Náttúrufræði fyrir nemendur á unglingastigi

Um þessa bók

Ritstjóri: [Hlynur Hauksson]

Efnisyfirlit þessa bókar er beint tekið upp úr Aðalnámsskrá grunnskólanna í náttúrufræði. Hún er hugsuð sem stuðningur við nátttúrufræðikennara í grunnskólum á Íslandi.

Áfangamarkmið við lok 10. bekkjar

Áfangamarkmiðum er skipt í þrjá meginflokka: eðlisvísindi, jarðvísindi og lífvísindi. Þeim er síðan skipt í nokkra undirflokka. Sérstök áhersla er lögð á umhverfismál og sjálfbæra þróun í 8.-10. bekk. Sú áhersla birtist m.a. í því að markmið sem falla undir umhverfismennt eru sett fram undir flokknum 'Að búa á jörðinni, 'í stað þess að vera samtvinnuð eðlisvísindum, lífvísindum og jarðvísindum.

Að búa á jörðinni

Nemandi á að

• geta fjallað um og tekið gagnrýna afstöðu til siðferðilegra þátta sem tengjast umhverfisvernd
• skilja hvað felst í hugtakinu sjálfbær þróun og mikilvægi þess fyrir samfélagið
• gera sér grein fyrir sjálfbærri nýtingu auðlinda
• skilja mikilvægi þess að umgangast hvers konar náttúruauðlindir, s.s. heilnæmt andrúmsloft, hreint neysluvatn og landgæði, á þann hátt að þær spillist ekki
• fjalla um hnattræn viðfangsefni, svo sem mengun í sjó, takmörkun loftslagsbreytinga og vernd ósonlagsins
• gera sér grein fyrir að maðurinn er hluti af náttúrunni og að lífsafkoma hans og framtíð byggist á því að hægt verði að búa áfram á jörðinni

Eðlisvísindi

Bygging og eiginleikar efnis

Nemandi á að

• skilja muninn á frumefni, efnasambandi og efnablöndu
• vita hvernig frumefni eru táknuð og hvað formúla efnis merkir
• átta sig á uppbyggingu lotukerfisins og geta notað það til að spá fyrir um eiginleika frumefna
• vita úr hvaða öreindum frumeindin er gerð
• skilja hvernig frumeindir geta breyst í jónir
• átta sig á helstu sérkennum hreinna efna

Efnabreytingar

Nemandi á að

• skilja að heildarmassi efna, sem taka þátt í efnabreytingu, helst óbreyttur
• skilja að frumeindir varðveitast þó að efni taki breytingum
• skilja muninn á hamskiptum, leysingu og efnahvörfum
• skilja hugtakið efnajafna
• skilja hvað stilling efnajafna felur í sér og geta stillt einfaldar efnajöfnur

Kraftur og hreyfing

Nemandi á að

• geta lýst eðli og orsökum hreyfinga og notað hugtökin ferð, hraði, hröðun og kraftur
• þekkja þyngdarlögmálið og vita að þyngdarkraftur verkar á milli allra hluta
• skilja muninn á massa og þyngd
• geta notað hugtök eins og þrýsting og eðlismassa og tengt þau fyrirbærum í daglegu lífi

Orka og orkuform

Nemandi á að

• skilja hvernig orka getur breyst úr einu formi í annað: hreyfi-, stöðu-, varma-, efna-, rafsegul-, geisla- og kjarnorku
• geta beitt hugtökunum vinna, orka og afl og lýst tengslum á milli þeirra
• skilja að orka hvorki eyðist né myndast

Bylgjur og rafmagn

Nemandi á að

• gera sér grein fyrir skynjanlegum eiginleikum ljóss, svo sem speglun, ljósbroti og litrófi
• þekkja helstu gerðir rafsegulbylgna og áhrif þeirra á lífverur og hluti
• geta útskýrt hljóð með vísun til bylgjueiginleika og með vísun til frumeinda-kenningarinnar
• geta skýrt helstu hugtök tengd rafmagni og seglum, svo sem rafspennu, rafstraum, viðnám rafhleðslu, raf- og segulsvið, raf- og segulkraft, raforku og rafal
• þekkja uppbyggingu nokkurra nútímarafmagnstækja

Lífvísindi

Frumur

Nemandi á að

• þekkja algengustu frumefni og efnasambönd sem frumur eru gerðar úr
• þekkja helstu frumulíffæri og starfsemi þeirra
• þekkja helstu gerðir frumna

Mannslíkaminn

Nemandi á að

• þekkja fjölbreytileika vefja og hvernig vefir mynda líffæri
• þekkja starfsemi helstu líffærakerfa og hvernig jafnvægi er viðhaldið í starfsemi líkamans
• skilja tengsl innihaldsefna í matvælum við starfsemi líkamans
• skilja hvað stjórnar kynferði manna
• átta sig á mikilvægi ábyrgrar kynhegðunar
• gera sér grein fyrir að sjúkdómar geti verið af ýmsum orsökum og að leiðir til að koma í veg fyrir þá eða lækna tengjast orsökunum

Lífverur

Nemandi á að

• þekkja að í öllum lífverum fer fram ákveðin starfsemi, svo sem hreyfing, næringarnám, úrgangslosun, vöxtur og æxlun
• gera sér grein fyrir að líf myndast einungis af öðru lífi með kynlausri æxlun eða kynæxlun
• gera sér grein fyrir að lífverur þroskast á mismunandi hátt á lífsleiðinni
• kynnast helstu hugtökum erfðafræðinnar, svo sem litningum, genum og DNA
• þekkja einföld dæmi um það hvernig eiginleikar erfast á milli kynslóða
• þekkja hvernig atferli dýra hefur áhrif á lífsafkomu þeirra og hæfni í þróunarfræðilegum skilningi
• þekkja grunnhugtök þróunarlíffræðinnar, svo sem náttúruval, hæfni, aðlögun og arfbundinn breytileika
• kynnast hugmyndum um uppruna og þróun lífsins

Vistkerfi

Nemandi á að

• geta lýst hringrás efna og orku í náttúrunni
• þekkja ljóstillífun
• skilja að vistkerfi byggist á samspili lífvera innbyrðis og við lífvana umhverfi og geta skýrt mögulegar afleiðingar þess að fæðukeðjur raskist
• skilja mikilvægi þess að viðhalda fjölbreytileika tegunda og vistgerða
• geta lýst sérstöðu íslenskra vistkerfa

Jarðvísindi

Orka jarðar

Nemandi á að

• geta fjallað um valdar virkjanir með tilliti til orkuvinnslu, nýtingar á orku, umhverfisáhrifa og mengunarhættu
• gera sér grein fyrir muninum á endurnýjanlegum orkugjöfum og jarðefnaeldsneyti
• gera sér grein fyrir því að orkan nýtist misvel eftir mismunandi orkugjöfum og orkuformum

Jörðin í alheimi

Nemandi á að

• kynnast hugmyndum manna um uppbyggingu alheimsins
• þekkja gerð og eiginleika sóla og reikistjarna
• þekkja sólkerfið okkar og nokkur einkenni þess
• þekkja til geimferða mannsins, geimrannsókna og notkun gervihnatta

Viðauki

Í þessum viðauka eru settar fram hugmyndir sem kennarar geta nýtt sér við að ná fram þeim áfangamarkmiðum og lokamarkmiðum sem birtast í námskránni. Þetta eru dæmi um kennsluhugmyndir en ekki er um tæmandi lista að ræða. Kennurum er í sjálfsvald sett hvort þeir nýta þessar hugmyndir og hvernig þeir tengja þær við einstök markmið.

Kennsluhugmyndir fyrir fyrir 8.-10. bekk

Að búa á jörðinni

Nemendur

• skipta sér í hópa og ræða málefnalega með og móti tilbúnum/ríkjandi umhverfismálum, s.s. staðsetningu vatnsorkuvera, jarðhitaorkuvera, vindorkuvera, ruslahauga, stórra verksmiðja, o.s.frv. Gætt er að því að æfa rökstuðning frá sem flestum sjónarhornum og kanna sérstaklega þegar vitneskju vantar
• skoða gæði og réttmæti þess rökstuðnings sem fer fram um umhverfismál og málefni sem varða sjálfbæra þróun í fréttamiðlum
• vinna með tölulegar upplýsingar sem varða umhverfismál; læra hvar má nálgast þær, hvernig á að lesa úr þeim, vinna með þær og setja þær fram
• ræða hugtakið sjálfbær þróun í íslensku samfélagi með áherslu á heilnæmt og öruggt umhverfi, þ.e. heilnæmt andrúmsloft, hreint og heilnæmt ferskvatn, örugg matvæli, umhverfi án hættulegra efna, útivist í sátt við náttúruna og varnir gegn náttúruvá
• ræða hugtakið sjálfbær þróun í íslensku samfélagi með áherslu á verndun náttúru Íslands, þ.e. vernd lífríkis Íslands, vernd sérstæðra jarðmyndana og vernd víðerna
• ræða hugtakið sjálfbær þróun í íslensku samfélagi með áherslu á sjálfbæra nýtingu auðlinda, þ.e. sjálfbæra nýtingu lifandi auðlinda hafsins, sjálfbæra gróðurnýtingu og endurheimt landgæða, aukna nýtingu endurnýjanlegra orkugjafa og að minnka og bæta meðhöndlun úrgangs
• ræða hnattræn viðfangsefni, s.s. hreint haf, takmörkun loftslagsbreytinga af mannavöldum, vernd ósonlagsins og vernd líffræðilegrar fjölbreytni
  • kortleggja hvað þeir geta gert hver í sínu lagi og sem heild til að lifa í anda sjálfbærrar þróunar
  • ræða útivist í sátt við náttúruna, þolmörk ferðamannastaða og ábyrga umgengni

Eðlisvísindi

Bygging og eiginleikar efnis

Nemendur

• framkvæma mælingar og útreikninga til að ákvarða eðlismassa mismunandi efna og sýna með því að eðlismassi þeirra er ólíkur
• gera tilraunir sem sýna tengsl millilítra og rúmsentimetra og geta notað þessa vitneskju til að finna rúmmál óreglulegs hlutar
• ræða uppbyggingu frumeindar, þ.e. rafeindir, róteindir og nifteindir og fjalla um tengsl þeirra við hugtökin sætistala, massatala og samsæta
• vinna með lotukerfið og fjalla um það hvernig frumefnin raðast eftir eiginleikum sínum og fjölda róteinda
• kveikja á eldspýtu og velta fyrir sér úr hverju (hvaða frumefnum) hún sé gerð og hvar þessi frumefni er að finna í lotukerfinu
• nota líkön og teikningar til að skoða hvernig frumeindir geta tengst saman og myndað sameindir sem ýmist eru frumefni eða efnasambönd
• kanna (með plastsprautu) hvort og hve mikið er hægt að þjappa a) lofti og b) vatni saman
• kanna áhrif hita á loft í lokuðu íláti, t.d. með því að láta heitt vatn renna á loft í lokaðri 2 lítra flösku sem hefur verið klemmd saman
• kanna hreyfingar sameinda í vatni með því að láta matarlit í a) kalt og b) heitt vatn og skoða hvernig og hve fljótt matarliturinn dreifir sér

Efnabreytingar

Nemendur

• anda á spegil og velta fyrir sér af hverju kemur móða og úr hverju hún sé
• kynnast eiginleikum matarsóda og hlutverki hans við bakstur með því að baka tvær bollur, aðra með matarsóda, hina án hans
• kanna hvað gerist þegar járn (t.d. hreinsuð stálull) er geymt í vatni í lengri tíma (t.d. einn sólarhring) og bera saman við hvað gerist með annan málm, t.d. ál (álpappír)
• hita hjartarsalt í skeið yfir sprittloga og fylgjast með breytingum sem verða
• setja sykurmola í vatn og fylgjast með breytingum á honum
• kanna hvort og hve vel mismunandi efni leysast í vatni, t.d. salt, sykur, matarsalt, matarolía
• skoða hvernig loft leysist úr köldu vatni (sem litlar loftbólur) þegar það er hitað varlega
• bera saman hve fljótt te (í tepoka) leysist upp í köldu og heitu vatni
• gera athuganir á kertaloga, t.d. með því að teikna hann, athuga hvað gerist þegar bréfaklemmu (úr málmi) er stungið inn í hann á mismunandi stöðum og hvað gerist þegar vatnsglasi er haldið yfir loganum

Kraftur og hreyfing

Nemendur

• ræða um muninn á hugtökunum massi og þyngd efna m.t.t. þyngdarkrafts á jörðinni og tunglinu og á hinum reikstjörnunum
• gera athuganir sem sýna að vélar geta breytt stærð og stefnu þess krafts sem beitt er
• vinna með og útskýra tilgang vogarstangar, talíu, hjóla og áss, skáflatar, fleygs og skrúfu
• gera athuganir á og ræða samsetningu véla, s.s. úra eða gíra á reiðhjóli
• gera athuganir á og ræða verkan krafta í einföldum vökvaknúnum tækjum
• mæla kraft og hröðun hluta með mismunandi mælitækjum
• vinna með samband vegalengdar, tíma, ferðar, hraða og hröðunar
• ræða þyngdarlögmál Newtons, hvernig það heldur saman sólkerfum og samband þess við hugtakið þyngdarkraft
• vinna með einfalda útreikninga í tengslum við annað lögmál Newtons
• gera athuganir á og ræða áhrif núningskrafts á hreyfingu hluta
• mæla þyngdarhröðun við yfirborð jarðar, ræða breytilega þyngdarhröðun á reikistjörnunum og fjalla um tengsl þyngdarhröðunar og þyngdarkrafts
• vinna að einföldum athugunum tengdum þrýstingi og ræða viðeigandi mælieiningar
• ræða hugtök tengd eðlismassa, flotkrafti og lögmáli Bernoullis og gera einfaldar athuganir tengdar þessum hugtökum
• framkvæma tilraun þar sem könnuð eru með nákvæmum mælingum áhrif breytinga á massa lóðs og lengd pendúls á sveiflutíma

Orka og orkuform

Nemendur

• ræða samband hugtakanna vinna og orka
• framkvæma einfalda útreikninga á vinnu/orku og afli þar sem þeir meðhöndla viðeigandi mælieiningar
• gera athuganir á og ræða orkuflutning sem á sér stað þegar efni er hitað eða það kólnar
• gera athuganir á og ræða samband sameindahreyfinga og hita
• gera athuganir og skrá með tölvu hita sem fall af tíma og einnig þrýsting í gasi sem fall af hita og rúmmáli
• ræða og nota í útreikningum viðeigandi mælieiningar um orku, varma og hita og ræða hitastig mismunandi fyrirbæra og hluta
• gera athuganir með orkubreytingar, s.s. að breyta stöðuorku í hreyfiorku
• ræða hvernig orkan breytir um mynd og fjalla í tengslum við það um nýtingu mismunandi orkugjafa bæði algengra og einnig þeirra sem eru lítið notaðir, s.s. sólarorku og sjávarfalla
• ræða og bera saman helstu einkenni hreyfiorku, stöðuorku, rafsegulorku, varmaorku, efnaorku og kjarnorku

Bylgjur og rafmagn

Nemendur

• vinna með sveiflustærð, lögun, bylgjulengd og tíðni bylgju og nota viðeigandi mælieiningar
• beita hugtökum um endurvarp bylgna við hljóð
• ræða muninn á holspeglun og kúptri speglun
• ræða ljósbrot út frá tilraunum með linsur og þrístrent gler
• ræða litróf hvíts ljóss út frá athugun
• lýsa rafsegulbylgjum og eðli ljóss jafnt sem ögnum og bylgju
• vinna með uppsetningu ýmissa raðtengdra straumrása og nota viðeigandi mælieiningar við skráningu á spennu og straumi
• útskýra rafspennu og rafstraum m.t.t. orku
• mæla rafspennu og nota við það viðeigandi mælieiningar
• athuga samband milli straums og spennu í línuriti, reikna út viðnám með lögmáli Ohms og nota til þess viðeigandi mælieiningar
• útskýra viðnám m.t.t. orkubreytinga og vinnu
• vinna með hliðtengdar straumrásir og gera mælingar á spennu og straumi
• gera athuganir og ræða hvernig hægt er að fá rafmagn úr segulmagni og tengslum þess við raforkuframleiðslu
• ræða byggingu og búa til einfaldan rafmótor

Lífvísindi

Frumur

Nemendur

• gera samanburð á ólífrænum og lífrænum efnum og læra að þekkja hlutverk sykurefna, prótína, fituefna og erfðaefnisins
• kanna algengustu frumefnin í lífverum og hvar þau koma við sögu
• útskýra frumuöndun og ljóstillífun, megineinkenni og hvernig þessi mikilvægu efnaferli tengjast
• lýsa stærð og uppbyggingu frumna og dæmum um sérhæfingu þeirra eftir eigin athuganir á frumum, t.d. í þekjuvef laufblaðs, loftaugum laufblaða, smáþörungum og húðfrumum úr munnholi
• lýsa sérhæfingu og hlutverki frumulíffæra, s.s. kjarna, hvatbera, ríbósóma og grænukorna
• bera saman gerð plöntu- og dýrafrumu
• kanna hvaða nútímatækni gerir kleift að stunda frumurannsóknir
• kanna gögn og lýsa hlutverki frumukjarnans, erfðaefnisins og litninganna
• lýsa jafnskiptingu frumna og hvað hún felur í sér
• kanna gögn og lýsa í grófum dráttum hvernig kynfrumur verða til, hvað gerist við frjóvgun og hvað felst í hugtakinu þroskun
• gera einfaldar tilraunir með osmósu og flæði, t.d. með tepoka í vatni, útskýri hvað gerist og líki við starfsemi frumuhimnu
• lýsa lifnaðarhætti veira og sérstöðu þeirra
• kanna gögn og lýsa fjölbreytni meðal baktería með tilliti til frumuöndunar og næringaröflunar
• lýsa hlutverki erfðaefnisins DNA, gena og litninga

Mannslíkaminn

Nemendur

• vinna með og beita grunnhugtökum varðandi efnaskipti, vöxt, æxlun, þroskun og hreyfingu, m.a. með eigin athugunum, heimildaöflun, verkefnum og umræðum
• lýsa sameiginlegum einkennum lífvera
• ræða og kynna sér hvernig maðurinn nýtir bakteríur í sína þágu og hvernig hann getur varist skaðsemi annarra
• athuga litninga mannsins á mynd, breytileika þeirra og sérstöðu kynlitninga
• útskýra erfðir blóðflokka manna og kynbundnar erfðir, s.s. litblindu
• heimsækja matvælafyrirtæki og framleiðslufyrirtæki
• ræða hin mörgu innihaldsefni matvæla
• ræða um vatnsleysni og fituleysni efna - starfsemi nýrna og samspil við lifur
• ræða um áhrif innihaldsefna í matvælum á styrk efna í blóði (glúkósi og fitur)

Lífverur

Nemendur

• útskýra hvers vegna vatn er nauðsynlegt öllum lífverum
• lýsa grundvelli flokkunar lífvera í hópa
• lýsa gildi fjölbreytileika lífvera á jörðinni
• vinna að heimildaöflun og verkefnum um einstaka hópa lífvera, s.s. fiska í sjó eða þörunga, sem tengst getur vistfræðiverkefni
• lýsa lífsferlum og næringaröflun sveppa og læra að þekkja gagnsemi og skaða sem af þeim hlýst
• vinna með vef plantna og vefdýra út frá völdum áherslum, s.s. lífsferlum, æxlun, ljóstillífun og þroskun
• útskýra mikilvægi erfðalykla erfðaefnisins DNA
• beita hugtökunum ríkjandi og víkjandi gen, arfhreinn og arfblendinn
• gera útreikninga sem sýna líkur á því að erfðaeiginleiki erfist frá einni kynslóð til annarrar og kynnast þannig hugmyndum Mendels
• lýsa fjölbreytni í erfðum, s.s. vegna tilfærslu á genum, kynæxlunar og stökkbreytinga
• lýsa því hvað stjórnar kynferði einstaklings
• útskýra og nefna dæmi um einræktun (klónun)
• leita upplýsinga og ræða um genasplæsingar, kynbætur búpenings, gerð og notagildi genakorts mannsins, hugmyndir um erfðalækningar, einnig út frá siðfræðilegum sjónarmiðum

Vistkerfi

Nemendur

• lýsa orkuþörf lífvera og hvernig þær verða sér úti um orku
• lýsa sérstöðu lífþróunar á nokkrum svæðum, s.s. í Ástralíu og Suður-Ameríku
• kanna og útskýra hvers vegna íslenskt lífríki á landi er fábreyttara en á meginlöndum, m.a. með skírskotun til rannsókna á sögu lífs á Surtsey
• lýsa ríkjum lífvera og sameiginlegum einkennum lífvera innan hvers ríkis og vinna að verklegum æfingum, s.s. smásjárskoðun og ræktun, til að glöggva sig á sérkennum lífveranna
• vinna verkefni um hafið við Ísland, vistkerfi þess, nýtingu og önnur áhrif mannsins
• vinna verkefni um eitt vistkerfi í heimabyggð, s.s. vatn, á, skóg, fjöru
• lýsa dæmum um að vistkerfi byggist á samspili lífvera innbyrðis og við lífvana umhverfi
• útskýra mögulegar afleiðingar þess ef fæðukeðjur raskast
• lýsa orkuflæði í vistkerfum og í náttúrunni
• kanna og lýsa efnahringrásum í vistkerfum, t.d. kolefnis og súrefnis
• lýsa dæmum um fjölbreytni í samskiptum lífvera, s.s. samhjálp, samkeppni, gistilíf, sníkjulíf og hvaða þættir eru taldir hafa áhrif á náttúruval

Jarðvísindi

Orka jarðar

Nemendur

• ræða um núverandi og mögulega nýtingu íslenskra orkugjafa, s.s. virkjun fallvatna, jarðhita og vindorku, kosti þeirra og galla út frá vistkerfinu nær og fjær, þörfum íbúa nær og fjær og þörfum komandi kynslóða
• ræða um núverandi og mögulega nýtingu endurnýjanlegra orkugjafa og annarra orkugjafa á jörðinni, kosti þeirra og galla út frá vistkerfinu í kring, þörfum íbúa nær og fjær og þörfum komandi kynslóða
• ræða og bera saman nýtni orku eftir mismunandi orkugjöfum, s.s. orkuver eins og jarðhitaorkuver, vatnsorkuver og kjarnorkuver eða bílvél, eldavél og örbylgjuofn

Jörðin í alheimi

Nemendur

• ræða hvað er líkt og ólíkt með ýmsum fyrirbærum í alheiminum, s.s. sólinni, tunglinu, reikistjörnunum og fastastjörnunum. Nemendur ræða einnig hvernig þessi fyrirbæri eru séð frá jörðu
• ræða um lífsskilyrði á öðrum plánetum og tunglinu og velta fyrir sér hvað geri jörðina sérstaklega heppilega fyrir tilvist lífs
• ræða um geimferðir út frá sögu tunglferða mannsins, mögulegri þróun og tækninotkun
• ræða um jákvæða og neikvæða þætti við notkun tækja úti í geimnum, s.s. ýmiss konar gervitungla á sporbaug um jörðu, t.d. veðurtungla, fjarskiptatungla, útvarps- og sjónvarpstungla, rannsókna- og njósnatungla
• ræða mismunandi kenningar um upphaf og áframhaldandi þróun alheims
• ræða mismunandi fjarlægðir úti í geimnum og fjalla um þær mælieiningar sem notaðar eru í slíkri umfjöllun
• ræða hvað ljós er lengi að berast frá sólu og nálægum stjörnum til jarðarinnar

Heimildir

Aðalnámsskrá grunnskólanna í náttúrufræði.