Vindmøller

Dette tema handler om vindmøller og består af en række eksperimentelle undervisningsforløb til fysik og naturfag, rettet mod elever fra 7. klasse til 3.g. Forløbene er udviklet med en undersøgelsesbaseret tilgang og tilrettelagt omkring en før-under-efter-struktur, hvor eleverne arbejder med temaet både på deres egen skole og i forbindelse med et besøg ved BeScience: Afrika i Bjerringbro, der fysisk er placeret ved Bjerringbro Gymnasium.

De overordnede tanker bag hele projektet BeScience: Afrika i Bjerringbro og de udviklede undervisningsmaterialer findes på siden BeScience: Afrika i Bjerringbro.

I forløbene arbejder eleverne praktisk med modelvindmøller, hvor de eksperimenterer med vingeantal, pitchvinkel og gearing for at undersøge, hvordan designparametre påvirker energiproduktionen. Eleverne skal på baggrund af egne målinger og data foreslå et optimalt design, som potentielt kan indgå i bæredygtige vandforsyningsanlæg.

Temaet kobler naturvidenskabelig viden til virkelige problemstillinger og tager udgangspunkt i Water Missions arbejde med at sikre rent vand i bl.a. Bagamoyo, Tanzania. Her undersøges mulighederne for at kombinere sol- og vindenergi i standalone vandforsyningssystemer.

Eleverne lærer, hvordan deres viden om energi, mekanik og aerodynamik kan anvendes i praksis, og opnår samtidig indsigt i de teknologiske og ingeniørmæssige udfordringer ved at skabe bæredygtige energiløsninger. Undervisningen knytter an til FN’s Verdensmål, særligt mål 6 (rent vand og sanitet) og mål 7 (bæredygtig energi).

Progressionsplan

Under temaet Vindmøller er der udarbejdet flere forskellige forløb. Herunder følger progressionsplanen for forløbene.

Klassetrin/Niveau	Centrale begreber	Delerkendelser	Eksempler på spørgsmål
7. klasse	Vindenergi Omsætning af vind til elektrisk energi Antal vinger	Vind kan bruges til at producere elektrisk energi. Arbejde med variabelkontrol Arbejde undersøgende	Hvad er en vindmølle? Hvordan er en vindmølle opbygget? Hvordan virker en vindmølle? (forklar input og output) Hvordan kan man omsætte vind til elektrisk energi? Hvilke fordele og ulemper er der ved brug af en vindmølle? I DK og Tanzania Hvorfor har det betydning, hvor mange vinger en vindmølle har?
8. klasse	Vindenergi Omsætning af vind til elektrisk energi Antal vinger Pitch på vinger	Vindmøllens design har indflydelse på, hvor meget energi den kan producere. Arbejde med variabelkontrol Arbejde undersøgende	Hvilken betydning har vingernes pitch for hvor meget energi, vindmøllen producerer? Hvilken form har en vindmøllevinge? Ligner modellen en rigtig vindmølle – og hvorfor/hvorfor ikke?
9. klasse	Vindenergi Omsætning af vind til elektrisk energi Antal vinger Pitch på vinger Gearing Effekt og belastningskurve	Der er en sammenhæng mellem den energi, der er i vinden, og den spænding en vindmølle kan generere. Arbejde med variabelkontrol Opstilling og afprøvning af hypotese Arbejde undersøgende	Hvordan afhænger vindmøllens effekt af vindhastigheden? Hvordan er sammenhængen mellem vindhastighed og den spænding, vindmøllen producerer? Hvor er det bedste sted at placere en vindmølle? På land (hvor), på havet (hvor)? Hvordan er den mest effektive vindmølle bygget?
A/B/C niveau (1.g–3.g)	Vindenergi Spænding og effekt Pitchvinkel Vingeantal Gearforhold Variabelkontrol	Forstå og analysere, hvordan designparametre påvirker en vindmølles energiproduktion. Gennemføre eksperimenter med målinger og databehandling. Udlede sammenhænge mellem fysiske størrelser og tekniske designvalg. Formidle anbefalinger på baggrund af egne resultater.	Hvordan påvirker pitchvinkel og vingeantal den spænding, møllen genererer? Hvilken betydning har gearforhold for den elektriske effekt? Hvordan sikres variabelkontrol i forsøget? Hvordan kan forsøgsdata formidles i en videoanbefaling?

Tabel 1: Progressionsplan for temaet Vindmøller

Forudsætninger og faglige mål

Alle forløb under temaet Vindmøller tager udgangspunkt i de faglige mål for grundskolen og fagbekendtgørelserne for ungdomsuddannelserne. Hensigten er, at forløbene både skal være engagerende og meningsfulde for eleverne – samtidig med at lærerne oplever, at der arbejdes med kernestof og kompetencemål, som i forvejen indgår i deres undervisning, når man arbejder med forløb ved BeScience: Afrika i Bjerringbro.

Forudsætninger og faglige mål for 7. klasse – 9.klasse

Forudsætninger

For at kunne gennemføre disse forløb, forventes det, at eleverne i rimeligt omfang opfylder trinmålene for 6. klassetrin i natur/teknologi – se Tabel 2.

Kompetenceområde	Kompetencemål	Arbejde med målet på trinnet
Undersøgelse	Eleven kan designe undersøgelser med udgangspunkt i enkle hypoteser og spørgsmål.	Eleverne udfører undersøgelser med afsæt i faglige begreber og forsøger sig med at formulere og afprøve hypoteser. I enklere tilfælde opstilles og testes enkle naturfaglige spørgsmål med fokus på systematik og pålidelighed.
Modellering	Eleven kan anvende og vurdere enkle modeller.	Eleverne arbejder med at repræsentere fænomener som fx energistrømme i en vindmølle ved hjælp af modeller. De lærer at skelne mellem model og virkelighed og forholder sig til, hvad modellerne viser – og hvad de ikke viser.
Perspektivering	Eleven kan perspektivere natur/teknologi til omverdenen og aktuelle problemstillinger.	Eleverne diskuterer, hvordan vindenergi og energiforsyning spiller sammen med bæredygtighed, teknologi og adgang til rent vand – både i Danmark og i Tanzania. De træner i at koble naturfag til større samfundsmæssige problemstillinger.
Kommunikation	Eleven kan kommunikere om natur/teknologi med relevante faglige udtryk.	Eleverne lærer at anvende fagbegreber til at forklare og diskutere deres undersøgelser og resultater. Der arbejdes med både skriftlig og mundtlig formidling – fx i skemaer, grafer og video.

Tabel 2: Forventede forudsætninger i natur/teknologi for at kunne gennemføre forløb om Vindmøller i 7.klasse – 9. klasse

Faglige mål

Nedenfor findes en oversigt over de faglige mål i fysik/kemi, som kan aktiveres i forbindelse med gennemførelsen af et forløb om Vindmøller i 7.–9. klasse. Se Tabel 3.

Fysik/kemi

Kompetenceområde	Kompetencemål	Arbejdet med målet på trinnet
Undersøgelse	Eleven kan designe, gennemføre og evaluere undersøgelser i fysik/kemi.	Eleverne kan undersøge en afgrænset problemstilling med naturfagligt indhold. De kan indsamle og vurdere data fra egne og andres undersøgelser og konkludere på baggrund af praktisk og undersøgende arbejde. Undersøgelserne fokuserer på energioverførsel – herunder hvordan vind kan omsættes til elektrisk energi.
Modellering	Eleven kan anvende og vurdere modeller i fysik/kemi.	Eleverne anvender modeller til at forklare energioverførsel i vindmøller og vurderer, hvordan disse modeller repræsenterer virkeligheden. De arbejder med både visuelle og fysiske modeller og inddrager relevante begreber fra energi og teknologi.
Perspektivering	Eleven kan perspektivere fysik/kemi til omverdenen og relatere indholdet i faget til udvikling af naturvidenskabelige erkendelser.	Eleverne kobler arbejdet med vindenergi til samfundsmæssige udfordringer og FN’s Verdensmål. De diskuterer teknologiske løsninger og energiressourcer i relation til bæredygtighed og energiforsyning – både globalt og lokalt.
Kommunikation	Eleven kan kommunikere om naturfaglige forhold med fysik/kemi.	Eleverne lærer at formulere naturfaglige forklaringer og præsentere undersøgelser mundtligt og skriftligt – fx i form af hypoteser, dataanalyse og anbefalinger. De anvender relevante fagbegreber i deres formidling, herunder i videoer eller visuelle præsentationer.

Tabel 3: Relevante faglige mål der kan komme i spil i fysik/kemi ved arbejdet med forløb om Vindmøller i 7. klasse – 9. klasse

Det er en fordel, at eleverne på forhånd har kendskab til energiformer, energiomsætning og forskellige energikilder.

Fællesfaglige fokusområder

Forløbet kan indgå som en del af et større undervisningsforløb med et eller flere af følgende fællesfaglige fokusområder:

– Bæredygtig energiforsyning på lokalt og globalt plan
– Drikkevandsforsyning for fremtidige generationer
– Teknologiens betydning for menneskers sundhed og levevilkår.

Forløbet kan også anvendes i tværfagligt samarbejde mellem naturfagene eller som en del af projektopgaven. Lad fx vindmølleteknologi og vedvarende energi være et fællesfagligt omdrejningspunkt i samarbejde med geografi, matematik og eventuelt biologi.

Forudsætninger og faglige mål for 1.g – 3.g

Forudsætninger

For at kunne gennemføre dette forløb forventes det, at eleverne i rimeligt omfang opfylder de faglige mål for fysik/kemi efter 9. klasse. Se Tabel 4 nedenfor.

Kompetenceområde	Kompetencemål	Arbejdet med målet på trinnet
Undersøgelse	Eleven kan designe, gennemføre og evaluere undersøgelser i fysik/kemi.	Eleverne udfører undersøgelser med afsæt i faglige begreber, fx til afprøvning af hypoteser. I nogle tilfælde designer de selv undersøgelser med fokus på systematik og pålidelighed. Der arbejdes desuden med målinger, databehandling og sammenligning af resultater.
Modellering	Eleven kan anvende og vurdere modeller i fysik/kemi.	Eleverne arbejder med modeller til at forklare energioverførsel og mekanik, herunder sammenhængen mellem pitchvinkel, vingeantal og spænding. De vurderer modellernes styrker og begrænsninger i forhold til virkeligheden.
Perspektivering	Eleven kan perspektivere fysik/kemi til omverdenen og relatere indholdet i faget til udvikling af naturvidenskabelige erkendelser.	Der arbejdes med kobling til bæredygtighed og energiforsyning – både globalt og lokalt. Eleverne diskuterer teknologiens rolle i samfundets udvikling og perspektiverer egne resultater til virkelige anvendelser.
Kommunikation	Eleven kan kommunikere om naturfaglige forhold med fysik/kemi.	Eleverne formidler deres undersøgelser og resultater mundtligt og skriftligt, fx i videoform. De lærer at bruge relevante fagbegreber og diskutere resultater og anbefalinger med afsæt i egne data.

Tabel 4: Forventede forudsætninger i fysik/kemi for at kunne gennemføre forløb om Vindmøller i 1.g

Faglige mål

Nedenfor findes en oversigt over de faglige mål i fysik på C-niveau, som kan aktiveres i forbindelse med gennemførelse af forløbet Optimalt vindmølledesign i 1.g–3.g.

Fysik

Faglige mål
Eleverne skal:
– redegøre for fysiske fænomener med anvendelse af enkle modeller
– analysere og vurdere fysiske data og informationer
– gennemføre enkle fysiske eksperimenter
– formulere og afprøve enkle hypoteser
– vurdere usikkerhed og fejlkilder i eksperimentelt arbejde
– formidle resultater af fysiske undersøgelser
– anvende it-baserede databehandlingsværktøjer
– anvende fysiske fagbegreber, repræsentationsformer og symboler

Supplerende stof
Det supplerende stof skal anvendes til at:
– sætte det obligatoriske stof ind i en faglig sammenhæng
– perspektivere det naturvidenskabelige indhold til samfundsmæssige og teknologiske problemstillinger
– inddrage aktuelle problemstillinger med relation til fx bæredygtighed og udvikling i et globalt perspektiv

Tværfagligt samarbejde

Forløbet kan fx indgå i et tværfagligt samarbejde i Naturvidenskabeligt grundforløb (NV) eller kombineres med samfundsfag, geografi eller teknologi, hvor temaer som bæredygtig udvikling, energiteknologi og globale uligheder i adgang til energi og vand kan behandles.

Referencer

Børne- og Undervisningsministeriet. (2017). Læreplan Fysik C – stx 2017 (pdf). Hentet fra uvm.dk: https://www.uvm.dk/-/media/filer/uvm/gym-laereplaner-2017/stx/fysik-c-stx-august-2017-ua.pdf

Børne- og Undervisningsministeriet. (2019). Fysik/kemi – Faghæfte 2019. Hentet fra emu.dk: https://emu.dk/sites/default/files/2020-09/Gsk_faghæfte_fysikkemi.pdf

Børne- og Undervisningsministeriet. (2019). Fysik/kemi – Fælles Mål. Hentet fra emu.dk: https://emu.dk/sites/default/files/2020-09/GSK_FællesMål_Fysikkemi.pdf