Energian säilyminen ja energian muodonmuutokset
Kokemus on osoittanut, että oppilaat tarvitsevat ohjausta simulaatioiden käyttöön, mikäli halutaan että he hallitsevat ne hyvin. Aluksi voidaan hyvin käyttää yksi oppitunti siihen, että tutustutaan opettajajohtoisesti simulaatioiden käyttöön. Tähän sopii hyvin esimerkiksi simulaatio, jossa perehdytään energian eri muotoihin, energiamuotojen muutoksiin ja energian säilymislakiin.
Käynnistetään PhET-simulaatio Energy Forms and Changes (vaatii Javan): https://phet.colorado.edu/fi/simulation/legacy/energy-forms-and-changes
Tarkastellaan vasemman yläkulman välilehdeltä löytyvää Energy Forms –sivua.
Aloitetaan klikkaamalla ”Energy Symbols” päälle. Havaitsemme että energialla on eri muotoja. Nämä muodot kannattaa luonnollisesti oppilaiden kanssa suomentaa.
Avataan seuraavaksi hana ja ihmetellään mitä tapahtuu. Pyritään selittämään ilmiötä esimerkiksi seuraavien kysymysten avulla: ”Mitä liikkuva vesi pitää sisällään?”, ”Miksi ratas pyörii?”, ”Siirtyykö kaikki veden liike-energia rattaaseen?”, ”Mitä liike-energialle tapahtuu rattaassa?”, ”Miksi vesi lämpenee?” jne.
Jotta saadaan käsitys siitä, mitä energia on, ja jottei oppilaille synny virheellistä käsitystä energian olemuksesta (että se esimerkiksi on ”palikoita” aineessa), voidaan pohtia lämmintä ja kylmää vettä sisältäviä keitinlaseja. Simulaation perusteella lämpimässä vedessä on enemmän lämpöenergiaa, mutta mitä tämä lämpöenergia on? Tarkoittaako se sitä, että 5 dl lämmintä vettä painaa enemmän, kuin 5 dl kylmää vettä? Tätä kysymystä voidaan tutkia simulaation States of Matter (HTML5) avulla: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter/latest/states-of-matter_en.html
Seuraavaksi voidaan rakentaa erilaisia systeemejä, joita tutkimalla havaitaan, kuinka
– energia kulkee systeemin läpi
– energian muoto voi muuttua
– energia ei koskaan katoa, mutta voi karata.
Systeemejä tutkittaessa oppilaita voi esimerkiksi pyytää kuvaamaan, miten yksittäinen ”energiapaketti” kulkee systeemin läpi. Polkupyöräilijän tapauksessa voidaan vaikkapa pohtia Auringon ja yhteyttämisen merkitystä ihmisen energian saannille.
Seuraavaksi oppilaat voivat itse tutkia ilmiöitä joko yksin tai pareittain. Oppilaalle voi antaa esimerkiksi seuraavan tehtävän: Käytä tätä simulaatiota ja kuvaile sen avulla erilaisia tilanteita, joissa energia kulkee muotoaan muuttaen erilaisten systeemien läpi.