. Big bang-teorien – fra ingenting til alt som er.. ....................... Universet utvider seg.................................................. Tid og rom er egenskaper ved vårt univers............................ Summen av energi og masse er konstant............................. Hvilke observasjoner støtter Big bang-teorien?....................... Hvordan kommer vårt verdensbilde til å se ut i framtida?................
28 28 29 29 29 31 31
Kapittel 2
Å utforske verdensrommet. . ................................... 33 Hva er et solsystem?...................................................... Solsystemet vårt.......................................................... Sola. . .................................................................. Planetene i solsystemet vårt.......................................... Årstider og dag og natt ............................................... Månen................................................................. Andre solsystem. . ......................................................... Stjerner og galakser. . ..................................................... Melkeveien er en spiralgalakse....................................... Stjernebildene. . ........................................................... Mange barn er opptatt av verdensrommet................................
34 34 34 36 40 40 44 44 46 47 50
Kapittel 3
Vær og klima. . ....................................................... 51 Hva er forskjellen på vær og klima?....................................... Atmosfæren............................................................... Drivhuseffekten....................................................... Ozonlaget beskytter mot ultrafiolett stråling. . ........................ Forskjellige typer vær..................................................... Luftfuktighet.. ......................................................... Nedbør.. ............................................................... Vind.. .................................................................. Tordenvær............................................................. Vær og vind former landskapet.. ..........................................
52 52 53 54 55 55 56 58 58 60
Kapittel 4
Teknologi i barnehagen......................................... 61 Hva er teknologi?.......................................................... Enkle tekniske leiker...................................................... Hva menes med hverdagsteknologi?. . .................................... Informasjonsteknologi.................................................... Nettvett................................................................ Pedagogisk programvare.............................................. Hvorfor trenger barn å lære om teknologi?. . ..............................
62 63 67 68 68 68 68
6
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 6
19/06/2017 10:57
Innhold
Del 2
Eksperimenter i barnehagen. . ................................ 69 Hva er et eksperiment?.................................................... Hvorfor er det viktig å gjøre eksperimenter i barnehagen?............... Barn vil forstå verden. . ................................................ Eksperimenter og forsøk kan fremme samarbeid..................... Dårlige opplevelser dreper lærelysten.................................... Det enkle er ofte det beste................................................ Å legge til rette for leik og eksperimentering............................. De yngste barna.......................................................
70 70 71 72 72 72 73 74
Kapittel 5
Vannleik............................................................... 75 Vannets egenskaper. . ..................................................... Vannmolekylet.. ....................................................... Overflatehinna.. ....................................................... Vann har stor varmekapasitet......................................... Vann kan være et løsemiddel. . ........................................ Vann kan ha mange former............................................ Is har mindre tetthet enn vann........................................ Aktiviteter med vann i barnehagen. . ......................................
76 76 76 77 77 77 78 78
Kapittel 6
Luft og lyd............................................................ 81 Hva er luft?................................................................ Luft er noe og tar plass................................................ Varm luft er lettere enn kald luft. . ..................................... Lufta kan bevege seg.................................................. Hva er lyd?. . ............................................................... Hvordan beveger en lydbølge seg?.................................... Hvor raskt går lyden?.................................................. Egenskaper ved lyd. . ...................................................... Tonehøyde. . ........................................................... Volum. . ................................................................ Lyd sendes tilbake fra gjenstander.................................... Å oppfatte lyd............................................................. Øremuslingen samler lydbølgene..................................... Vi kan retningsbestemme lyden....................................... Hvorfor er lyd viktig for oss?..............................................
82 82 83 83 84 87 89 89 89 89 90 91 91 91 92
Kapittel 7
Lys og farger......................................................... 93 Hva er lys?................................................................. Egenskaper ved lys........................................................ Hvordan oppstår fargene?................................................. Fargene snakker til oss................................................
94 94 97 98
7
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 7
19/06/2017 10:57
Innhold
Kapittel 8
NĂĽr stoffer reagerer............................................... 99 Kjemi i dagliglivet......................................................... Mat er kjemi........................................................... Endoterme og eksoterme reaksjoner.................................. Forbrenning........................................................... Syrer og baser......................................................... Hvorfor drive med kjemi i barnehagen.................................... Forsiktighetsregler.................................................... Vi trenger nysgjerrige barn som kan bli nysgjerrige voksne.......... Litteraturliste. . ............................................................ Lenkesamling. . ............................................................
100 100 101 102 102 105 105 106 107 107
Stikkord.. .............................................................. 109
8
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 8
19/06/2017 10:57
Forord
Denne boka er tilpasset Forskrift om ramme plan for barnehagelærerutdanning, som trådte i kraft i 2012. Der slås det fast at Forskrift om rammeplan for barnehagens innhold og oppga ver danner utgangspunkt for undervisningen på barnehagelærerutdanningen. Derfor er For skrift om rammeplan for barnehagens innhold og oppgaver også sentral i denne boka. Jeg har tatt utgangspunkt i kunnskap om fysikk, kjemi og teknologi som barnehagelærere bør kjenne, og aktiviteter som er gjennomførbare i barnehagen. Dette er teori og praksis som kan forberede studenten på et yrke som barnehagelærer. Utdanningen skal forholde seg til lov om barneha-
Naturfaglige aktiviteter og eksperimenter
I del 2, Eksperimenter, presenterer jeg aktiviteter og eksperimenter som egner seg i barnehagen. Stoffene er ufarlige, og det meste av utstyret kjenner barna til fra før.
Aktiviteter, fakta og samtaler
Aktiviteter er markert med . Fakta som går mer i dybden enn hovedteksten, er . Forslag til samtaletema er markert med grønn ramme i teksten. Dette er bare forslag – samtaler er viktig for barns læring og forståelse, og bør inngå i alle aktiviteter som barna deltar i.
ger av 17. juni 2005 nr. 64 og gjeldende forskrift om rammeplan for barnehagens innhold og oppgaver.
Gjennom arbeid med natur, miljø og teknologi
(Nasjonal forskrift om rammeplan for barnehagelærer
skal barnehagen bidra til at barna opplever, utfor
utdanning, 2012)
sker og eksperimenterer med naturfenomener og fysiske lover.
Bakgrunnskunnskap
Jeg har lagt vekt på de delene av realfag og teknologi som er mest aktuelle i barnehagen. I del 1, Vår fysiske verden, starter jeg med enkelte innslag fra vitenskapshistorien. Denne bakgrunns kunnskapen er viktig for å forstå framveksten av vitenskap og teknologi. Så kommer en beskrivelse av de minste delene av universet og universet som helhet. Deretter er det lagt vekt på vårt solsystem og forhold som påvirker livet på jorda, som vær og klima. Resten av del 1 handler om hverdagsteknologi.
(Forskrift om rammeplan for barnehagens innhold og oppgaver, 2017)
De yngste barna i barnehagen
I den nye forskriften for barnehagelærerutdanning trekkes de yngste barna fram som en gruppe vi skal ta spesielt hensyn til. Utdanningen skal vektlegge det økte mangfoldet i barnehagen, herunder økt andel barn under tre år. (Forskrift om rammeplan for barnehagelærerutdanning, 2012)
9
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 9
19/06/2017 10:57
Forord
Mange ser det som en utfordring å finne gode aktiviteter for de yngste barna i barnehagen. Jeg har valgt noen aktiviteter som jeg mener egner seg spesielt for de yngste. Disse er merket med «For de yngste». Også mange av de andre aktivitetene i boka kan forenkles etter behov slik at de passer for de yngste barna. Jeg vil takke studentene mine gjennom mange år. De har bidratt mye til min forståelse av hva som er viktig kunnskap og viktige ferdigheter innen naturfag for barnehagelærere. En del av illustrasjonene viser materiale som studenter
har laget eller aktiviteter der studenter deltar, og jeg takker dem spesielt. Jeg vil også takke mine gode kolleger på Seksjon for naturfag ved Dronning Mauds Minne for gode råd og innspill. Takk også til forlagsredaktør Mary-Ann Hjemdahl og fagkonsulenter i Cappelen Damm for oppmuntring og gode råd. En spesiell takk til Ingvild, Magnus, Ragna, Torjus og Elida for mange fine illustrasjoner. Trondheim, april 2017 Hjørdis H.K. Bakke
10
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 10
19/06/2017 10:57
Kapittel 5
Vannleik
Figu
Leken skal være en arena for barnas utvikling og
Studenten […] har kunnskap om leken som fenomen i
læring [...].
barndommen og som en arena for læring, vennskap og
(Forskrift om rammeplan for barnehagens innhold og oppgaver, 2017)
kontakt mellom barn […] (Læringsutbytte fra Nasjonale retningslinjer for barnehagelærer utdanning, 2012)
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 75
19/06/2017 10:59
Kapittel 5
Vann finnes overalt og brukes til «alt». Det er en livsviktig del av vårt fysiske miljø. Vi drikker vann, vi bader i vann, og vi bruker vann til matlaging. Livet, slik vi kjenner det på jorda, er umulig uten vann. Vann er også viktig i formingen av kloden vår. Det er vannet som har gravd ut de store elvene og tatt med seg sanden og slammet som utgjør de fruktbare områdene vi finner mange steder i kystområder eller ved store elver. Det er også vannet som tærer på de store fjellkjedene, og som i en fjern framtid sørger for at disse blir vekk. Når vannet bryter ned fjell, kaller vi det erosjon. Det skjer delvis ved påvirkning av rennende vann, men også ved at vann som fryser, sprenger ut deler av steinen. Vann er et utmerket utgangspunkt for mange eksperimenter og aktiviteter. Aktivitetene kan tilpasses alle alderstrinn. De fleste barn elsker vann, enten det er ute i en sølepytt eller inne i en vask eller ei balje. Det er nesten ubegrensa hva som kan gjøres med vann. Vi kan blande farger i vannet, løse opp ting i vannet, ha såpe i vannet eller prøve å finne ut hva som flyter og synker, og mye mer.
Vannets egenskaper Vannmolekylet
Vannmolekylet er satt sammen av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Hydrogen atomene er plassert ved siden av hverandre på oksygenatomet slik at vinkelen mellom linjene fra hver hydrogenkjerne til oksygenkjernen er 104,5°. Oksygen har det som kalles stor elektronegativitet, mens hydrogen har mindre elektronegativitet. Det betyr at oksygen har større evne enn hydrogen til å trekke til seg elektroner, og elektronene som inngår i bindingene mellom et hydrogenatom og oksygenatomet, trekkes nærmere oksygenatomet. Vannmolekylet vil derfor få en negativ ladning ved oksygenatomet og positiv ladning ved hydrogenatomene. Dette gjør at et hydrogenatom i et vannmolekyl vil tiltrekkes av et oksygenatom i et annet vannmolekyl, slik at det i vannet ikke bare er bindinger mellom atomene, men også noe sva-
Figur 5.1 Vannmolekylet. Oksygenatomet er tegna rødt og hydrogenatomene blå. Vi tenker oss at kulene viser elektronskyene rundt atomkjernene, som er sentrene i kulene.
Alt levende må ha vann La barna puste på et speil eller et vindu og se at det blir vått. Dette kan brukes som utgangspunkt for en samtale om at alle planter og dyr har vann i kroppen, og at vi er helt avhengige av vann for å leve.
kere bindinger mellom molekylene, såkalte hydrogenbindinger. Dette gjør at vannet har unike kjemiske egenskaper, som er viktig for alt liv på jorda.
Overflatehinna
Nede i vannet virker hydrogenbindingene i alle retninger. I overgangen mellom vann og luft virker disse kreftene bare sidelengs og nedover, ikke oppover. Dette gjør at de horisontale kreftene mellom vannmolekylene blir sterkere på overflaten, slik at den blir litt vanskeligere å trenge igjennom. Vi tenker oss at vi har ei overflatehinne. Denne hinna bruker enkelte smådyr, slik at de kan gå på vannet. Det er ikke så vanskelig å få ei synål til å flyte på overflatehinna. Hvis du dytter den ned i vannet, synker den med en gang. Det samme skjer hvis du har i litt olje eller oppvaskmiddel i vannet, for da ødelegges overflatehinna.
76
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 76
19/06/2017 10:59
Vannleik
Vann har stor varmekapasitet
At et stoff har stor varmekapasitet, betyr at vi trenger mye energi for å varme det opp. Til gjengjeld holder stoffet lenge på varmen. Det tar lang tid å varme opp vann, men det blir ikke kaldt igjen så snart vi slutter å tilføre varme. Til sammenligning har metaller ofte lav varmekapasitet. De blir raskt oppvarmet, men blir også veldig fort kalde igjen. Aluminium har ikke spesielt lav varmekapasitet til metall å være, men det er ikke noe problem å ta i aluminiumsfolie som kommer rett fra steikeovnen. Det kreves mye energi for å få is til å smelte eller vann til å fordampe. Når vi svetter, tar svetten varme fra huden når den fordamper, slik at vi blir avkjølt. Vi kan utnytte denne egenskapen ved vann til for eksempel å pakke vannflaska inn i en våt håndduk når vi ligger på stranda. Når vannet i håndduken fordamper, vil det virke på samme måte som når vi svetter – det vil ta varme fra vannflaska inni, og innholdet i flaska holder seg kaldt.
Lag et enkelt kjøleskap Du trenger en stor terrakottapotte, slik at det er plass til ei vannflaske eller noe annet du vil kjøle ned. Spyl potta med vann, og sett den med bunnen opp på et fat med litt vann oppi. Du kan nå legge det du vil kjøle ned inni potta. Det holder seg kaldt fordi vannet som fordamper, trekker varme fra potta. Sett gjerne en stein oppå hullet i potta så varmen ikke slipper inn.
Lag
Vann kan være et løsemiddel
Noen stoffer løser seg i vann, andre ikke. Av de stoffene som løser seg, kan vi bare løse en viss mengde før løsningen er mettet. Vannløselige stoffer løser seg saktere i kaldt vann enn i varmt vann. Fordi vann er et løsemiddel, bruker vi vann til å vaske med. Hvis vi har en kasserolle med innbrent mat i bunnen, kan vi få løst opp det brente belegget ved å ha vann i kasserollen. Når vi løser salt i vannet, vil det «forsvinne». Hvorfor det? Hvordan kan vi vite at det fremdeles er i vannet? Kan vi få tilbake saltet på noen måte? Har barna erfaringer fra før med at noe vann er salt og noe ikke? Kanskje vi kan dra paralleller til det saltet vi har i maten. Hvor kommer det fra? Hvordan «lages» det? Det er mange spørsmål vi kan stille i forbindelse med en slik enkel sak som å ha salt i vann. Med utgangspunkt i disse spørsmålene kan vi gjøre mange eksperimenter. Salt (NaCl) er sammensatt av like mange positive ioner (Na+) og negative ioner (Cl–) i et krystallgitter. Når salt kommer i vann, vil det løses til ioner, og da ser vi det ikke. For å få tilbake saltet kan vi dampe bort vannet. Saltet blir liggende
igjen. Vi ser ikke saltet i vannet, selv om det har vært der hele tiden. Hvis vi blander litt soyaolje i vannet, ser vi at den ikke løser seg. Vi kan prøve mange andre ufarlige væsker i vannet. Hvilke løser seg?
Vann kan ha mange former
Vann opptrer i flytende form, som vanndamp og som fast stoff (is og snø). Når vann fryser, kan det ta mange former. Vi kan se det som snø, is på bakken, rim på vinduer eller istapper som henger fra tak eller bergvegger. Er det kaldt om vinteren, kan vi se snøkrystallene ganske tydelig. Hvis vi får dem til å falle på et mørkt ark, blir det lettere å se dem. Det er en fordel at arket er kaldt, slik at ikke snøkrystallene smelter med én gang. I dårlig isolerte vinduer kan vi også se at det danner seg krystaller hvis det er kaldt om vinteren. Krystallene vokser og får sin form fordi vannmolekyler fester seg til hverandre på en ordnet måte (gitterstruktur). 77
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 77
19/06/2017 11:00
Kapittel 5
Fra takrennene kan det henge istapper. Disse er morsomme å se på, men farlige å få i hodet. Både snøen, isen og isrosene på vinduet er vann som ikke er i flytende form. Alle stoffer har muligheten til å være i fast form, væske eller gass avhengig av temperaturen og trykket. Celsiustemperaturskalaen er laget med utgangspunkt i vannets smeltepunkt, som vi kaller null grader, og vannets kokepunkt, som vi kaller hundre grader.
Is har mindre tetthet enn vann
I motsetning til de fleste andre stoffer vil vann utvide seg når det fryser. Is tar med andre ord større plass enn vann i væskeform. Om vannet ikke hadde hatt denne uvanlige egenskapen, ville ikke isen blitt liggende oppå vannet, men sunket til bunns. Det hadde vært katastrofe for livet i innsjøene. At vannet utvider seg når det fryser, gjør også at det kan sprenge i stykker fjell og stein og erodere landskapet. Vann tar aller minst plass (har størst tetthet) ved 4 °C. Det har betydning for vannsirkulasjonen når isen smelter og når den fryser. Når smeltevannet fra isen blir 4 °C, vil det synke til bunns, og varmere vann lenger nede vil presses oppover.
Aktiviteter med vann i barnehagen
Figur 5.2 og figur 5.3 Istapper fra taket og isroser på vinduet er begge eksempler på frossent vann.
Å se et barn oppdage snøen for første gang er en artig opplevelse. Den må tas på, smakes på og undersøkes på alle måter. For noen kan det være litt skummelt at alt plutselig er helt hvitt. At snøen blir til vann i varme fingre eller på tunga, er ingen selvfølge for en ettåring. Det å forstå at snø blir til vann når vi tar den med inn, åpner for mange nye erkjennelser om verden som omgir oss. Som nevnt mener jeg at de beste eksperimentene er de som kan synliggjøre grunnleggende egenskaper ved naturen rundt oss, og vi må forsøke å spille på barnas nysgjerrighet og la aktivitetene være prega av leik. Vi bør bestrebe oss på at utgangspunktet for aktiviteten er noe barna er opptatt av på forhånd. Som et eksempel kan godt det første snøfallet om høsten utnyttes til å starte et prosjekt om snø, vann og is som kan vare i en lengre periode og utvikle seg fra en enkel aktivitet som snøsmelting.
78
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 78
19/06/2017 11:00
Vannleik
Renner det over? Utstyr
Et glass vann Isbiter
Beskrivelse
Legg isbitene oppi vannet. Fyll på med vann til det nesten renner over. Hva skjer når isbitene smelter? Vil havnivået øke dersom isfjell som flyter i havet smelter? Hva hvis fastlandsis smelter? Hvorfor flyter isen oppå vannet?
Forklaring
Fordi isen allerede har trengt unna vann tilsvarende sin egen masse, vil ikke vann-nivået i glasset endre seg når isen smelter (det kan være små endringer på grunn av endring av temperaturen i vannet, men det er ubetydelig i et så lite volum). Vannet vil altså ikke renne over. Det samme gjelder all is som flyter
Figu
i vann – vannvolumet øker ikke fordi om den smelter. Hvis isen ligger på fastlandet, vil vannet renne ut i havet og forårsake økt vannmengde. Grunnen til at isen flyter oppå vannet, er at den har mindre tetthet enn vannet (mindre vekt per volum).
Vannleik for de yngste Også de yngste barna er som oftest glad i å holde på med vann. Setter vi dem ved en rennende kran eller ei vannbalje, vil de snart begynne å leike med vannet. Hvis de har tilgang på plastkopper, heller de gjerne vann fra en kopp til en annen. De smaker litt, plasker litt, tar på vannet og undersøker det så grundig de kan. De kan for eksempel prøve å helle vann fra en stor kopp til en mye mindre – og blir forundra når det renner over. Nesten alle små barn vil helle vann fra en kopp til en annen hvis vi lar dem få lov til å gjøre det. Alt kan blandes oppi vannet. Det kan være sand, såpe, salt, sukker eller vann-
løselige farger. De voksne må passe på at det som barna gis tilgang til, er ufarlige stoffer. De yngste barna smaker mer enn gjerne på sine eksperimenter. Jeg har også sett barn mellom ett og to år som prøver å krype oppi litermål og andre beholdere av samme størrelse. Frustrasjonen kan bli stor når de ikke får til å få plass til mer enn en fot oppi koppen. Dette forteller oss at de yngste antakelig har liten evne til å bedømme størrelser og mengder. Denne evnen er noe som må trenes opp, og nettopp slike aktiviteter hjelper barnet til å se en sammenheng mellom størrelsen på koppen og hvor mye vann det er plass til. 79
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 79
19/06/2017 11:00
Kapittel 5
Øve på volum For litt større barn kan vi gjøre vannleiken litt mer systematisk. La dem få gjette hvor høyt i ei flaske vannet fra et halvlitermål vil gå. La barna måle opp det de tror er èn liter vann, og se hvor nær de kommer. Vi kan hjelpe dem litt ved å vise dem en literboks med melk eller en liter vann helt opp i en annen beholder.
ver)
Figur 5.4 Å blande farger eller helle vann fra en beholder til en annen er en populær aktivitet for mange barn. At de samtidig lærer noe om volum, tenker vi kanskje ikke så mye på.
Flyter eller synker tingen? La barna få prøve seg fram og se om de kan finne ut av hvilke egenskaper ved en ting som gjør at den flyter. De minste vil ikke kunne formidle noen teorier, og de har kanskje heller ikke noen begrep om hva det betyr at en ting flyter eller synker. For de aller yngste kan hensikten med aktiviteten være at voksne hjelper dem å lære disse begrepene. Litt lenger opp i småbarnsalderen kan vi begynne å spørre litt etter teorier og hypoteser. Hvilke ting tror de vil flyte i vannet, og hvorfor tror de at de flyter? Slike spørsmål kan frambringe mange interessante svar. Det kan være at barn tror det er fargen eller størrelsen som avgjør om noe flyter eller synker, men forbløffende ofte vil
de etter hvert komme fram til at det har noe med form og tyngde å gjøre. Dette viser at barna forkaster hypotesene sine og lager nye når de ser at det de trodde, ikke stemmer. Det vil ha noe å si for barnets selvfølelse og nysgjerrighet hvordan de voksne rundt dem forholder seg til barnets utprøving. La barna prøve å finne svaret på egen hånd før du kommer med forklaringer. Vi bør finne ut av ting sammen med dem, ikke for dem. Hvis vi vil hjelpe dem på vei, kan vi for eksempel gi dem en leireklump formet som en båt og en rund leireklump. Den runde leireklumpen synker med en gang, men den som er formet som en båt, flyter. Leirebåten kan vi fylle med spiker helt til den synker.
80
0000 107061 GRMAT Natur 2 170201.indb 80
19/06/2017 11:00