Gå til hovedindhold

Når vand er et problem

Mennesket har gennem mange århundreder haft brug for at flytte vand fra et område til et andet. Med inspiration fra Archimedes’ Skrue og aktiviteter om vand og tryk skal eleverne designe en simpel vandpumpe, der kan flytte vand fra et lavere liggende niveau til et højere liggende niveau.

Forløbet kan pege op i FN´s Verdensmål nummer 13: 'Klimaindsats, vi skal handle hurtigt for at bekæmpe klimaforandringer og deres konsekvenser'.

Mennesket har gennem mange århundreder haft brug for at flytte vand fra et område til et andet. Fx blev Babylons Hængende Haver - et af oldtidens syv underværker - vandet med vand, der blev løftet op ved hjælp af en vandpumpe.

I dag er det stadig yderst relevant at flytte vand fra et område til et andet. I mange lande bruger man stadig vand fra vandløb til at kunstvande afgrøderne på markerne med, og vi bruger vandpumper mange steder i industrien, fx når vand skal bruges til nedkøling af produktionsanlæg, eller når vand skal cirkuleres i fremtidens dambrug i den type produktionsanlæg, vi kalder akvaponi. Akvaponi er et vedvarende madproduktionssystem, som kombinerer en traditionel akvakultur med hydrokultur i et symbiotisk miljø.

Oversvømmelser og pumper

Oversvømmelser er naturlige og forekommer, når vand oversvømmer store landområder. Men oversvømmelser kan udgøre store problemer og skade på fx bygninger. Oversvømmelser kan opstå som følge af kraftig regn, hurtig snesmeltning eller storme, der blæser vandet i en bestemt retning. Oversvømmelser opstår sædvanligvis ved, at en flod går over sine bredder, men havet kan i visse tilfælde gøre det samme. I Danmark er det især oversvømmelser fra havet, der er et problem, og her bruger vi pumper til at flytte vandet tilbage til havet, hvor det kom fra.

Yderligere information:

Videoer der viser oversvømmelser i Danmark (der vises videoklip fra flere danske byer):

EiS-udfordringen

Eleverne skal designe en simpel og billig vandpumpe, der kan flytte vand fra et lavereliggende område til et højereliggende område. Fx en vandpumpe som kan flytte vand fra et vandløb og op på marken, hvor vandet kan benyttes til vanding af afgrøder. Eller en vandpumpe som kan flytte vand fra en oversvømmet kælder og op til kloakkerne i vejen, hvor det løber tilbage til havet.

Aktivitetsplan efter engineering-processen

Tip til læreren:


Orientering i delprocesserne

Du kan med fordel orientere dig i vejledningerne til de enkelte delprocesser i et engineering-forløb, ved at klikke på 'Se vejledning' i skemaet nedenfor. 

Elevmaterialer

Til eleverne er der tre typer af elevark:

  • EiS-udfordring - selve udfordringen beskrevet med baggrund, krav og materialer
  • Metodekort - vejledning til en metode, eleverne skal bruge
  • Aktivitet - en naturvidenskabelig undersøgelse, der er relevant i forhold til løsningen af deres udfordring

Element af matematik

I aktiviteten ‘Test jeres vandpumpe’ er der et element af matematik, hvor eleverne skal anvende matematik i praksis i forbindelse med test af deres vandpumpe.

Udvidelse af forløbet

Udfordringen ‘Når vand er et problem’ kan udvides med forløbet ‘Akvaponi’, hvor vandpumpen skal benyttes som et element i løsningen af udfordringen ‘Akvaponi’.
Dette forløb er målrettet udskolingen og kan benyttes i forbindelse med det fællesfaglige fokusområde ‘Produktion med bæredygtig udnyttelse af naturgrundlaget’.
Find forløbet her.

Se vejledningen 

Forstå udfordringen

Du præsenterer problemstillingen PDF iconNår vand er et problem. Du kan orientere dig i baggrundsafsnittet ovenfor og iscenesætte problemstillingen ved fx at vise videoen, der viser oversvømmelser i Danmark, eller du kan tage udgangspunkt i et af de to links, der er lagt ind i baggrundsafsnittet.

Læs derefter EiS-udfordringen 'Design en vandpumpe’ op for eleverne.

Del dem op i grupper, og del derefter EiS-udfordringen og metodekortet ‘Problemskitse’ ud som ark til grupperne. Grupperne skal med egne ord beskrive, hvad udfordringen går ud på, ved at udfylde metodekortet ‘Problemskitse’.

 

EiS-udfordringen: PDF iconDesign en vandpumpe

Elevark: Metodekort - PDF iconProblemskitse

Se vejledning

Undersøge

Giv eleverne en hurtig introduktion til, hvad der kan have betydning for, om en vandpumpe er en god vandpumpe:

  • at den kan flytte en pæn portion vand rimeligt hurtigt
  • at den ikke er omkostningsfuld
  • at den er nem at konstruere
  • at pumpen ikke nemt går i stykker (hvis vandet fx er urent og fyldt med gruspartikler)

Eleverne skal derefter via to enkle aktiviteter undersøge, hvilken sammenhæng der er mellem vand og tryk. Bed eleverne om at notere, hvilke pointer der er de vigtigste for hver af de to aktiviteter. Pointerne skal de bringe med over i deres videre arbejde med prototypen af vandpumpen.

 

Vand der kravler opad

Eleverne ved, hvilken sammenhæng der er mellem lufttryk og vands bevægelser.

Eleverne undersøger, hvordan trykket bevirker, at vandstanden i to glas udjævnes.

 

Elevark: Aktivitet - Vand der kravler opad 

 

Lige i hovedet

Eleverne får erfaringer med overtryk, undertryk og tryksammenhænge ved at eksperimentere med en papirkugle og en plastflaske. Hvad sker der, når de puster til en papirkugle, der ligger i mundingen af en flaske. Og hvad sker der, når de suger?

 

Elevark: Aktivitet - Lige i hovedet

 

Archimedes’ skrue

Eleverne indsamler viden om, hvad Archimedes’ skrue er, og hvordan den virker.


Elevark: Aktivitet - PDF iconArchimedes' skrue

Se vejledning

Få ideer

Grupperne skal udvikle på deres ideer, forhandle om ideerne og udvælge én ide, de går videre med. Bed grupperne om at brainstorme ud fra den vejledning, de får uddelt. Eleverne skal bringe deres erfaringer og pointer fra delprocessen ‘Undersøg’ med ind i brainstormen og forholde sig til følgende:

  • Valg af materialer til pumpen?
  • Hvilke enkeltdele skal pumpen bestå af?
  • Hvordan skal delene sættes sammen, for at pumpen fungerer?

Elevark: Metodekort - PDF iconAlmindelig brainstorm

Se vejledning

Konkretisere

Hver gruppe skal gøre sin ide konkret, og de skal visualiserer deres ide ved at tegne en skitse. Uddel metodekortet ‘Læg en plan’ til grupperne, og lad dem arbejde selvstændigt, mens du fungerer som ‘guide’.
De foretager materialevalg og udarbejder en liste med de materialer de vil bruge. Og de lægger en plan for arbejdet, og hvem der gør hvad.


Elevark: Metodekort - PDF iconLæg en plan 1-3 

Se vejledning 

Konstruere

I ‘Konstruere’ skal eleverne både virkeliggøre deres ide og testen prototypen af vandpumpen første gang.

Start med at uddele metodekortet ‘Opgavefordeling’, og overlad til eleverne i hver enkelt gruppe at få styr på, hvem der gør hvad.

Derefter følger hver gruppe den plan, den har lagt i delprocessen ‘konkretisere’, gruppens elever følger deres skitse og konstruerer deres vandpumpe med de udvalgte materialer.

 

Når gruppen mener, at dens prototype er færdig, tester den pumpen ved brug af aktiviteten: ‘Test af vandpumpe’.


Skriv resultaterne i et skema på tavlen

Gruppernes resultater fra den første test noteres i et skema, som tegnes på tavlen.
Lav kolonner til resultater for rådata for testen (hvor meget vand flyttede de på hvilket antal minutter) og en kolonne, hvor rådata er omregnet til de krav, der blev stillet i udfordringen (1 liter på 5 minutter).
Gør endvidere plads til yderligere to kolonner, som udfyldes, efter at grupperne har forbedret deres prototype og testet den anden gang.

  • Materialeliste pr. gruppe (står også på elevernes udfordringsark):
  • 2 skåle der kan indeholde vand
  • 2 pvc-rør af forskellig tykkelse, fx 0,5 mm og 1,0 mm
  • 2 klare plastslanger af forskellig tykkelse, hver slange skal være 1 m lang
  • Dobbeltklæbende tape
  • 4 mursten, bøger eller lign. til at stille den øverste af skålene på
  • Vand til at fylde i den nederste af skålene
  • Frugtfarve til at farve vandet med
  • Papir og blyant til at notere pointer og testresultater

Hvis eleverne er udfordret på opgaven


Har nogle grupper svært ved at konstruere vandpumpen eller designe testen, kan du uddele debbe PDF icontegning som inspiration til løsning. VIGTIGT: Uddel ikke tegningen til at starte med, da erfaringen er, at eleverne så springer den innovative del over og designer en pumpe, der er identisk med den på tegningen.


Lav en tegning, der ser ud som denne.


Elevark: Metodekort - PDF iconOpgavefordeling


Elevark: Aktivitet - PDF iconTest af vandpumpe


Se vejledning

Forbedre

Her skal grupperne evaluere deres prototyper. Uddel metodekortet ‘Opsamling mellemtrin’, som giver eleverne vejledning i at bruge hinandens viden til at forbedre deres prototyper. De indhenter viden fra de andre grupper, som de bringer tilbage til deres egen gruppe og implementerer i forbedringen af prototypen.


Efter implementering af forbedringer testes prototyperne igen. Grupperne noterer deres resultater i det skema, I tegnede på tavlen under ‘Konstruere’. Ser de den forbedring de regnede med, og hvorfor/hvorfor ikke?


Elevark: Metodekort - PDF iconOpsamling


Elevark: Aktivitet - PDF iconTest af vandpumpe

Se vejledning 

Præsentere løsningen

Uddel metodekortet ‘Engineering poster’. Grupperne udfylder felterne på posteren og benytter posteren i deres præsentation af løsningen. Nogle spørgsmål er lidt svære, så det er vigtigt, at du vejleder eleverne, så de udfylder på det niveau, de er på.

Grupperne præsenterer derefter deres løsning ved en ganske kort pitch - maks. 5 minutter pr. gruppe.

 

Udfordringer til elever, der har brug for ekstra udfordringer


Eleverne kan designe et håndtag til skruen, som kan optimere processen med at dreje på skruen/pumpen. De kan lade sig inspirere af billedet på elevarket ‘Archimedes’ skrue’.

 

Eleverne kan perspektivere til ‘virkelighedens’ vandpumper - hvor benyttes de, og hvordan ser de ud?

 

Eleverne kan perspektivere til Grundfos, der er en af verdens mest kendte og største producenter af vandpumper.


Elevark: Metodekort - PDF iconEngineeringposter

Kompetenceområder og Fælles Mål

  • Forløbet kommer omkring undersøgelseskompetencen indenfor ‘Teknologi og ressourcer’ samt ‘Vand, luft og vejr’, samt modelleringskompetencen inden for ‘Teknologi og ressourcer’. og ‘Jordklodens forandringer’.

Faglige pointer

  • I forløbet får eleverne viden om vand og tryk og sammenhængen mellem disse, viden om nedbør og oversvømmelsers betydning samt viden om en enkel mekanisme som en vandpumpe, herunder særligt Archimedes’ skrue.
  • I forløbet undersøger eleverne, hvordan vand og tryk hænger sammen, de designer deres egen mekanisme i form af en vandpumpe, og de udvikler en test, der kan vise pumpens kapacitet.