Senere ændringer til forskriften
Ændrer i/ophæver
Redaktionel note
Den fulde tekst

Vejledende retningslinier for faget naturfag (matematik-fysik-kemi) i gymnasiet


Dette er hæfte nr. 21 i en serie på 28 om reglerne for fagene i gymnasiet. Det indeholder de bestemmelser om naturfag, som er fastsat i § 22 i bekendtgørelse af 4. november 1987 om fagene i gymnasiet.(* 1) Desuden indeholder hæftet de vejledende retningslinier for faget.

Vejledende retningslinjer.

Indledning:

Efter 1971-bekendtgørelsen har undervisningen i den naturvidenskabelige begrebsverden på den sproglige linie været varetaget af fagene biologi, geografi og matematik. På den matematiske linie er naturvidenskabelige metoder og tankegange blevet yderligere uddybet og forklaret i fagene fysik og kemi.

I 1987 bekendtgørelsen har man ønsket at styrke naturvidenskaberne på den sproglige linie bl.a. ved at indføre fællesfaget naturfag, hvor faglige begreber og arbejdsmetoder fra fysik og kemi skal inddrages i et integreret samspil med matematik.

Det er væsentligt, at man i naturfag ikke tilstræber en videnskabscentreret undervisning i de tre fag, men i stedet koncentrerer sig om at knytte undervisningen til relevante dagligdags fænomener, og udfra disse fænomener forsøger en eksperimentel og teoretisk behandling af det valgte emne.

I undervisningen skal der således i mindst halvdelen af tiden tages udgangspunkt i emner, som elever og lærer finder egnet og relevant, og hvori matematiske/fysiske/kemiske betragtningsmåder spiller en central rolle. Gennem disse emneorienterede forløb skal sikres en sammenhæng, således at såvel kernestof som valgfrit stof bliver behandlet. En del af kernestoffet kan det være relevant at indlægge i kursusform, det gælder ikke mindst, når man vil give eleverne et matematisk værktøj til behandling af et eller andet emne.

Ved de indledende undervisningsforløb i 1.g er det vigtigt, at forløbene tilrettelægges på en sådan måde, at der tages hensyn til de forudsætninger, som eleverne har fra folkeskolen, hvad viden, færdigheder, arbejdsmetoder og interesser angår. Det er væsentligt, at man sikrer et undervisningsklima, der giver tryghed for alle elever - også dem med mindre selvtillid. Det kan bl.a. gøres ved i valg af emner og arbejdsformer at være specielt opmærksomme på de tilbageholdende elever.

Ved tilrettelæggelsen af undervisningen skal der specielt tages hensyn til mulighederne for koordination med undervisningen i biologi i 1. gymnasieklasse og geografi i 2. gymnasieklasse. I eksempelsamlingen er vist to undervisningsforløb, hvor et samarbejde med biologi og geografi vil være naturligt.

Som en del af undervisningen vil der kunne indgå læsning af tekster fra aviser og tidsskrifter, herunder tekster på fremmedsprog. Ligeledes kan ekskursioner og institutionsbesøg indgå i undervisningen.

Eksperimentets rolle:

Eksperimentet skal have en fremtrædende plads i naturfagsundervisningen, således at eleverne får et konkret forhold til fysisk/kemiske fænomener, eksperimentet kan være udgangspunkt for undervisningen i en klassesituation, men en overvejende del af det skal udføres selvstændigt og aktivt af eleverne, der i denne situation arbejder individuelt eller i mindre grupper. En del af det eksperimentelle arbejde skal efterbehandles i form af rapporter, der i begyndelsen af undervisningen kan indskrænke sig til at være registrering af måleresultater og måske tegning af grafer eller udførelse af simple beregninger. Senere i forløbet bør der stilles krav om en mere omfattende redegørelse for det udførte eksperiment og for de konklusioner, der kan uddrages af resultaterne.

Eleverne skal i undervisningen opleve fysik og kemi som videnskaber, hvis love og principper ikke er absolutte, men hvor værdien af en model eller en hypotese afgøres af, om den kan give viden om den virkelighed, vi oplever.

Eleverne skal opleve matematik som en videnskab, der bl.a. udvikler evnen til at tænke i og udnytte symboler om såvel matematiske som ikke-matematiske problemer. De bør opleve det nyttige i, at en og samme matematiske model kan anvendes på en række forskellige problemstillinger i omverdenen.

Opgaveregning:

Inden for de behandlede emner skal eleverne kunne foretage såvel kvantitative som kvalitative vurderinger. Eleverne skal aflevere opgaver i tilknytning til det stof, man behandler.

Desuden vil opgaveregning i timerne som en integreret del af arbejdet være et naturligt led i undervisningen.

Edb i undervisningen:

Som led i opfyldelsen af den fagintegrerede del af gymnasiets edb-undervisning skal denne inddrages i naturfagsundervisningen. Det vil være naturligt at lade eleverne anvende regneark f.eks. i forbindelse med edb-behandling af eksperimentelle resultater, og at anvende tekstbehandling ved fremstilling af journaler og rapporter, lige som eleverne kan opleve, hvordan edb-maskinerne kan anvendes til dataopsamling eller simulering.

Bemærkninger til de enkelte emner

i det obligatoriske kernestof:

Atomer

Atomets opbygning af atomkerne og elektroner samt atomkernens opbygning af protoner og neutroner behandles, og isotoper omtales. I forbindelse med atomets opbygning behandles Bohrs atommodel kvalitativt. Dette kan bruges som udgangspunkt for en gennemgang af opbygningen af det periodiske system. Hovedvægten lægges på hovedgrupperne og de første perioder. Ud fra det periodiske system forklares principperne for dannelse af ioner og molekyler.

Behandlingen af kerneprocesser skal omfatte alfa-, beta- og gamma-henfald. Halveringstid og halveringstykkelse omtales. Som eksempler på kerneprocesser, kan bruges processer, der udnyttes i energiproduktionen. Ved behandlingen af exciterede kerner og atomer vil det være naturligt at omtale udsendelse af elektromagnetisk stråling.

De dele af dette område, der drejer sig om atomets opbygning og det periodiske system, skal af hensyn til de andre emner og faget biologi ligge i begyndelsen af 1.g, mens de dele, der drejer sig om kernefysik, kan behandles senere i forbindelse med vækst og energi eller emner om f.eks. C-14 datering, tracerteknik eller våbenteknologi.

Energi

Der ønskes ikke gennemført en systematisk indføring af energi- og arbejdsbegrebet, men følgende energiformer skal omtales:

- Elektrisk energi

- Kemisk energi

- Kerneenergi

- Mekanisk energi

- Strålingsenergi

- Indre energi

Mindst to af disse energiformer skal behandles mere indgående. Således kan behandlingen af indre energi f.eks. ske ved, at klassen deles i grupper, der arbejder med hvert sit delemne, som f.eks. solfangere til opvarmning, isolering af et hus eller byens varmeforsyning.

Under arbejdet med de forskellige energiformer behandles eksempler på energifremstilling, energilagring, energitransport og energiomdannelse, så en række energiforsyningsproblemer bliver belyst.

Kemiske reaktioner

Som anført i bekendtgørelsen behandles reaktioner ved eksempler, hvorfor de naturligt kan indgå i projekter. Fældningsreaktioner inddrages både i kvalitative undersøgelser ved påvisning af stoffers opbygning og bestanddele, og i kvantitative undersøgelser. Eleverne skal derfor lære om begreberne molarmasse og molaritet.

Simple eksempler på redoxreaktioner omtales, så eleverne får kendskab til begreberne reduktion og oxidation, således, at de skal kunne afstemme enkle reaktionsskemaer. Eksempler på forbrændingsreaktioner skal indgå.

Ved at omtale egenskaber ved syrer og baser, neutralisation, syre-base titrering, pH-begrebet og indikatorer udbygges kendskabet til syre-base reaktioner. Eleverne skal opnå kendskab til kvantitativ behandling af syre-base begrebet i forbindelse med titrering samt pH-beregning for opløsning af stærke syrer.

Kosmologi

Der gives en gennemgang af universets opbygning. Indenfor Solsystemet omtales Solen, Jorden, Månen, planeterne og kometer. Eleverne skal opnå en forståelse af døgnets vekslen mellem dag og nat og årets vekslen mellem sommer og vinter samt Månens faser. Udenfor Solsystemet omtales stjerner, Mælkevejen, galakser, galaksehobe m.v. Eleverne skal lære at orientere sig på stjernehimlen og kende nogle karakteristiske stjernebilleder.

Universets dannelse og udvikling belyses ved en omtale af forskellige teoretiske modeller. Endvidere gennemgås historiske eksempler på verdensbilleder af henholdsvis geocentrisk art (f.eks. Ptolemaios) og heliocentrisk art (f.eks. Kopernikus).

Miljø

I forbindelse med arbejdet med kemikalier omtales de forskellige faresymboler og den øvrige mærkning (R- og S-sætninger). Begreberne toksiditet og grænseværdi behandles og eksempler på beregninger inddrages. Regler for opsamling og bortskaffelse af kemisk affald gennemgås. Sikkerhedsforskrifter i forbindelse med radioaktive stoffer omtales, herunder aktivitetsgrænser og strålingsbeskyttelse.

De aktuelle miljøemner skal vælges således, at de giver lejlighed til at behandle forelagt materiale (avisudklip, TV-indslag m.m.) kritisk og analytisk. Det skal bemærkes, at aktuelle emner ikke nødvendigvis skal være dagsaktuelle, men blot have været aktuelle inden for de sidste år.

Sandsynlighedsregning og statistik

Man kan eksempelvis tage udgangspunkt i talmateriale fra dagligdagen eller eksperimenter udført af eleverne selv. Man kan med fordel inddrage brug af datamaskinen i sådanne eksperimenter og ved simulering af sådanne.

Man skal behandle såvel symmetriske som ikke-symmetriske sandsynlighedsfelter samt beregning af sandsynlighed for en hændelse.

Binomialfordelingen skal behandles, og kombinatoriske metoder inddrages i det omfang, det er nødvendigt. Begreberne middelværdi og spredning præsenteres og formlerne til beregning af disse præsenteres, men udledes ikke.

Eleverne skal kunne bearbejde talmaterialer, som de selv kan have tilvejebragt, herunder kunne bestemme statistiske deskriptorer såsom middeltal, median og andre fraktiler.

De behandlede talmaterialer skal også omfatte grupperede observationer.

Tal

Eleverne skal opnå en sådan færdighed i manipulation med tal og symboler, at der tilvejebringes det fornødne grundlag for den talmæssige behandling af fagets øvrige bestanddele. Til den elementære talbehandling hører også løsning af ligninger af første grad med een eller to ubekendte.

Under procentregning gennemgås simpel fast procentfremskrivning og gennemsnitlig procent. Procentregning tænkes behandlet forud for emnet eksponentiel vækst.

Eleverne skal undervises i brug af lommeregneren og skal vænnes til at bruge den som et naturligt hjælpemiddel såvel i timerne som ved hjemmearbejdet. Desuden arbejdes der lejlighedsvis med andre regnetekniske hjælpemidler såsom tabeller, funktionspapir og edb-programmer.

Vækst

Lineær og eksponentiel vækst behandles som eksempler på matematiske modeller til beskrivelse af eksperimentelle resultater og fænomener fra virkeligheden.

Til behandling af lineær vækst hører regneforskriften f(x) = a . x + b for en lineær funktion og betydningen af hældningskoefficienten a. Endvidere skal begrebet proportionalitet fremhæves.

Eleverne skal kunne arbejde med regneforskriften f(x) = b . ax for en funktion til beskrivelse af eksponentiel vækst, men en systematisk gennemgang af eksponentialfunktioner er ikke påkrævet. De skal endvidere have kendskab til begreberne fremskrivningsfaktor og vækstrate, og de skal kunne bestemme disse ud fra forskriften og ud fra grafen på enkeltlogaritmisk papir. Fordoblings- og halveringskonstant tænkes bestemt ud fra den grafiske fremstilling.

Andre former for vækst skal nævnes, f.eks. vækst, der kan beskrives ved hjælp af potensfunktioner. Elevene skal derfor kende funktioner af typen f(x) = b . xa og kunne bestemme a ud fra grafen på dobbeltlogaritmisk papir.

Det valgfrie stof:

Arbejdet inden for den valgfrie del af undervisningen kan tilrettelægges på flere måder:

1. Der kan til rettelægges forløb, hvis formål er at belyse matematik, fysik og kemi i samfundsmæssige og kulturelle sammenhænge. Man kan f.eks. behandle samfundsmæssige og kulturelle konsekvenser af naturvidenskabeligt baserede teknologier, idet man tager udgangspunkt i et emne inden for matematik/fysik/kemi.

2. I forbindelse med behandlingen af emner fra kernestoffet inddrages elementer af naturvidenskabens historie. Som eksempel på noget sådan kan nævnes: Talsystemets udvikling, ændringer i verdensbilledet gennem tiderne eller måske en sammenligning mellem den græske naturvidenskabs spekulative matematiske natur og den nyere tids eksperimentelt og pragmatisk baserede naturerkendelse.

3. Eleverne kan arbejde gruppevis med et selvvalgt emne, der ligger i direkte forlængelse af det obligatoriske stof.

4. Eleverne arbejder med et emne, der ikke ligger i direkte forlængelse af det obligatoriske stof, men som har samme sværhedsgrad. Som eksempel kan nævnes optik og synets fysik, heri kan inddrages simpel trigonometri.

Eksempler på emneorienterede forløb:

I det følgende er anført nogle eksempler på projekter, de første fire tager udgangspunkt i emner hentet fra kernestoffet, mens de to sidste er eksempler på tværfaglige forløb.

  • 1) Solbeskyttelse

De kemiske og fysiske egenskaber ved solbriller og solcremer diskuteres.

På denne baggrund gennemgås det elektromagnetiske spektrum med hovedvægten lagt på ultraviolet, infrarødt og synligt lys.

Sollysets spektrum samt lys udsendt fra solarier og højfjeldssole beskrives.

Absorptions- og emissionsspektre omtales. Spektrofotometri indføres, og anvendes til undersøgelse af diverse solcremer og solbriller.

Eventuelt kan emnet perspektiveres med en debat om forurening efter omtale af drivhuseffekten og ozonlaget.

  • 2) Radioaktivitet

Atomets opbygning gennemgås og kerneprocesser, herunder alfa-, beta- og gammahenfald omtales.

På en radioaktiv kilde måles aktiviteten over et passende tidsrum som funktion af tiden. Resultaterne afbildes grafisk såvel på millimeterpapir som på enkeltlogaritmisk papir.

Med udgangspunkt i de tegnede kurver behandles forsøgsresultaterne til introduktion og illustration af begrebet eksponentiel vækst.

Begrebet halveringstid indføres og bestemmes ved aflæsning. Ved hjælp af grafisk aflæsning opstilles tabel over aktiviteten som funktion af tiden. På dette grundlag introduceres fremskrivningsfaktor, vækstrate og funktionsforskrift udledes.

Som eksempel på anvendelse kan C-14 dateringsmetoden omtales, evt. med regneeksempel.

Forsøg med afskærmning af radioaktiv kilde udføres til illustration af absorption, og ved hjælp af forsøgsresultater bestemmes halveringstykkelse. Endvidere udføres regneeksempler med bestemmelse af påbudt afskærmning, samt omtale af stråledoser, herunder enheder.

  • 3) Eksponentiel vækst

I forbindelse med behandlingen af eksponentiel vækst og eksponential funktioner behandles begreberne fremskrivningsfaktor og vækstrate. Grafen for en eksponentielt voksende funktion tegnes både i et normalt koordinatsystem, og på enkeltlogaritmisk papir. Ved hjælp af grafen behandles halverings- og fordoblingskonstant.

Den matematiske model anvendes derefter på en række fænomener fra omverdenen, som f.eks. radioaktivt henfald, afskærmning mod radioaktiv stråling, reaktionshastighed, befolkningstilvækst og måske afkølingskurver.

  • 4) Energi

Med udgangspunkt i de fossile energi kilder omtales forbrænding af kul og naturgas, og de tilsvarende forbrændingsreaktioner diskuteres.

Eksperimentelt bestemmes varmeudviklingen ved forbrænding af en kulbrinte.

Fordele og ulemper ved forskellige typer brændsel og deres anvendelse i kraftværker diskuteres. Eventuelt besøges et kraftvarmeværk.

Eleverne opdeles i grupper, og hver gruppe vælger en energikilde, f.eks. solenergi, vindenergi, jordvarme, biogas og kerneenergi.

Grupperne skal i deres arbejde komme ind på energifremstilling, energilagring, energitransport samt de miljømæssige aspekter, og hvis det er muligt, skal der laves små eksperimenter. Gruppearbejdet kan afsluttes med elevforedrag.

  • 5) Danmarks vandforsyning

Danmarks vandforsyning er et tværfagligt projekt mellem geografi og naturfag. Nedenstående er en rammebeskrivelse, hvor de enkelte emner behandles i større eller mindre omfang.

De hydrologiske processer:

  • 1) De fysiske processer fordampning og fortætning.
  • 2) Vinde, nedbørstyper, nedbørens variation og geografiske fordeling.
  • 3) Nedbørens absorption af svovldioxid, nitrogenoxider og følgende forsuring.
  • 4) De øvre jordlags vandbalance og nedsivningen.
  • 5) Grundvandets kemi (hårdhed, nitratforurening m.m.).

De anførte emner behandles ved beskrivelse, demonstration og i nogle tilfælde ved elevforsøg.

Vandvinding:

  • 1) De geologiske og terrænmæssige forudsætninger.
  • 2) Rensning af råvandet.
  • 3) Væksten i vandforbruget.
  • 4) Konsekvenser for grundvandstand og vandløb.
  • 5) Planlægning af vandindvinding.

De anførte emner belyses ved beskrivelse, bearbejdning af statistisk materiale og besøg på vandværk.

  • 6) Ernæring

Ernæring er et tværfagligt projekt mellem biologi og naturfag.

  • 1) Med udgangspunkt i kostens grundbestanddele: Kulhydrater, proteiner og fedtstoffer behandles kemisk energi og forbrænding.
  • 2) Varedeklarationer studeres, især med henblik på energiindhold og energiens fordeling på kostens tre bestanddele.
  • 3) Eksempler på kostanalyser gennemføres ved hjælp af kosttabeller og lommeregner. Man kan f.eks. regne på energiindhold og energifordeling i dagens madpakker.
  • 4) Ved hjælp af kostanalyseprogrammer (edb) analyseres og vurderes enkelte personers daglige eller ugentlige kost.
  • 5) I løbet af projektet diskuteres, hvad der bliver af den energi, der via føden optages i menneskelegemet.

Forslag til andre emneorienterede forløb

- Afstande i solsystemet og trigonometri

- Atomets historie

- Bagningens kemi

- Digitalelektronik

- Geometriske konstruktioner og beregninger

- Hjemmets elforbrug

- Lyd

- Lys og farver

- Oldtidens matematik

- Rentesregning

- Simulering af vækstmodeller (edb)

- Talsystemer og deres oprindelse

- Tilsætningsstoffer

- Vand og andre opløsningsmidler.

Redaktionel note
  • (* 1) Bekendtgørelsens paragraf er udeladt