Oppgaver 31.oktober

Logistikk
Forrige uke logget jeg alle elevene på Steam-kontoene jeg har fått av Valve*. (Jeg skrev selv inn passordet på alle maskinene) Kontoene er skolekontoer hvor reklame og spillbutikk er deaktivert. Nedlasting og installering tar flere timer, og krever mye nettkapasitet. I klasserommet satte vi igang nedlastingen av Portals 2 (som krever passord en gang til), men satte så nedlasting på vent. 17 nedlastinger samtidig i samme klasserom ville bli litt mye for skolenettet. Istedet fikk elevene i lekse å installere ferdig Portal 2 via Steam, gjøre seg kjent med spillet og utforske Puzzle Maker. Elevene trenger ikke nødvendigvis å bruke nettet hjemme, så lenge man sprer det litt utover.

31.oktober har vi fagdag. Elevene vil få endel relativt åpne oppgaver hvor de må designe et eksperiment, måle og regne ut.

Oppgaver
Jobb alene eller i par. Skriv journal. Bruk skjermdump i journalen (F12 i spillet).

1. Design et eksperiment hvor du måler tyngdens akselerasjon i spillet. Bruk enhet .
2. Anta at tyngdens akselerasjon er den samme som på jorden: . Hva må et panel da tilsvare i meter? Virker det rimelig?
3. På katapultene (Aerial faith plate) kan man justere kraften. Men det er ikke oppgitt hvor langt (strekning) eller lenge (tid) man blir skjøvet. Bruk det du har lært om fysikk sålangt i år (bevegelse, Newtons lover, mekanisk energi) til å undersøke.
4. Lag eksperimenter eller demonstrasjoner som viser ulike tilfeller hvor mekanisk energi er bevart, og tilfeller hvor mekanisk energi ikke er bevart.

Relevante kompetansemål
Alle kompetansemål nevnt her unntatt svingninger og bølger er relevante. Men det vil være spesielt fokus på kompetansemålet

• planlegge og gjennomføre egne undersøkelser og foreta relevante forsøk innen de forskjellige hovedområdene i faget

Vurdering

Elevene får tilbakemelding basert på følgende kriterier:

Begynnerstadiet	Viderekommen	Behersker godt
Kan utføre forsøk etter oppskrift Kan foreslå enkle hypoteser for utfallet av forsøket	Kan med en del veiledning planlegge forsøk for å undersøke Bruker hypotetisk-deduktiv metode. Foreslår relevante hypoteser for det som skal undersøkes Kan foreslå hypotesetester.	Kan selvstendig planlegge forsøk for å undersøke Utformer entydige hypotesetester. Har et ryddig gjennomgående resonnement

*Se www.teachwithportals.com for informasjon om tilgang til Portals 2 Puzzle Maker.

Min tilnærming til Portal 2 i undervisningen

Magnushs har kommentert innlegget om Portal 2 i fysikk 1, og reiser en interessant problemstilling: Får jeg egentlig utnyttet potensialet Portal har som spill i undervisningen?

det kan se ut som om spillet står i fare for å bli redusert til et fancy verktøy for tradisjonelle fysikkforsøk.

Jeg skjønner bekymringen, og man kan godt si at jeg kaster spillets innebygde system for progresjon og motivasjon på båten slik jeg foreslår å bruke Portal 2 og Puzzle Maker.

For meg var dette den mest åpenbare måten å oppnå kompetansemål i fysikk 1, å bruke Portal-verden som en simulering. Spillet blir da et avansert verktøy for å gjennomføre fysikkforsøk. Dette verktøyet gir meg og elevene muligheter for ting som er vanskelig i den virkelige verden, for eksempel kan en slippe objekter (eller spilleren selv) fra svært store høyder uten å risikere liv og lemmer.

I spillet blir også de fysiske lovene bøyd litt med tanke på portalene, noe som er interessant å diskutere med elevene. Når fysiske lover blir brutt kan det gi åpning for å reflektere over rollen de spiller i den virkelige verden.

Men det jeg først og fremst ønsker å utnytte Portal 2 til, er å gi elevene et verktøy hvor de kan være kreative i å utforme eksperimenter. Dette innebærer at elevene får ganske åpne oppgaver hvor det ikke finnes en bestemt løsning eller løsningsmetode. Slik jeg tenker her, blir spillet brukt mer som Minecraft enn som det orginale Portal 2-spillet.

Jeg har også vurdert mulighetene for å lage rom hvor elevene må bruke det de har lært om fysikk for å komme videre, men jeg har sålangt ikke utforsket dette videre.

Portal 2 i fysikk 1

Portal 2 kan gjøres relevant for utrolig mange av kompetansemålene i fysikk 1. Som tidligere nevnt gir skoleversjonen oss mulighet til å designe egne virtuelle eksperimenter, noe som i seg selv er viktige kompetansemål i fysikk 1.

• planlegge og gjennomføre egne undersøkelser og foreta relevante forsøk innen de forskjellige hovedområdene i faget
• samle inn og bearbeide data og presentere og vurdere resultater og konklusjoner av forsøk og undersøkelser, med og uten digitale verktøy

Portal 2 gir en god simulering av fysiske lover.

• bruke simuleringsprogrammer til å vise fenomener og fysiske sammenhenger

Vi kan designe eksperimenter hvor man måler akselerasjon og fart

• bruke parameterframstilling til å beskrive rettlinjet bevegelse for en partikkel, og bruke derivasjon til å regne ut fart og akselerasjon når posisjonen er kjent, både med og uten digitale verktøy

Det verktøyet vi har til å måle bevegelse er stoppeklokke. I Portal 2 er det sålangt ingen andre muligheter for å måle lengde enn å telle antall paneler. Men dette kan jo gi elevene litt innsikt i enheter. Her blir fartsenheten paneler/s i stedet for m/s. For å måle tid og lengde nøyaktig kan vi i skoleversjonen senke simuleringshastigheten og også sette den på pause.

Et alternativ til paneler/s er å definere at tyngdens akselerasjon er og la elevene regne ut størrelsen på et panel i meter som en første oppgave.

Også har vi selvfølgelig Newtons lover her. Vi har ikke kraftmålere i Portal så vidt jeg vet. Men vi kan se effekten av Newtons lover og vi kan spesifisere hvor stor kraft katapultene skal kaste med, og i hvilken retning.

• identifisere kontaktkrefter og gravitasjonskrefter som virker på legemer, tegne kraftvektorer og bruke Newtons tre lover

Det temaet jeg i hovedsak kommer til å bruke Portal til i fysikk 1 er energi og mekanisk energi, samt luftmotstand. Her er det svært interessant å diskutere bevaring av energi.

• gjøre rede for energibegrepet og begrepene arbeid og effekt og foreta beregninger og drøfte situasjoner der mekanisk energi er bevart
• gjøre rede for situasjoner der friksjon og luftmotstand gjør at den mekaniske energien ikke er bevart, og gjøre beregninger i situasjoner med konstant friksjon

Ut fra eksperimentene kan det tenkes at elevene kan klare å lage matematiske modeller. For eksempel en modell for sammenhengen mellom masse og terminalhastighet for den såkalte «contraption cube».

• lage en eller flere matematiske modeller for sammenhenger mellom fysiske størrelser som er funnet eksperimentelt
• bruke matematiske modeller som kilde for kvalitativ og kvantitativ informasjon, presentere resultater og vurdere gyldighetsområdet for modellene

Man kan konstruere eksperimenter hvor ting svinger eller oscillerer på andre måter, dermed så kan man også trekke inn kompetansemålet.

• definere og regne med begrepene frekvens, periode, bølgelengde og bølgefart, og forklare kvalitativt bøynings- og interferensfenomener

Hva kan spill lære oss om fysikk?

Spillteknologien har hatt en rivende utvikling de siste tiårene. Fra enkle animasjoner i to dimensjoner, har man nå nesten fotorealistiske simuleringer i 3D. For å utvikle spill fortere, bruker man i dag såkalte spillmotorer i spillutviklingen. Spillmotorene er et spillutviklingsmiljø, hvor grafikk og fysikk ligger ferdig for utviklerne.

Der man tidligere kodet for hver enkelt gjenstand hvordan den skulle bevege seg i spillet, holder det i dag å spesifisere hvilke egenskaper gjenstanden har. Også er det opp til spillmotoren å beregne hvordan den skal oppføre seg.

Målet med de aller fleste spillmotorene er å gi et realistisk spillmiljø, hvor ting oppfører seg slik de ville gjort ute i den fysiske verden. Dette innebærer at spillmotorene har fysiske lover innebygd, og gir en simulering hvor de fysiske lovene gjelder slik som ute i verden.

Spillet Portal 2 er basert på en spillmotor fra programvareselskapet Valve som heter Source. Dette er den samme spillmotoren som driver blant annet Half-Life 2 og Counter Strike: Source. I Source er fysikkens lover godt gjengitt. Ikke bare gravitasjon og bevegelsesmengde, men også friksjon, luftmotstand og elastisitet taes med i beregningen når et objekts oppførsel skal regnes ut.

I Portal 2 får vi i tillegg en del verktøy for å leke med fysikk. Deriblant portalinstrumentet, som ved å bryte et par fysiske lover lar oss gjøre fysikkeksperimenter som ikke er mulig i virkeligheten. Skoleversjonen er skreddersydd til bruk i undervisning. Der får elever og lærere lov til å designe sine egne testrom og eksperimenter. Se f.eks. Cameron Pittmans demonstrasjon av verktøy vi har i skoleversjonen.

Se også Pittmans blogg for flere demonstrasjoner.

Inspirasjon

Denne høsten vil jeg ta i bruk Portal 2 i fysikkundervisningen.

Jeg har tenkt en stund at spillene (de digitale) ville få sitt inntog som medium i skolen. Spillene har forsåvidt allerede vært i skolen siden 80-tallet, med spill som f.eks. Sonjas mattespill. Men i min egen skolegang har disse ikke vært noe særlig mer enn en kuriositet som man fikk lov til å leke med når man var ferdig med ukens matteoppgaver.

Da jeg gikk på ungdomsskolen, oppdaget jeg et spill som het Civilization 2. Dette spillet var svært vanedannende, og jeg brukte mange fritidstimer med dette spillet. Dette spillet hadde en bivirkning: jeg lærte om historie.

Jeg ble derfor inspirert når jeg hørte om spillprosjektet til Aleksander og Vegard, hvor de vil bruke Civilization 4 i samfunnsfag, norsk og engelsk. Da Aleksander tvitret om at Valve hadde kommet med en egen versjon av spillet Portal 2 til skolen tenkte jeg at dette var noe jeg ville prøve i fysikk.

Jeg har tidligere spilt meg gjennom Portal. I spillet er man en menneskelig forsøkskanin som skal prøve å komme seg igjennom en hinderløype bestående av en rekke testrom som skal teste din mentale kapasitet. Et viktig hjelpemiddel for å komme seg igjennom er et håndholdt instrument som lar deg opprette portaler slik at du kan teleportere deg og andre gjenstander fra et sted i rommet til et annet.

Spillet utfordrer spillerens evne til å tenke og løse oppgaver i 3 dimensjoner. Og ikke minst: i spillet gjelder de fysiske lovene, hvis man da ser bort fra portalene*. Mange av testrommene handler om å bruke fysikken til sin fordel vha portalene.

*Å drøfte hvilke fysiske lover som blir brutt her er jo faktisk en interessant oppgave i seg selv.