Problemorienteret projektarbejde i, om og med matematik i ... - dirac
Problemorienteret projektarbejde i, om og med matematik i ... - dirac
Problemorienteret projektarbejde i, om og med matematik i ... - dirac
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Problemorienteret</strong> <strong>projektarbejde</strong> i, <strong>om</strong> <strong>og</strong> <strong>med</strong> <strong>matematik</strong> i gymnasiet.<br />
Rapport over et forløb.<br />
Kirsten Mejdahl, Allerød Gymnasium.<br />
Forløbet fandt sted i 3mMA (3.g hold <strong>med</strong> 3-årigt A-niveau) <strong>med</strong> 23 elever. Forarbejdet til projektet<br />
blev udarbejdet sammen <strong>med</strong> Karsten Wegener, Allerød Gymnasium (1-årigt A-niveau) <strong>og</strong> Axel<br />
Gadegaard, Kalundborg Gymnasium <strong>og</strong> HF (1-årigt A-niveau <strong>med</strong> forsøg (reduceret pensum)).<br />
Den nye gymnasiereform lægger op til at eleverne gennem alle tre år skal prøve kræfter <strong>med</strong><br />
projektarbejdsformen. For mig er dette i <strong>matematik</strong> en helt ny arbejdsform, <strong>og</strong> jeg t<strong>og</strong> derfor mod<br />
tilbuddet <strong>om</strong> at afprøve det i praksis <strong>med</strong> mulighed for at få støtte fra kollegaer undervejs. Kursets<br />
opbygning <strong>med</strong> tre dages indledning, en dag undervejs <strong>og</strong> to dage s<strong>om</strong> afslutning tiltalte mig fra<br />
start. Det var en stor hjælp at kunne udarbejde en skitse for et projektforløb sammen <strong>med</strong> kollegaer.<br />
Projektet k<strong>om</strong> til at ligge indenfor emnet differentialligninger. Vores plan for et projekt, s<strong>om</strong> vi udarbejdede<br />
under kursets første internat, er vedlagt (bilag 1). Vores hensigt <strong>med</strong> projektet er, at eleverne<br />
skal arbejde <strong>med</strong> differentialligninger, så de kan se, at sådanne har betydning i dagligdagen,<br />
<strong>og</strong> at de derigennem <strong>og</strong>så får et indtryk af begrebet matematisk model. En af mine elever havde<br />
netop i en hjemmeopgave regnet sig frem til, at kablet på Storebæltsbroen var 3,6⋅10 -5 m langt,<br />
hvilket desværre viser at mine elever ikke til dagligt tænker på <strong>matematik</strong>s relation til virkeligheden.<br />
Spørgsmålet var <strong>om</strong> man sideløbende <strong>med</strong> den ”normale” undervisning i differentialligninger<br />
kunne køre projektet for derigennem at styrke deres forståelse for anvendelsen af <strong>matematik</strong>ken.<br />
I starten af oktober blev 3mMA i forbindelse <strong>med</strong> evaluering af den tidligere undervisning informeret<br />
<strong>om</strong>, at de i tiden mellem efterårsferie <strong>og</strong> juleferie i 10 timer skulle arbejde <strong>med</strong> et problemorienteret<br />
projekt. Da tiden nær<strong>med</strong>e sig, passede det <strong>med</strong>, at jeg kunne tage fat på den dybere orientering<br />
præcis efter efterårsferien. Til daglig benytter vi <strong>matematik</strong>b<strong>og</strong>en ”Integralregning <strong>og</strong><br />
sandsynlighedsregning” 1 <strong>og</strong> de blev bedt <strong>om</strong> at læse afsnittene ”Matematik <strong>og</strong> virkelighed” <strong>og</strong><br />
”Matematisk model” for derigennem at skifte bekendtskab <strong>med</strong> modelbegrebet, s<strong>om</strong> så blev diskuteret<br />
i en dobbeltlektion. De fik udleveret et inspirationspapir ”Modeller” (bilag 2) <strong>og</strong> fik så en uge<br />
til selv at finde på et emne, der kunne knyttes sammen <strong>med</strong> en differentialligning.<br />
S<strong>om</strong> sagt var det idéen at den ”normale” undervisning i differentialligninger skulle finde sted sideløbende<br />
<strong>med</strong> projekttimerne, <strong>og</strong> det gik vi nu i gang <strong>med</strong>, men <strong>med</strong> n<strong>og</strong>et mindre vægt på eksemplerne,<br />
end jeg ellers ville have brugt.<br />
Den første af de 10 timer, der var afsat til projektet, lektion 1, blev brugt til at danne grupper, 6<br />
grupper á 4 (3-5) elever. Læreren forlod klasselokalet i ca. 15 minutter for at få processen i gang.<br />
Da jeg k<strong>om</strong> tilbage, sad stort set alle elever stadig på samme plads, hvilket var et udtryk for, at de<br />
1 ”Integralregning <strong>og</strong> sandsynlighedsregning”, Claus Jessen, Peter Møller <strong>og</strong> Flemming Mørk, Gyldendal 1999
dannede grupper snarere udfra, hvem de plejer at arbejde sammen <strong>med</strong>, end udfra emnet. Men det<br />
var lykkedes at nå frem til 6 grupper <strong>med</strong> 6 emner:<br />
1. C<strong>om</strong>putervirus (2 elever)<br />
2. Kolesterolindhold (4 elever)<br />
3. Kinas befolkning (4 elever)<br />
4. Epidemi (5 elever)<br />
5. Opløsning af et bolche (4 elever)<br />
6. At<strong>om</strong>b<strong>om</strong>ber (4 elever)<br />
S<strong>om</strong> det ses, har n<strong>og</strong>le af grupperne valgt emner mere eller mindre direkte fra inspirationspapiret.,<br />
mens andre selv har været kreative, så på den måde har papiret virket efter hensigten. Eleverne fik<br />
så udleveret arket ”Projektarbejde” (bilag 3), hvoraf det fremgik, at de skulle skrive en socialkontrakt,<br />
vælge ordstyrer <strong>og</strong> referent samt skrive l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> efter hver (dobbelt)lektion.<br />
Opgaven til næste undervisningslektion blev, at hver elev skulle nedfælde 10 linier til den sociale<br />
kontrakt samt finde materiale <strong>om</strong> deres emne. Den sociale kontrakt følte jeg nødvendig aht. et par<br />
elever, s<strong>om</strong> jeg kunne forestille mig ikke ville yde meget til et gruppearbejde, <strong>og</strong> det var <strong>og</strong>så derfor<br />
jeg tillod 5 elever i en gruppe (hvis en eller to skulle falde fra), selv<strong>om</strong> der så blev en gruppe på kun<br />
2 elever (s<strong>om</strong> begge viste stor iver <strong>og</strong> interesse for deres emne). I starten af lektion 2+3 fik de<br />
udleveret arket ”Projektarbejde <strong>med</strong> differentialligninger”. Dette var delvist hentet fra ”Autentiske<br />
<strong>matematik</strong>anvendelser”, Matematiklærerforeningen 1991, side 6-7 <strong>og</strong> blev givet s<strong>om</strong> eksempel på<br />
opstilling af model. Lektion 2 blev brugt til at k<strong>og</strong>e deres oplæg sammen til en fælles social kontrakt,<br />
<strong>og</strong> i lektion 3 skulle de udarbejde en problemformulering.<br />
Det viste sig at være et meget ambitiøst projekt. At skulle vejlede 6 grupper <strong>med</strong> 6 forskellige emner<br />
<strong>og</strong> hjælpe dem <strong>med</strong> at finde materiale var overvældende. Det er helt klart, at ikke alle grupper<br />
har fået den vejledning, de har haft behov for, men følgende passus fra en af de afleverede rapporter<br />
liver d<strong>og</strong> op:<br />
”Alt i alt kan jeg konkludere, at dette projektforløb har været yderst interessant. Det har været<br />
rigtig sjovt at prøve at arbejde på en anderledes måde end man er vant til. Det har <strong>og</strong>så været<br />
lærerigt at skulle undersøge alle tingene selv <strong>og</strong> få gang i projektet. Gruppen har fungeret<br />
rigtig godt <strong>og</strong> alle har været engagerede. Den gode stemning i gruppen <strong>og</strong> gruppemøderne<br />
gjorde at der var styr på tingene <strong>og</strong> at folk syntes at det var sjovt at være <strong>med</strong> i projektet.<br />
Alt i alt har projektet altså været supergodt, <strong>og</strong> jeg har lært en hel masse af det.”<br />
Måske var det alligevel det hele værd.<br />
De 6 gruppers arbejde bliver nu beskrevet hver for sig:<br />
1. C<strong>om</strong>putervirus:<br />
De to drenge t<strong>og</strong> <strong>med</strong> engagement <strong>og</strong> højt humør fat på dette emne <strong>og</strong> fik hurtigt udarbejdet<br />
følgende problemformulering:
”Problemformulering<br />
- Vi ønsker at opstille en troværdig model for spredningen af en effektiv c<strong>om</strong>putervirus<br />
- Teorien bygger på, at virusen udnytter en sikkerhedsfejl i styresystemet<br />
- I modellen ønsker vi at tage højde for påvirkninger, s<strong>om</strong> f.eks. antivirus, firewall, Windows<br />
opdatering mm.<br />
- Modellen starter <strong>med</strong> fem inficerede c<strong>om</strong>putere <strong>og</strong> vil så forsøge at lave et realistisk overslag<br />
over udviklingen.”<br />
Det stod dem klart fra starten, at de ikke kunne finde n<strong>og</strong>et talmateriale, så de ville rent teoretisk<br />
prøve at skaffe sig et overblik over virusforløbet. De startede <strong>med</strong> at tegne en graf, s<strong>om</strong> skulle illustrere<br />
forløbet. Den steg volds<strong>om</strong>t i starten, <strong>og</strong> aft<strong>og</strong> næsten lige så volds<strong>om</strong>t, når der var oprettet<br />
antivirus. Så prøvede de at opstille en talfølge, hvor deres idé var at hver inficeret c<strong>om</strong>puter kunne<br />
nå at scanne et antal (3,2) IP-adresser på en time, <strong>og</strong> af disse ville kun halvdelen blive inficeret, da<br />
den anden halvdel var beskyttet af firewall eller at adressen simpelthen ikke svarede til en c<strong>om</strong>puter.<br />
De var opmærks<strong>om</strong>me på, at de <strong>og</strong>så skulle tage højde for de c<strong>om</strong>putere, der var inficerede i<br />
forvejen. P.gr.a. en parentesfejl fik de d<strong>og</strong> opskrevet talfølgen ”u(n) = 1,1⋅u(n-1)” altså en almindelig<br />
eksponentiel vækst s<strong>om</strong> funktion af tiden. Denne funktion vokser jo volds<strong>om</strong>t, s<strong>om</strong> de havde<br />
ønsket, så glade var de! Og nu skulle de så få den til at aftage igen. De forestillede sig at det ville<br />
ske efter 5 dage. Af en eller anden grund opskrev de så differentialligningen<br />
dy 50<br />
= ⋅ln(1,1)<br />
⋅1,1<br />
dx 11<br />
x<br />
1<br />
⋅ ⋅ y , hvor t skulle være en negativ konstant.<br />
t<br />
Denne ligning løste de korrekt, <strong>og</strong> de fik fittet konstanterne, så de to kurver hang sammen. I princippet<br />
fik de altså løst opgaven: opstillet en differentialligning <strong>og</strong> løst den; men hvor meget den<br />
havde <strong>med</strong> virkeligheden at gøre, er et godt spørgsmål.<br />
Det er mit indtryk, at begge elever både i timerne, men <strong>og</strong>så hjemme, lagde et stort arbejde i at<br />
prøve at ”gætte” sig frem til en løsning. Jeg havde meget svært ved at k<strong>om</strong>munikere <strong>med</strong> dem i<br />
vejledningen. Jeg blev afvist, når jeg spurgte, <strong>om</strong> de skulle have hjælp, for de var lige ved at finde<br />
den rigtige løsning. Jeg er imidlertid overbevist <strong>om</strong>, at de blevet endnu mere interesseret i <strong>matematik</strong><br />
efter at have arbejdet så selvstændigt. Her er et citat fra deres rapport:<br />
”Vi har løst opgaven, men vi blev d<strong>og</strong> nødt til at indføre 2 ligninger for at løse problemet <strong>med</strong><br />
at få et fald på grafen. Dette er ikke et brud på opgaven, men er d<strong>og</strong> ikke tilladt ifølge vores<br />
egen problemformulering. Her specificerer vi, at vi kun vil bruge en ligning. Ligningen k<strong>om</strong><br />
til at se sådan ud... Samtidig er vores forståelse for brugen af differentialligningers praktiske<br />
brug steget. Selv<strong>om</strong> vi er blevet nødt til at lave en del antagelser, synes vores graf at stemme<br />
overens <strong>med</strong> vores forestilling til en korrekt afbildning af et virusudslip.”<br />
2. Kolesterolindhold<br />
Gruppen t<strong>og</strong> rigtig godt fat på emnet. Deres l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> for den første dobbeltlektion lød:
”Vi startede <strong>med</strong> at udforme vores sociale kontrakt. Og skrev derefter vores<br />
problemformulering:<br />
- Hvordan udvikler kolesteroltallet sig i mennesket?<br />
- Vi vil opstille en model, hvor vi vil gøre rede for kolesteroltallets udvikling <strong>og</strong> forskellige<br />
faktorers indflydelse herpå.<br />
- Faktorer:<br />
- Alder<br />
- Kost<br />
- Rygning<br />
- Køn<br />
- Arvelighed<br />
- Alkohol<br />
- Motion<br />
- Størrelse<br />
- Forebyggende <strong>med</strong>icin<br />
- Vi søgte endvidere på nettet efter oplysninger.<br />
- Det blev besluttet at Camilla er ordstyrer <strong>og</strong> Cecilie er referent”<br />
De fandt altså selv materiale på internettet, s<strong>om</strong> fortalte <strong>om</strong> kolesterol <strong>og</strong> kolesterolindholdet i<br />
mennesker (i mmol/L), <strong>og</strong> de fik herigennem n<strong>og</strong>le tal for et menneskes naturlige indhold, <strong>og</strong> hvor<br />
faregrænsen lå. Men de havde svært ved at k<strong>om</strong>me frem til en differentialligning. Derfor forsynede<br />
jeg dem <strong>med</strong> én hentet fra ”Differentialligninger. Et undervisningsforløb <strong>med</strong> Derive <strong>og</strong> modelbygning”<br />
2 . Deres første opgave var så at sætte sig ind i betegnelserne <strong>og</strong> forstå ligningen. Den<br />
næste dobbeltlektion gik så <strong>med</strong> at prøve at sætte værdier på konstanterne, så de kunne få n<strong>og</strong>le<br />
realistiske værdier. Dette lykkedes ikke, <strong>og</strong> selv<strong>om</strong> de så fik n<strong>og</strong>le værdier på konstanterne (svarende<br />
til mg/dL), lykkedes det heller ikke for dem at kunne regne dem <strong>om</strong>, selv<strong>om</strong> flere i gruppen<br />
har kemi på højniveau. Gruppen var på dette tidspunkt gået n<strong>og</strong>et i stå. Set udefra virkede det, s<strong>om</strong><br />
en enkelt sad <strong>og</strong> prøvede at regne, mens de andre bare kiggede opgivende på. Til sidst fik de opskrevet<br />
følgende differentialligning <strong>med</strong> følgende tre betingelser, s<strong>om</strong> det så lykkedes for dem dels<br />
at løse <strong>og</strong> dels at bestemme konstanterne <strong>og</strong> endelig fik de tegnet grafen.<br />
dC<br />
= k1<br />
C0<br />
− C)<br />
+ k<br />
dt<br />
t = 0 ⇒ C = 4<br />
t = 30 ⇒ C = 6<br />
t → ∞ ⇒ C → 7<br />
( 2E<br />
C0<br />
= 2,5 E = 1<br />
Hvis de havde kunnet nå mere, havde det været oplagt at gå ind <strong>og</strong> ændre på parametrene i ligningen.<br />
Dels hvordan forløbet havde været, hvis personens kost fra start havde været mindre kolesterolrig,<br />
<strong>og</strong> dels hvordan forløbet havde været, hvis personen efter at have været på en kost <strong>med</strong> det<br />
høje kolesterolindhold i en månedstid, var blevet sat på en kolesterolfattig diæt. I løsning af differentialligningen<br />
indgår der numerisk værdi (ln(⎢x⎪) s<strong>om</strong> så ofte i differentialligningerne i <strong>matematik</strong>b<strong>og</strong>en,<br />
så her havde de et eksempel, hvor de måske lige pludselig kunne forstå, hvornår det var<br />
det ene fortegn, de skulle bruge, <strong>og</strong> hvornår det var det andet. Gruppen har fået meget vejledning<br />
undervejs. Til trods for den udmærkede problemformulering var de ikke i stand til at opstille en<br />
2 ”Differentialligninger. Et undervisningsforløb <strong>med</strong> Derive <strong>og</strong> modelbygning”, Niels Hjersing, Per Hammershøj Jensen<br />
<strong>og</strong> Børge Jørgensen
differentialligning. Dette viser, at de nok skulle have set n<strong>og</strong>le flere eksempler på modellering, inden<br />
de selv blev kastet ud i projektet. Derudover gik de n<strong>og</strong>et uventet i stå på regnetekniske problemer.<br />
Det er ikke mit indtryk, at de har brugt meget tid hjemme. De var flittige til at aflevere l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>,<br />
men her kan jeg se, at jeg skal forbedre min instruktion i udfærdigelsen af denne, så den bliver<br />
meget mere præcis, så jeg har en mulighed for at k<strong>om</strong>me ind <strong>og</strong> vejlede på en mere hensigtsmæssig<br />
måde.<br />
3. Kinas befolkning.<br />
Denne gruppe forsøgte at køre løbet selv. I starten forsøgte de selv at finde værdier for befolkningstallet.<br />
Men først <strong>med</strong> min mellemk<strong>om</strong>st fik vi fat på en ge<strong>og</strong>rafilærer, s<strong>om</strong> kunne gå ind på en<br />
hjemmeside, s<strong>om</strong> skolen abonnerede på <strong>og</strong> få de helt relevante data. Dernæst var det bare at plotte<br />
tallene ind, <strong>og</strong> så skulle der tages fat på differentialligningerne. Fra inspirationspapiret (bilag 2)<br />
havde gruppen de tre populationsmodeller: eksponentiel vækst, eksplosiv vækst <strong>og</strong> l<strong>og</strong>istisk vækst.<br />
Ud fra to punkter i starten af kurven fik de så til opgave at fremskrive på hver af de tre måder. Differentialligningen<br />
for den eksplosive vækst har de løst, mens de i de to andre tilfælde direkte har<br />
brugt løsningsfunktionen <strong>og</strong> kun bestemt konstanterne. De har i rapporten ikke fået analyseret, hvad<br />
der lå bag de tre modeller. Følgende k<strong>om</strong>mentar til sidst i rapporten mener jeg viser, at de udelukkende<br />
opfatter problemet matematisk <strong>og</strong> ikke er i stand til at fortolke sammenhængen mellem model<br />
<strong>og</strong> virkelighed, specielt set i sammenhæng <strong>med</strong> den udmærkede information de har i starten af<br />
rapporten:<br />
”I år 2004 bor der 1.236 mio. mennesker i Kina. Vi indsætter værdien 54 (s<strong>om</strong> vil svare til år<br />
2004) i hver af funktionerne:<br />
Eksplosiv vækst: 2043<br />
Eksponentiel vækst: 1359<br />
L<strong>og</strong>istisk vækst: 1018<br />
Man kan altså se, at det faktisk er den eksponentielle vækst s<strong>om</strong> (hvis man regner de næste 29 år<br />
<strong>med</strong>) er den s<strong>om</strong> passer bedst. Men da det er den l<strong>og</strong>istiske formel s<strong>om</strong> passer allerbedst mellem<br />
år 1950-1985 <strong>og</strong> da den eksponentielle formel kun rammer lidt mere plet end l<strong>og</strong>istiske formel,<br />
er vi stadig tilhængere af den l<strong>og</strong>istiske formel.”<br />
Fra starten af rapporten:<br />
”I starten af 1970'erne begyndte et barns politikken s<strong>om</strong> gik ud på at straffe de familier s<strong>om</strong> fik<br />
for mange børn, der har været fængsling af forældre der ikke overholdt reglerne <strong>og</strong> tvangsaborter<br />
men det var svært at praktisere ude på landet.<br />
Et barns politikken bliver stadig benyttet i dag d<strong>og</strong> uden tvangsaborterne <strong>og</strong> andre grove krænkelser<br />
af menneskerettighederne...”
Et enkelt gruppe<strong>med</strong>lem var syg i størstedelen af projektperioden, <strong>og</strong> det har nok smittet af på de<br />
andres arbejdsindsats. Gruppen har afleveret en fælles rapport i strid <strong>med</strong> oplægget. Dette giver mig<br />
mulighed for at sammenligne <strong>med</strong> de andre gruppers arbejde <strong>og</strong> viser mig, hvor stor betydning det<br />
har, at hver enkelt elev afleverer sin egen rapport. Det har givet en meget nuanceret oplevelse af,<br />
hvor meget hvert gruppe<strong>med</strong>lem har forstået af projektet. Selv<strong>om</strong> <strong>matematik</strong>ken er udarbejdet i<br />
fællesskab, træder forståelsen af problemet eller den manglende samme tydeligt frem i formuleringerne.<br />
4. Epidemi<br />
Til min store overraskelse vågnede en af holdets svageste elever op her <strong>og</strong> fortalte, at han gerne ville<br />
arbejde <strong>med</strong> epidemier, <strong>og</strong> det smittede straks af på de <strong>om</strong>kringsiddende, så der blev dannet en<br />
gruppe på 5. Fra l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>en kan jeg se, at gruppen i perioder har delt sig selv op mht. arbejdsopgaver.<br />
De har søgt på Internettet, men det gav åbenbart ikke n<strong>og</strong>et resultat. Jeg ved ikke, hvad de havde<br />
forestillet sig at finde. I rapporterne er der fine oplæg <strong>om</strong> influenza, men <strong>om</strong> de blev fundet på Internettet<br />
eller i biol<strong>og</strong>ibøger står uklart. Da de ikke efter første dobbeltlektion havde fået taget fat på<br />
problemet, blev de henvist til deres egen <strong>matematik</strong>b<strong>og</strong> 1 , s<strong>om</strong> har et eksempel netop <strong>om</strong>fattende<br />
epidemi. I starten mente de, at det var for nemt, her havde de jo allerede løsningen. Men det viste<br />
sig, at være sværere, end de troede at få tastet de tre talfølger (R:raske, S:syge, I:immune) rigtigt ind<br />
på grafregneren <strong>og</strong> at få bestemt n<strong>og</strong>le konstanter, s<strong>om</strong> kunne give et realistisk billede af situationen.<br />
Og b<strong>og</strong>en er nu <strong>og</strong>så ret misvisende på dette punkt. Ifølge b<strong>og</strong>ens eksempel bliver hele befolkningen<br />
smittet <strong>og</strong> ca. 80% er syge på samme dag. På trods af de fine bemærkninger i starten af en af<br />
rapporterne:<br />
”En epidemi opstår når der er flere der bliver syge end der er, der bliver raske. En epidemi defineres<br />
s<strong>om</strong> en sygd<strong>om</strong> der inde for ”kort tid” har spredt sig til 4% eller mere, af den samlede befolkning.<br />
Hvert år i vintermånederne rammes Danmark af en influenzaepidemi af større eller<br />
mindre grad. Under en alm. epidemi grad rammes 20% af befolkningen.”<br />
gennemskuer gruppen ikke, at deres model <strong>og</strong>så falder i den samme grøft.<br />
Fagligt har dette været den mest splittede gruppe. Jeg har modtaget fire rapporter, hvor de tre benytter<br />
de samme parametre <strong>og</strong> konstanter. Men den fjerde rapport indbefatter <strong>og</strong>så en fjerde talfølge,<br />
nemlig D:døde. Modellen benytter helt andre konstanter, s<strong>om</strong> giver et meget mere realistisk<br />
billede af virkeligheden. I første <strong>om</strong>gang virkede det s<strong>om</strong> <strong>om</strong>, alle havde været glade for at arbejde i<br />
gruppen, <strong>og</strong> at de har fået n<strong>og</strong>et ud af det på hver sit niveau. Evalueringen giver d<strong>og</strong> et n<strong>og</strong>et andet<br />
billede, her udtrykker flere deres utilfredshed <strong>med</strong> samarbejdet.<br />
5. Opløsning af et bolche.<br />
Blot på baggrund af inspirationspapiret fik en elev denne idé, <strong>og</strong> hun fik overtalt tre andre til at gå<br />
<strong>med</strong> i gruppen. Her er der blevet arbejdet <strong>med</strong> differentialligninger, s<strong>om</strong> jeg allermest havde håbet
på. ”Mølkugleopgaven” 3 havde været en del af deres første afleveringssæt, <strong>og</strong> den kunne de straks<br />
se havde relevans for opløsningen. At koncentrationen af allerede opløst bolche havde betydning for<br />
den yderligere opløsning, fandt de <strong>og</strong>så selv frem til, <strong>og</strong> de tegnede en skitse for, hvordan denne<br />
faktor måtte opføre sig. De fik så hjælp til, at grafens form måske kunne minde <strong>om</strong> n<strong>og</strong>et, der havde<br />
<strong>med</strong> en kvadratrodsfunktion at gøre. De fik opskrevet følgende differentialligning:<br />
dm<br />
2<br />
= −K<br />
⋅ m<br />
3<br />
⋅(2,887<br />
⋅ 3 − m + 0,5)<br />
dt<br />
hvor 3 er bolchets startmasse <strong>og</strong> faktoren er 1 ved start <strong>og</strong> ½ ved 60 min.<br />
Jeg måtte skuffe dem <strong>med</strong>, at denne ligning kunne de ikke løse explicit, men at de måtte bruge talfølger.<br />
Rapporterne tyder på, at alle har forstået denne metode. Det skal nævnes, at gruppen uden<br />
min viden havde udført et forsøg i praksis, hvor de havde købt et bolche på 2,999 g i kantinen <strong>og</strong><br />
taget tid på, hvor længe det var <strong>om</strong> at blive opløst i 100 g vand <strong>med</strong> temperaturen 22° uden <strong>om</strong>røring.<br />
Det t<strong>og</strong> 60 min., <strong>og</strong> det benyttede de så s<strong>om</strong> parameter til grafen.<br />
6. At<strong>om</strong>b<strong>om</strong>ber.<br />
Gruppen havde idé <strong>om</strong> dels at undersøge, hvordan strålingen havde bredt sig altså risikoen for at dø<br />
s<strong>om</strong> funktion af afstanden fra nedslagets centrum, dels <strong>om</strong> antallet af døde. I starten sad de <strong>og</strong> prøvede<br />
at opstille en model, hvor befolkningstætheden i Hiroshima skulle indgå. Men samtidigt ville<br />
de <strong>og</strong>så se på, hvornår folk døde s<strong>om</strong> funktion af tiden, idet de havde fundet n<strong>og</strong>le tal i ”Manhattanprojektet”<br />
4 . Da de afleverede l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>, kunne jeg vejlede dem <strong>og</strong> sige, at de nok kun skulle vælge en<br />
af delene, <strong>og</strong> det blev så antallet af døde s<strong>om</strong> funktion af tiden. De havde tre oplysninger at gå ud<br />
fra: umiddelbart blev der dræbt 70.000, efter 1-2 måneder var 140.000 døde <strong>og</strong> der døde i alt ca.<br />
200.000. Når de plottede de to punkter samtidigt <strong>med</strong> en vandret asymptote, fandt de <strong>med</strong> et par<br />
ledende spørgsmål frem til, at det måtte have n<strong>og</strong>et at gøre <strong>med</strong> en eksponentialfunktion, <strong>og</strong> de opstillede<br />
så en differentialligning, hvor tilvæksten af døde foregik eksponentielt, men <strong>med</strong> negativ<br />
eksponent, idet de indså, at tilvæksten ville aftage <strong>med</strong> tiden. Gruppen har altså opstillet en differentialligning,<br />
løst den <strong>og</strong> bestemt konstanter, så løsningen passede <strong>med</strong> de opgivne ”måletal”. Inspireret<br />
af en episode i ”Ørnen” 5 ville de <strong>og</strong>så gerne vurdere, hvor mange mennesker der ville dø i<br />
København, hvis der blev udløst en at<strong>om</strong>b<strong>om</strong>be her. Men s<strong>om</strong> de selv nåede frem til i deres rapporter,<br />
havde denne beregning ikke n<strong>og</strong>et at gøre <strong>med</strong> en differentialligning, men var udelukkende<br />
en beregning ud fra befolkningstæthed <strong>og</strong> areal samt procentregning.<br />
Gruppen har arbejdet meget selvstændigt, <strong>og</strong> de har ved hjælp af l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>en kunne forberede mig på,<br />
hvilke problemer de skulle have hjælp til, så i dette tilfælde har jeg fundet, at vejledningen har<br />
fungeret udmærket <strong>med</strong> et glimrende modspil fra eleverne.<br />
3 ”Vejledende eksempler på eksamensopgaver i <strong>matematik</strong>”, opg. 5.152.<br />
4 ”Manhatten Projektet - Da videnskaben mistede uskyldige”, Claus Christensen <strong>og</strong> Torsten Meyer.<br />
5 ”Ørnen”, dramaserie produceret af Danmarks Radio
Jeg valgte at uddele evalueringsskemaer til eleverne efter, at de havde afleveret rapporterne, men<br />
inden de fik dem tilbage. Det har de taget meget seriøst, for en gangs skyld er der mange k<strong>om</strong>mentarer<br />
<strong>og</strong> ikke bare afkrydsninger. Men k<strong>om</strong>mentarerne er så meget varierede. Generelt har de været<br />
rimeligt glade for projektarbejdsformen. Det har været afvekslende fra den øvrige <strong>matematik</strong>undervisning,<br />
<strong>og</strong> de har syntes <strong>om</strong> selv at måtte vælge emnet. Flere føler, at de ikke har fået vejledning<br />
nok undervejs, hvorimod den ene gruppe s<strong>om</strong> afleverede l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> hver gang syntes at de har<br />
fået udmærket støtte:<br />
Under ”tilfreds”: ”L<strong>og</strong>b<strong>og</strong>en: I starten af hver time fik man sin l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> igen samt en sides notater<br />
fra læreren (lidt overdrevet). Dette gjorde at man kunne k<strong>om</strong>me hurtig i gang igen.”<br />
Dette har lært mig, at jeg skal fastholde eleverne på at aflevere l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> efter hver eneste lektion, <strong>og</strong><br />
at de skal vejledes i at udforme den hensigtsmæssig. L<strong>og</strong>bøgerne vil være nødvendige for at kunne<br />
vejlede så mange grupper tilfredsstillende. Selv<strong>om</strong> jeg undervejs har været i tvivl <strong>om</strong>, hvorvidt det<br />
kunne lade sig gøre at håndtere, at der var så forskellige emner på de seks grupper, er jeg efter den<br />
mundtlige evaluering, s<strong>om</strong> var opfølgning på den skriftlige, blevet overbevist <strong>om</strong>, at det har haft så<br />
stor betydning for eleverne, at de frit måtte vælge emne, så det må der ikke laves <strong>om</strong> på.<br />
Det, s<strong>om</strong> eleverne har været mest ”utilfredse” <strong>med</strong>, har været socialkontrakten. Der har åbenbart<br />
bredt sig en stemning <strong>om</strong>, at jeg nedvurderede dem ved at stille krav <strong>om</strong> en sådan. Jeg tror, at jeg<br />
har haft et privilegeret hold, s<strong>om</strong> ikke kender til problemer <strong>med</strong> at opføre sig ordentligt over for<br />
hinanden. De skulle s<strong>om</strong> sagt hver aflevere egen rapport. Hvis det havde været en fælles, ville der<br />
nok været opstået gnidninger i hvert tilfælde i den ene gruppe, hvor evalueringen afslører, at det<br />
kneb <strong>med</strong> samarbejdet, <strong>og</strong> hvad skulle man stille op i den anden gruppe, s<strong>om</strong> var plaget af sygd<strong>om</strong>?<br />
Når <strong>projektarbejde</strong>t fremover k<strong>om</strong>mer i gang fra 1.g, tror jeg, at eleverne oftere vil opleve problemer<br />
i gruppearbejdet, så jeg mener, at de skal lære at tage stilling til, hvordan man håndterer sådanne.<br />
Og jeg tror på at en social kontrakt således vil kunne opleves s<strong>om</strong> et godt redskab.<br />
Da vi startede på kurset, fik vi at vide, at hver lærers arbejdsindsats over for EU, s<strong>om</strong> kurset fik<br />
støtte fra, var vurderet til 140 timer (kursusdage, gennemførelse af forløb, afrapportering). Min<br />
slutk<strong>om</strong>mentar må være, at det ikke var overdrevet! Men til trods for dette har jeg faktisk fået mere<br />
mod på at kaste mig ud i gymnasiereformens nye projektarbejdsformer.<br />
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------<br />
Oversigt over bilag:<br />
1. Differentialligningsmodeller - udarbejdet på kursets første internat.<br />
2. Modeller - inspirationspapir<br />
3. Projektarbejde - krav til gruppens arbejde <strong>og</strong> til resultatet af projektet<br />
4. Evalueringsskema <strong>med</strong> optælling af afkrydsninger
BILAG 1
BILAG 2<br />
------------------------------------------------------------------<br />
MATEMATIK HØJNIVEAU<br />
04-10-18-KM<br />
MODELLER<br />
------------------------------------------------------------------<br />
Vi skal i det følgende se på, hvordan differentialligninger kan anvendes ved opstillinger af matematiske modeller,<br />
hvilket vil sige - under fastlagte forudsætninger - at beskrive dele af virkeligheden. S<strong>om</strong> antydet vil en matematisk<br />
model sjældent kunne beskrive virkeligheden fuldstændigt, hvorfor det er vigtigt ved opstilling af en model at gøre sig<br />
klart, hvilke begreber <strong>og</strong> relationer, der skal indgå. Modelopstillingen kan kort beskrives<br />
1) hvilke antagelser gøres (hvad er relevant <strong>og</strong> hvad er irrelevant)<br />
2) hvad er den uafhængige variable, hvad er de(n) afhængige variable <strong>og</strong> hvilke parametre indgår<br />
3) opstil en ligning, der forbinder størrelserne i 2) under antagelserne i 1).<br />
Gennem en række eksempler skal vi nu se, hvordan modellerne opstilles.<br />
Ubegrænset populationsvækst<br />
En simpel model for væksten i en population fås ved at gøre følgende antagelse:<br />
− vækstraten er proportional <strong>med</strong> populationens størrelse<br />
De størrelser, der indgår i beskrivelsen:<br />
− t er tiden (den uafhængige variable )<br />
− P er populationens størrelse (den afhængige variable)<br />
− k er proportionalitetskonstanten (en parameter), her antages k>0<br />
Ud fra dette kan opstilles følgende differentialligning:<br />
dP<br />
#1: = k ⋅ P<br />
dt<br />
L<strong>og</strong>istisk populationsvækst<br />
Den forrige model gav ubegrænset vækst, hvilket naturligvis ikke er muligt i længden, idet der sættes begrænsninger i<br />
forbindelse <strong>med</strong> f.eks. plads <strong>og</strong> fødevarer. Vi ændrer derfor antagelserne til<br />
− hvis populationen er lille vil vækstraten være proportional <strong>med</strong> populationens størrelse hvis populationen bliver så<br />
stor, at den ikke kan ernæres eller opretholdes i <strong>om</strong>rådet, så vil populationen blive mindre - vækstraten bliver<br />
negativ<br />
De størrelser, der indgår i beskrivelsen:<br />
− t er tiden (den uafhængige variable)<br />
− P er populationens størrelse (den afhængige variable)<br />
− k er proportionalitetskonstanten (en parameter), her antages k>0<br />
− N er en parameter, der beskriver en "stor" population<br />
Ud fra dette kan opstilles mange forskellige differential1igninger; f.eks.<br />
dP<br />
P<br />
#2: = k ⋅ P ⋅ (1 − )<br />
dt<br />
N<br />
Modificeret l<strong>og</strong>istisk model<br />
I en række tilfælde, hvor dyr er spredt over et stort <strong>om</strong>råde, er det urealistisk at forestille sig, at populationen vokser<br />
proportionalt <strong>med</strong> størrelsen, når populationen er lille. Der vil tværtimod optræde det fæn<strong>om</strong>en, at han <strong>og</strong> hun har svært<br />
ved at finde hinanden, når de skal parre sig. Vi ændrer derfor antagelserne til:<br />
− hvis populationen er for stor, vil vækstraten blive negativ, hvis populationen er for lille, vil vækstraten blive negativ<br />
hvis populationen er 0, vil vækstraten være 0.<br />
De størrelser, der indgår i beskrivelsen:<br />
− t er tiden (uafhængig variabel)<br />
− P er populationens størrelse (afhængig variabel)<br />
− k er en proportionalitetskonstant (parameter)<br />
−<br />
−<br />
N er bærekapaciteten, s<strong>om</strong> fortæller hvor mange dyr, der kan leve i <strong>om</strong>rådet (parameter)<br />
M er et udtryk for populationens "spredthed"; populationen kan blive for lille til at kunne formere sig (parameter,<br />
M
Eksplosiv befolkningsvækst<br />
Hvordan udvikler verdens befolkning sig? Overbefolkning har længe været betragtet s<strong>om</strong> et af de alvorligste problemer<br />
for menneskeheden. Siden udgivelse af b<strong>og</strong>en "Grænser for vækst" (D. H. Meadows & Behrens; 1976) har der i<br />
forskellige sammenhænge været arbejdet <strong>med</strong> at modellere befolkningsvæksten på verdensplan <strong>og</strong> de ressource- <strong>og</strong><br />
miljømæssige konsekvenser heraf. Denne problemstilling handler <strong>om</strong> at opstille en simpel matematisk model, der kan<br />
beskrive udviklingen i verdens befolkning i løbet af de sidste 350 år.<br />
I stedet for eksponentiel vækst kunne man forestille sig, at væksthastigheden var proportional <strong>med</strong> befolkningstallet i<br />
anden potens. En sådan vækst kaldes for eksplosiv vækst.<br />
#4:<br />
dP<br />
dt<br />
= k ⋅ P<br />
2<br />
Modeller for blandinger af stoffer<br />
Vi har her set en række populationsmodeller. Vi vil prøve at gøre det samme for en anden stor gruppe modeller:<br />
modeller for blanding af stoffer. Blanding af stoffer udgør et stort praktisk <strong>og</strong> forskelligartet problem. Eksemplerne<br />
spænder fra forurening af søer <strong>med</strong> et stof over blanding af kemikalier <strong>og</strong> til diffusionen af cigarrøg i luft.<br />
Blanding at stoffer i en stor beholder.<br />
Vi vil opstille en model <strong>med</strong> disse betingelser:<br />
− En beholder indeholder 100 liter væske. Der løber lige meget væske ind <strong>og</strong> ud, så der er altid 100 liter i beholderen.<br />
− Der <strong>om</strong>røres hele tiden, så koncentrationen af sukker er ens overalt i beholderen.<br />
− Sukkervand, s<strong>om</strong> indeholder 5 spiseskefulde sukker pr. liter løber ind i beholderen via en hane A <strong>med</strong> en hastighed<br />
på 2 liter/min.<br />
− Sukkervand s<strong>om</strong> indeholder 10 spiseskefulde sukker pr. liter løber ind ad hane B <strong>med</strong> en hastighed på 1 liter/min.<br />
− Sukkervand forlader beholderes gennem hane C <strong>med</strong> en hastighed på 3 liter/min.<br />
#5:<br />
dS<br />
dt<br />
S<br />
= 20 − 3⋅<br />
100<br />
En forurenet sø<br />
Vi har en sø <strong>med</strong> oprinde1ig 10.000 m 3 uforurenet vand. Der er to vandløb A <strong>og</strong> B s<strong>om</strong> løber ti1 søen. Der er et vandløb<br />
C, s<strong>om</strong> forlader søen. Vi antager at der løber 500 m 3 ind pr. dag via A, 750 m 3 ind via B <strong>og</strong> 1250 m 3 ud via C.<br />
Til tiden t = 0 begynder A at blive forurenet <strong>med</strong> vejsalt i en koncentration på 5 kg/1000 m 3 . Vi antager at dette salt<br />
efter at være løbet ind i søen fordeler sig jævnt. På nuværende tidspunkt minder problemet <strong>om</strong> det vi lige har set på <strong>med</strong><br />
karret.<br />
Men hvad værre er, så begynder man at forurene B <strong>med</strong> affald (50 m 3 <strong>om</strong> dagen), s<strong>om</strong> lægger sig på bunden af søen.<br />
Søen flyder ikke over, men strømmen ud af søen øges til 1300 m 3 /dag.<br />
Andre eksempler<br />
• Kemiske reaktioner<br />
Irreversible anden ordens reaktioner<br />
Reversible anden ordens reaktioner<br />
• Matematiske fiskerimodeller<br />
Vægten af en fisk<br />
En fiskebestands bi<strong>om</strong>asse<br />
Den samlede bi<strong>om</strong>asse <strong>og</strong> den samlede fangst<br />
• Skarvbestanden i Danmark<br />
• L<strong>og</strong>istisk model <strong>med</strong> høst<br />
• Vækst af mug på brød<br />
• Mikroorganismers vækst<br />
• Kolesterolniveauet i mennesker<br />
• Radioaktivt henfald
BILAG 3<br />
------------------------------------------------------------------<br />
MATEMATIK HØJNIVEAU - PROJEKTARBEJDE<br />
------------------------------------------------------------------<br />
Projektarbejdet skal udmunde i en rapport. Gruppen må gerne arbejde sammen <strong>om</strong> det faglige i<br />
rapporten, men teksten skal skrives individuelt. Gruppen skal vælge ordstyrer <strong>og</strong> referent. Der føres<br />
l<strong>og</strong>b<strong>og</strong> efter hver (dobbelt)lektion. S<strong>om</strong> start i l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>en skal gruppen udforme en social kontrakt.<br />
Så lektien til første projekttimer er dels at finde materiale til projektet, dels skal hver gruppe<strong>med</strong>lem<br />
ud forme 10 sætninger hjemme s<strong>om</strong> forslag til:<br />
Den sociale kontrakt<br />
Den sociale kontrakt laves i starten af en projektperiode af den enkelte gruppe. I den sociale<br />
kontrakt fastsætter gruppen en fælles målsætning for projektet, samt hvordan den vil tilrettelægge<br />
samarbejdet, <strong>og</strong> hvilke regler der skal gælde for gruppens <strong>med</strong>lemmer i projektperioden, for at<br />
målet kan nås. Gruppen laver sin helt egen kontrakt, s<strong>om</strong> hvert <strong>med</strong>lem forpligter sig på.<br />
Stikord til kontrakten kunne være:<br />
• Hvordan beslutter vi?<br />
• Skal vi være enige?<br />
• Hvordan giver vi feedback?<br />
• Hvordan fordeles opgaverne?<br />
• Hvordan skal <strong>om</strong>gangstonen være?<br />
• Hvad sker der hvis en person ikke er<br />
forberedt?<br />
• Etc.<br />
Den sociale kontrakt kan f. eks. bestå af ca. 10 sætninger, s<strong>om</strong> starter <strong>med</strong>:<br />
• Vi har bestemt<br />
• Alle har ansvar for<br />
• Vi vil<br />
• Ordstyreren skal<br />
• Vi skal<br />
• Referenten skal<br />
• Alle skal/gør<br />
Den sociale kontrakt skal <strong>og</strong>så kunne bruges i eventuelle krisesituationer <strong>og</strong> skal derfor indeholde<br />
forslag til problemløsning <strong>og</strong> kan eventuelt justeres hvis alle er enige.<br />
Gruppemøder<br />
Gruppemøder er en vigtig del af <strong>projektarbejde</strong>t.<br />
- Anvendes når dagens <strong>projektarbejde</strong> indledes <strong>og</strong> når det afsluttes.<br />
- Kan anvendes i løbet af dagen, hvis der er behov for det.<br />
Én af de vigtigste funktioner er at gøre individuel viden til fælles viden (intern kanalisering).<br />
- Gruppemøder er korte <strong>og</strong> koncentrerede - varer normalt mellem 5 <strong>og</strong> 20 minutter.<br />
- Ordstyrer <strong>og</strong> referent styrer mødet <strong>og</strong> har <strong>og</strong>så lavet dagsorden til mødet.<br />
- Opgaver fordeles.<br />
- Der laves beslutningsreferat af mødet. Dette skrive i l<strong>og</strong>b<strong>og</strong>en.<br />
- Gruppen giver hinanden lektier for.<br />
Intern kanalisering<br />
Den interne kanalisering er et af de vigtigste punkter til møderne.<br />
Intern kanalisering vil sige, at man i gruppen gør den individuelle viden fælles, d.v.s. at de enkelte<br />
<strong>med</strong>lemmer sørger for at formidle det stof, de hver især har tilegnet sig, videre til de andre. Det vil<br />
ofte være den lektie, man har fået for s<strong>om</strong> hjemmeopgave. Formidlingen skal <strong>om</strong>fatte følgende:<br />
Resumé: Her gengives i korte træk essensen af materialet <strong>med</strong> sidehenvisninger (skriftligt ca. ½<br />
side). N<strong>og</strong>le spørgsmål til dette kunne være: Hvad handler det <strong>om</strong>? Hvilken hensigt har forfatteren?<br />
Hvad er konklusionen? Hvordan kan materialet klassificeres: læreb<strong>og</strong>, rapport, oversigt, etc.? Hvem<br />
er det skrevet til (målgruppe)? Hvilke data baseres materialet på, <strong>og</strong> er de pålidelige/gyldige (tal,<br />
statistik, spørgeskemaer, årstal up to date, etc.)? Beskriv nøglebegreber, nøgletal, nøglemodeller, osv.<br />
Relevans: Her fremhæves, hvad man synes er relevant i forhold til det emne, gruppen arbejder <strong>med</strong>.<br />
Forslag/budskab: Forslag til, hvordan materialet kan indgå i gruppens arbejde. Hvor <strong>og</strong> i hvilken<br />
form kan materialet placeres ind i det samlede arbejde?
BILAG 4:<br />
<strong>Problemorienteret</strong> <strong>projektarbejde</strong> i, <strong>om</strong> <strong>og</strong> <strong>med</strong> <strong>matematik</strong> i gymnasiet.<br />
EVALUERING<br />
Hvad har du syntes <strong>om</strong><br />
projektarbejdsformen<br />
Hvordan fungerede<br />
gruppen<br />
Har den sociale<br />
kontrakt haft n<strong>og</strong>en<br />
betydning<br />
Har l<strong>og</strong>-b<strong>og</strong>en været<br />
til n<strong>og</strong>en hjælp<br />
Hvad har du syntes <strong>om</strong><br />
jeres emne<br />
Føler du at modellen<br />
har n<strong>og</strong>et at gøre <strong>med</strong><br />
virkeligheden<br />
Har oplægget til<br />
projektet været<br />
tilstrækkeligt<br />
Har forberedelsestiden<br />
til en undervisningslektion<br />
været kortere<br />
end normalt<br />
☺☺☺ 6<br />
☺☺ 9<br />
☺ 6<br />
<br />
☺☺☺ 10<br />
☺☺ 7<br />
☺ 3<br />
3<br />
☺☺☺ 1<br />
☺☺<br />
☺ 4<br />
16<br />
☺☺☺ 1<br />
☺☺ 5<br />
☺ 9<br />
7<br />
☺☺☺ 11<br />
☺☺ 11<br />
☺<br />
<br />
☺☺☺ 8<br />
☺☺ 10<br />
☺ 4<br />
<br />
☺☺☺ 4<br />
☺☺ 9<br />
☺ 4<br />
4<br />
☺☺☺ 5<br />
☺☺ 12<br />
☺ 3<br />
2<br />
☺☺☺ 6<br />
☺☺ 7<br />
☺ 7<br />
Hvad har du syntes <strong>om</strong><br />
at aflevere rapport i<br />
stedet for normal<br />
skriftlig aflevering 2<br />
Hvordan vurderer du<br />
dit faglige udbytte<br />
af <strong>projektarbejde</strong>t<br />
Nævn to ”ting” i<br />
forbindelse <strong>med</strong><br />
<strong>projektarbejde</strong>t, s<strong>om</strong><br />
du er tilfreds <strong>med</strong><br />
☺☺ 4<br />
☺ 13<br />
3<br />
1<br />
sæt kryds<br />
Evt. k<strong>om</strong>mentarer<br />
Nævn to ”ting” i<br />
forbindelse <strong>med</strong><br />
<strong>projektarbejde</strong>t, s<strong>om</strong><br />
du er utilfreds <strong>med</strong>