Teknik - kläder

Ginner och Mattsson (1996) menar att ”skolan har en stor uppgift i att göra världen begriplig” (a.a. s. 185). Teknik bygger på nyfikenhet och handlar om att fundera ut lösningar på problem. Både hemkunskap, slöjd och teknik är skolämnen vilkas undersökande arbetssätt möjliggör ett helhetstänk för vår framtida generation. Eftersom teknik är något tillverkat, ett hantverk, anser de att det krävs skicklighet men även fantasi samt idérikedom. Det är viktigt att skolans arbetsförhållanden är tillåtande och binder samman handen, hjärnan, hjärtat, hantverket med handlingen, hushållningen, hälsan och harmonin till en helhet för en hållbar utveckling. (a.a.)

För vårt fenomen, värme, menar vi att kläder är ett sådant hantverk. Människan skulle inte överleva i extrem värme eller kyla, om hon inte utvecklat kunskap och skicklighet i att tillverka kläder att skydda sig med. Tekniken för att tillverka kläder i ull, vilket var det vanligaste materialet, har funnits väldigt länge. Anledningen till att just ull valdes berodde troligtvis på alla dess bra egenskaper såsom lättfärgad, giftfri, hudvänlig, luftig, vatten- och smutsavvisande osv. Alla dessa egenskaper ger oss många möjligheter och alla kan skapa något av ull. Den goda tillgången var säkert också en bidragande orsak till att ull valdes för klädtillverkning en gång i tiden.

Effekten av kläder
Luft är en dålig värmeledare, detta utnyttjas vid klädtillverkning, stillastående luft kan kroppen värma upp till en behaglig temperatur, den termoneutrala zonen. Är människokroppen naken sker, värmeledning + värmeströmning, vilket upplevs som kyla. Kläder minska utbytet av luft nära kroppen, alltså värmeavgivningen, isoleringsmaterial, människan kan då bo utanför tropikerna. Kläders isoleringsförmåga minskar vid väta, vatten leder värme bättra än luft. Kläder skyddar mot överhettning, strålning och ledning, kläderna absorberar och det blir värme, vita kläder reflekterar synligt ljus. Effektiva kläder, luftiga, men avdunstning av svett måste få ske obehindrat.

Ginner, T. & Mattsson, G. (red.) (1996). Teknik i skolan. Lund: Studentlitteratur.

Sand, O., Sjaastad, O V. & Haug, E. (2002). Människans fysiologi. Stockholm: Liber

Liv

Utifrån området Liv har jag sammanställt fakta som berör vårt fenomen värme och varför värme har en viktig betydelse i människans och djurens liv.

Värme är en av förutsättningarna för liv. Både människan och jämnvarma djur behöver hålla en jämn kroppstemperatur för att leva och hålla kroppens funktioner igång (Sand, Sjaastad & Haug, 2002). I jämförelse med växelvarma djur som går i dvala då kroppens funktioner är på sparlåga. (Eriksson & Wallentinus, 1985; www.ne.se)

Människan
Normal kroppstemperatur
Människor likt övriga däggdjur utnyttjar värmen från kemiska reaktioner i kroppen för att hålla sin kroppstemperatur. Vi håller en jämn temperatur och är därmed oberoende av omgivningen jämfört med växelvarma djur.

Alla molekyler och joner är i ständig rörelse, deras energi av egenrörelse kallas värmeenergi eller oftast bara värme, denna ökar med stigande temperatur. Vi har olika temperatur i olika delar av kroppen, inre kärnan, består av organen i bröst och bukhåla, centrala nervsystemet och delar av armar och ben har ungefär samma temperatur. Den är nästan konstant och kallas djup kroppstemperatur eller kärntemperatur. Genomsnittstemperaturen är 37 C, varierar med 0,5-1,0 C. Det yttre skalet består av huden och underhudsfettet. Här förekommer variationer i temperatur, hudtemperaturen. Det är med hjälp av hudtemperaturen som den djupa kroppstemperaturen kan hällan ganska konstant. Kroppen hat lägst temperatur sent på natten och tidigt på morgonen, högst är temperaturer på eftermiddagen och kvällen.
Kroppstemperatur över 42 C är livshotande, vissa enzymer förstörs av värmen, nedkylning tål kroppen bättre än upphettning. Vid nedkylning minskar kroppens ämnesomsättning, detta används bland annat vid hjärtoperationer. Livsfara uppstår om temperaturen i kroppen understiger 25 C för då kan andning och blodcirkulation svikta.

Balansen mellan värmeproduktion och värmeavgivning
Hos människan och andra homeoterma arter är värmeenergin relativt konstant eftersom kroppen har mekanismer som ser till att värmeproduktion och värmeavgivning följer varandra noga. Det är de temperaturkänsliga sinnescellerna i huden och kroppens inre organ som registrerar dessa förändringar sker för att normalisera kroppstemperaturen. Förhållandet mellan kroppens yt areal och volym påverkar förhållandet mellan värmeproduktion och värmeavgivning.

Värmeproduktion – energiomsättning
Sker i kroppens organ vid vila, sker i muskler vid arbete. Brunt fett hos bebisar, har en högre energikapacitet än vanligt underhudsfett hos vuxna, därför fryser de inte på en gång trots sin lilla kroppshydda.

Värmeavgivning
Värme transporteras ut med blodet, kroppsytan värma upp. Huden och underhudsfett (leder värme dåligt)är isolerande detta är bra och är grunden för en stabil värmeproduktion i vila. Blodflödet styrs av sympatiska nervsystemet, stimulerar glatta muskelceller i hudens arterioler, vidgas de ökar blodtillförseln.

Människokroppen ideal omgivnings temperatur kallas den termoneutrala zonen (27-32), kroppens energiomsättning ändras inte. Musklerna kan öka sin aktivitet 30-40 gånger, mycket effektivt för att hindra att bli nedkyld. Vid låg luftfuktighet kan vi vara i varmare omgivning, vi kan avge värme även där. Kroppens metoder att avge värme, (de fysiska termodynamiska lagarna gäller)

Strålning – avges infraröd strålning, värmestrålning, sker genom huden
Värmeledning – värmeenergi överförs direkt mellan molekyler, luft leder inte bra men det gör vatten.
Värmeströmning (konvektion) – gasers rörelse, vinden som blåser tar bort värme från kroppen
Avdunstning – kräver energi, kyler kroppen, förlorar 06-1 liter vatten/dygn = obligatorisk vattenförlust

Svettningsprocessen, variera värmeavgivning, det är inte svetten som kyler kroppen utan avdunstningen, torkar vi bort svetten är vi ändå lika varma. Avdunstningen bestäms till mycket av luftens fuktighet och rörelse. Normal svettmängd 0,7 l max 3 liter för en vuxen människa per dygn. Den kan ökas 20 gånger, viket ger en högre metabolism och människans maximala värmeproduktion. Detta kan leda till uttorkning (dehydration).

Effekten av kläder
Luft är en dålig värmeledare, detta utnyttjas vid klädtillverkning, stillastående luft kan kroppen värma upp till en behaglig temperatur, den termoneutrala zonen. Är människokroppen naken sker, värmeledning + värmeströmning, vilket upplevs som kyla. Kläder minska utbytet av luft nära kroppen, alltså värmeavgivningen, isoleringsmaterial, människan kan då bo utanför tropikerna. Kläders isoleringsförmåga minskar vid väta, vatten leder värme bättra än luft. Kläder skyddar mot överhettning, strålning och ledning, kläderna absorberar och det blir värme, vita kläder reflekterar synligt ljus. Effektiva kläder, luftiga, men avdunstning av svett måste få ske obehindrat.

Reglering av kroppstemperatur.
Sker reflektoriskt, en sensorisk del – nervceller, nervänds slut (finns i huden och kroppens inre)med termoreceptorer sänder signaler till en samordnande (integrerande) centrum i hypotalamus, avgör om kroppen är för varm eller kall. En motorisk del – nervceller påverkas av temperaturcentrer som sänder kommando signaler, påverka värmeproduktion i muskler, eller blodflödet eller svettkörtlarna.

Värmekramp, när vätskeförlust ersättas av bara vatten, cellernas saltinnehåll sjunker, cellerna tar upp vatten och sväller vilket kan ge kramper. Värmeutmattning och värmeutslag, sker när de värmereglerande mekanismerna sviktar symptomen är utmattning, blodmängden minskar och hjärtats minutvolym minskar. Värmeutslag visar sig i form av ökar temp oreglerat vid mer än 41 hypotalamus slutar fungera, svettproduktion avtar, hög temperatur skadar nervceller.

Regleringsprocesserna, termoreceptorer
Termoreceptorer i huden – reagerar på låga kontra höga temperaturer, köldreceptorer och värmereceptorer, känsliga för förändringar i lokala temperaturer, det finns fler köld än värme receptorer i huden. Det finns också termoreceptorer i kroppens inre – kroppens kärna vill ha en stabil temperatur, hypotalamus, ryggmärgen, vener, synapser. Impulsfrekvens ökar i köldreceptor när kroppstemp sjunker och tvärtom.

Temperaturcentrum i hypotalamus, kan liknas vid en termostat, sänka temp – minska motstånd i arterioler, mer värme ut till huden – svettning – minskning i värmeproduktion. Den termoneutrala zonen är olika hos olika djur – människan 27 polarräv -30 grader. Anpassning till värme sker genom ökad svettproduktion, saltförlusten minskar efter veckor av acklimatisering. Anpassning till kyla – ökad metabolism, ökad tyroxin, ökad hudens och underhudens isolerande förmåga.

Köldskador och hypotermi – frostskador eller frysskador, iskristaller förstör cellmembran.
Vid sänkning av den djupa kroppstemperaturen, hypertermi mellan 33-34, tempreglering mindre effektiv, 27-30, förlora medvetandet, kammarflimmer, överlevt 15C (plusgrader).
Kroppstemperatur och beteende – beteendemässig temperatur reglering, att röra på kroppen eller att musklerna rör sig inuti kroppen utan vårt medvetande.

Feber
Feberutveckling, sker när kroppen upplever 37 som kallt, värmeproduktion ökar, människan beter sig som vid kyla, när febern avtar vigas kärl i huden och svettproduktionen ökar. En substans som framkallar feber pyrogener, tillverkas ofta av bakterier.

Djur
Även djur strävar efter att hålla en viss temperatur men på olika sätt beroende på art, miljö och dess normala kroppstemperatur. Djuren förehåller sig till värme på två olika sätt, det ena genom att de är växelvarma eller jämnvarma. De växelvarma djuren (ektoterma) anpassar sig efter omgivningen och det är yttre värmekällor som främst värmer dem. Genom deras beteende påverkar de sin kroppstemperatur när de till exempel förflyttar sig mellan sol och skugga. De djur som kan uppnå en hög kroppstemperatur är kräldjur som kan utsätta sig för direkt eller indirekt solljus. Hos andra djur finns det områden i kroppen som har en förhöjd temperatur som beror på en metabolisk produktion av värme (vingmuskler hos insekter).

Jämnvarma djur (endoterma) däremot vill hålla sin temperatur konstant som ofta är högre än omgivningen. Exempel på jämnvarma djur är däggdjur och fåglar (homeoterma) som är varmblodiga och kan hålla sin temperatur även om omgivningens temperatur varierar. Till skillnad från de växelvarma djuren producerar de jämnvarma djuren mer metabolisk värme (ämnesomsättning), 8-10 gånger mer, och sedan förbrukar mer näring, syre och energi. Anledningen till skillnaden i ämnesomsättningen är att cellmembranet hos endoterma djur är mer permeabelt (genomsläppligt) för joner. Jonpumparna omsätter därför mer energi.
De har även ett temperaturcentrum i botten av hjärnan som samarbetar med centrumet för andning och cirkulation och tillsammans skapar de en balans mellan produktion och avgivande av värme. Här har kroppens värmeproduktion störst betydelse för djurens värmemängd.

Kroppstemperaturen hos däggdjuren är mellan 36-38°C, förutom hos näbbdjur och myrpiggsvin som har 30-33°C. Fåglar har en högre genomsnittlig temperatur på 38-41°C. Produktionen av värme pågår främst i musklerna men hos en del däggdjur finns en brun fettvävnad som värmer blodet när djuren vaknar ur vinterdvalan.

Med hjälp av päls, fjädrar eller späcklager skyddar sig jämnvarma djur mot värmeförlust. I vissa fall fungerar buntar av blodkärl som värmeväxlar som minskar värmeförlusten, till exempel i fåglarnas ben när de står på snö eller is. Under perioder där det råder kyla och näringsbrist kan en del jämnvarma djur hushålla med energin genom att deras kroppstemperatur sänks antingen dygnsmässigt eller i vinterdvala.

Referenser
Eriksson,S & H-G Wallentinus. 1985. Naturen om vintern.
Nationalencyklopedin. 2011. Tillgänglig: www.ne.se. Hämtad [2011-04-11].
Sand, O., Sjaastad, O V. & Haug, E. (2002). Människans fysiologi. Förlag? Stad?

Concept Cartoons

Seminarium Etik

På detta seminarium diskuterade vi i basgrupp 1 etiska perspektiv i no-undervisning. Det första vi diskuterade var vilka olika förutsättningar skolor kan ha. När vi jämförde till exempel skolor på landet och skolor i stan kom vi fram till att elever på landet har en större närhet till naturen medans elever i stan har svårare att komma nära skog och natur. Vi diskuterade vidare om hur detta kan påverka elevernas lärande och förståelse för naturvetenskap. Vi samtalade även om allemansrätten och tog upp frågorna så som vad allemansrätten skulle innebära och tillåta. Vi diskuterade ytterliggare frågor till exempel om det är rätt att bryta grenar från träd och om detta skulle vara okej då man har gått vilse och hamnat i nöd. Vi samtalade även om valet och värderingar av lektionsinnehåll och kom fram till att läroplanens mål och de egna tolkningarna av läroplanen styr lektionsinnehållet. Skolmaten togs också upp som ett etiskt dilemma. Vi undrade om det är okej att köpa mat som har fraktats långa vägar istället för att köpa närproducerat. Nuförtiden då det verkar vara det viktigaste att få ut så mycket som möjligt (till exempel ur en produkt eller arbetskraft) med så få resurser ansträngning som möjligt uppstår etiska dilemman. Ett exempel är genmodifierad mat som är lättare att odla dock kan det finnas skillnader i smak och kvalitet. Frågan som uppstår är hur genmodifierad mat kommer att påverka naturens framtid. Våra samtal rörde även huruvida det är okej att jaga djur. Vi diskuterade också den globala uppvärmningen och frågan hur den industriella utvecklingen kommer att påverka naturen. En större industri skulle innebära mer utsläpp av skadliga gaser och bidra till den globala uppvärmningen medans en större industri skulle stödja människornas driv att konsumera olika sorters produkter. En aktuell fråga som vi även behandlade var om kärnkraft är nödvändigt för att kunna försörja Sverige med elextricitet eller om det skulle finnas nyttigare alternativ. Vi pratade även om hur viktigt det är att vara rädd om våran miljö och se till att inte giftiga substanser så som diesel, bensin och färg hamnar i naturen. Speciellt diskuterade vi faran med att giftiga substanser (till exempel diesel) snabbt sugs upp av träd och växter (genom kapillärkraften) som medför stora skador i naturen.

I helhet upplevde vi diskussionen som ämnesöverskridande då den etiska espekten finns i alla ämnen.

Basgrupp 1 genom Julia

Förklaring till Observationsmall

Lodrät kolumn, olika delar av lektionen

Intervjufrågor: återkoppling till intervjufrågorna kring djurens päls och människan värmehållning.

Genomgång: presentera lektionens upplägg samt innehåll och gruppindelning.

Presentera experiment: visa på experimentets grundförutsättningar och tillgängligt material.

Genomförande: elevgrupperna väljer och dokumenterar sina försök.

Samtal/diskussion: en gemensam avslutning med resonemang på tavlan och en poängtering av vilka slutsatser vi kan dra av experimentet.

Vågrät rad, olika perspektiv på (teorier kring) undervisning

Språk: (Vygotskij/Säljö) Använder som lärarstudenten av lämpliga artefakter för den proximala zonen i sin undervisning? Förstår eleverna lektionens hela innehåll?

Lärandets perspektiv: (Marton) visar det som sker under lektionen på att elevernas perspektiv är utgångspunkten? Visar lektonen på kontrast, generalisering, kritiska aspekter, får eleven syn på vad som ska urskiljas?

Styrdokument: (Regeringen) uppnående och strävansmål, följs de som det planerats för?

Medborgare i samhället: (Sjöberg) framgår det under lektionen hur detta kan generaliseras i elevernas vardag?

Givetvis får övriga notiser från observationen antecknas på baksidan av observationsmallen.
/Ida

Observationsmall

Lektionsplanering

Läroplansmål Lgr 11

”… kan använda kunskaper från de naturvetenskapliga, tekniska, samhällsvetenskapliga, humanistiska och estetiska kunskapsområdena för vidare studier, i samhällsliv och vardagsliv” (s. 10)

Kursplanemål

Biologi: ”Människans upplevelser av ljus, ljud, temperatur, smak och doft med hjälp av olika

sinnen” (s. 49).

Fysik: ”Människors användning och utveckling av olika material genom historien” (s. 54).

Kemi: ”Materials egenskaper och hur material och föremål kan sorteras efter egenskaperna utseende, magnetism, ledningsförmåga och om de flyter eller sjunker i vatten” (s. 59).

(Kursiv text är den del ur målen som vi har valt att arbeta med.)

Syfte för eleverna

Eleverna ska få en inblick i det naturvetenskapliga fenomenet värme. Genom experiment påvisar vi värmehantering i vardagen.

Vårt syfte

Genom att genomföra den här lektionen vill vi som blivande lärare praktisera vår nyvunna kunskap om att hålla lektioner utifrån ett naturvetenskapligt förhållningssätt.

Lärande objekt – Intentionellt

· Vad vill vi att barnen ska lära sig? Eleverna ska lära sig hur människan kan bevara en lagom kroppstemperatur.

· Vad innebär det att kunna detta? Förstå hur vi kan behålla värmen genom att isolera kroppen från omgivande kyla eller hjälpa kroppen att snabbt bli avkyld

· Hur gör vi det möjligt att urskilja just detta? Eleverna får genom ett naturvetenskapligt experiment pröva sina hypoteser kring hur isolering och avkylning samspelar.

Varför ska människan hålla en lagom kroppstemperatur?

Kroppstemperatur över 42 C är livshotande, vissa enzymer förstörs av värmen, nedkylning tål kroppen bättre än upphettning. Vid nedkylning minskar kroppens ämnesomsättning, detta används bland annat vid hjärtoperationer. Livsfara uppstår om temperaturen i kroppen understiger 25 C för då kan andning och blodcirkulation svikta. (Sand, Sjaastad & Haug 2002)

Fyra naturvetenskapliga områden

Liv – Värme är en av förutsättningarna för liv. Både människan och jämnvarma djur behöver hålla en jämn kroppstemperatur för att leva och hålla kroppens funktioner igång. I jämförelse med växelvarma djur som går i dvala då kroppens funktioner är på sparlåga. (Eriksson & Wallentinus, 1985)

Materia – All materia innehåller mer eller mindre värme i form av värmerörelse. Inom de grundläggande naturlagarna är den om värmeutjämning, att en varmare materia kommer att avge värme till sin omgivning. (Hewitt, 2002)

Energi – Värme kan beskrivas som värmeenergi. Värme behövs i alla kemiska processer, beroende på temperaturen ökar/minskar aktiviteten i processerna. (Hewitt, 2002)

Teknik – Människan har genom årtusenden utvecklat teknik för att hålla en jämn kroppstemperatur dels genom kläder men även genom bostäder och livsmedelsproduktion. (Ginner & Mattsson 1996)

Genomförande

Vi inleder lektionen med att återknyta till intervjufrågorna. Vi samtalar om hur djur kan hålla värmen och hur vi människor gör. Därefter presenterar vi lektionens två problem som är: hur gör du för att inte frysa samt hur gör du för att snabbt bli kall. Vid experimentet använder vi glasburkar med varmt vatten i som representant för människokroppen.

Eleverna arbetar antingen i par eller i grupp om tre. De får två glasburkar per grupp där de ska arbeta med de två problemen. De får själva välja vilket material de vill använda utifrån det vi har med och anteckna på labbrapporten vad de har valt att använda och skriva en hypotes.

Eleverna får i grupperna två stenciler som de ska fylla i. Den ena labbrapporten är för problemet om hur de ska göra för att behålla värmen och den andra för problemet hur det snabbt ska bli kallt. Vi går igenom labbrapporten, vad det står och vad de ska skriva.

Eleverna ska var femte minut mäta vattnets temperatur i burkarna. Efter 4 mätningar får eleverna skriva ett resultat. Grupperna får redovisa sina resultat och vi gör en gemensam anteckning på tavlan om de kalla respektive varma burkarna. Vi diskuterar resultaten och poängterar slutsatsen, förklarar skillnaden mellan olika materials isoleringsförmåga.

Material

Lika stora glasburkar, varmt vatten, olika klädesplagg/tyger, termometrar, klocka, stencil ”Labbrapport”, penna

Referenser

Eriksson, S. & Wallentinus, H-G. (1985). Naturen om vintern. Uddevalla: Bonnier Fakta Bokförlag

Ginner, T. & Mattsson, G. (red.) (1996). Teknik i skolan. Lund: Studentlitteratur.

Hewitt, P. G. (2002). Conceptual Physics. (10) Harlow, England and New York: Addison-Wesley.

Sand, O., Sjaastad, O. V. & Haug, E. (2002), Människans fysiologi. Stockholm: Liber

Handledning 3, Fysik

Vår inriktning av fenomenet värme syftar på människan och dess kunskap om värmereglering vid olika temperaturer. Inför handledningstillfälle 3 diskuterade vi vilka frågor vi ville ha svar på av en fysiker. En fundering var:

– Hur kopplas vårt fenomen till fysik?

Vi skulle också vilja ha hjälp med förslag på experiment, vilka visar på hur vi håller värmen eller förhindrar avkylning (är det samma sak?). Samt hur kyls vi ner snabbast vid överhettning?

Krister Karlsson (handledare i fysik) menar att fysik handlar om att söka förklaringar till fenomen runt omkring oss. På vår fråga om hur vi ska kunna visa på värme svarar Karlsson att ”värme finns i allt”. Vi diskuterar människor och kläder samt hur olika material transporterar bort eller behåller värmen hos oss.

Karlsson ger oss förslag på flera böcker bl. a. Kropp och kläder, Broby - Johansson samt Försök med fysik, Persson och Almqvist & Wiksell förlag. I den senare hittar vi ett experiment som vi menar att vi kan använda oss av för att visa på vårt fenomen. Fem glasburkar i olika kläder (s. 82), experimentet går ut på att undersöka om olika kläder på burkarna gör att vattnet i dem blir kallt olika fort. Där är två frågeställningar

a) håller sig varmt extra länge.

b) kallnar så fort som möjligt.

Vi känner oss nöjda med handledningen och känner att vi nu kan övergå till lektionsplaneringen.

/Carola