Sammanfattning av regnbågen och dess kringteorier

Regnbågen

En regnbåge uppstår när solen lyser och reflekteras på regn som faller. Det som sker är att ljusstrålarna bryts då de träffar regndropparnas yta, reflekteras på regndroppens insida och sedan bryts igen på väg ut ur regndroppen. Effekten blir att ljus av olika våglängd (dvs. det som vi ser som olika färg) lämnar regndroppen i olika vinklar. Enligt Anna-Stina Ahlrik (Muntlig kommunikation 2010-02-15) ska vi alltid ha solen i ryggen för att vi ska kunna se regnbågen.

Egentligen är regnbågen rund, men den undre delen kan inte ses från marken. Under vissa förutsättningar så kan en rund regnbåge ses från flygplan vilket enligt Krister Karlsson (Muntlig kommunikation 2010-02-22) beror på att regnbågens vinkel är 42 grader. Regndropparna sprider ljuset lika mycket åt alla håll eftersom strålarna ändrar färdriktning när den träffar vattendroppen. Ljuset har olika våglängder och bryts olika kraftigt vilket gör att solens ljus delas upp i olika färger. Den får därför alltid samma färgordning där Roggbiv kan vara ett bra minnesord. Regnbågens färger är, utifrån och in, röd-orange-gul-grön-blå-indigo-lila (http://990rd.se/natur/regnbage/).

Materia
För att regnbågen ska kunna ses krävs vatten (H2O) och sol. Vattnet är en förening av två gaser i form av väte (H) och syre (O). Vattenmolekylen består av två väteatomer och en syreatom. Vattenmolekyler finns hela tiden i luften och från sjöar och hav har de stigit upp genom förångning och övergått till gasform eller vattenånga. Detta finns ständigt i luften men i olika mängd. Ju mer vattenånga luften innehåller desto fuktigare blir den. När vattenångan kyls ned återgår den till vätska och faller ned som regn. Moln bildas genom kondensering då vattenångan övergår till vattendroppar. Kondenseringen uppstår när den fuktiga marknära luften stiger uppåt i atmosfären och möter kallare luft. Moln består av små vattendroppar som svävar omkring i luften. Då dropparna blivit för stora för att hålla sig svävande faller de. På vägen ner samlar de på sig mer vatten och de faller till slut i form av regndroppar. Regndropparna är sfäriska och behåller formen på grund av ytspänning. Ytspänningen fungerar som ett elastiskt hölje som finns på alla vattenytor. Regndroppen blir till slut för stor för spänningen att hålla och den faller till slut sönder till flera mindre droppar. Regndropparna kan därför inte bli större än 4 millimeter tjocka innan de sönderdelas.

En regndroppe kan användas som en lins och när man tittar igenom den så återses det som finns bakom i uppochnedvänd form. De kan även fungera som prismor där solstrålarnas färger reflekteras vilket gör att regnbågens färger uppstår. Regnet fungerar renande och rensar ut damm och partiklar från atmosfären. När föroreningar följer med vattnet bildas surt regn vilket kan skada människor och djur, exempelvis fiskarna i havet. Vattnet fungerar som ett kretslopp och går runt och runt hela tiden. För att kretsloppet ska fungera krävs en energikälla som solen (CWK Gleerups Utbildningscentrum AB, 1999).

Energi
Regnbågen går även att få syn på under solnedgången men eftersom solen är väldigt röd och de andra färgerna spridits bort blir den mer rosa. Luftens partiklar och molekyler sprider lättare kortvågigt ljus vilket leder till att det röda långvågiga ljuset blir kvar. Vid starkt månsken nattetid kan det uppstå en månregnbåge när det regnar men denna blir oftast färglös enligt www.smhi (2010).

Solen är bara en av de andra miljarder stjärnorna i vår galax, som vi kallar för vintergatan. På grund av solens närhet upplever vi den annorlunda. Vår sol innehåller mer än 99 % av solsystemets samlades massa och styr därför planeternas rörelser. Solens diameter är 109 gånger jordens. I solens kärna är temperaturen omkring femton miljoner grader. Dess yta är svalare, 6000 grader. I solens kärna reagerar vätgas och helium med varandra och skapar solens energi. Solen har precis som jordens atmosfär tre lager: fotosfär- ytan, kromosfär och koronan. Solen föddes för nästan fem miljarder år sedan och den har långsamt ökat i storlek och ljusstyrka som den också kommer att fortsätta att göra kommande miljarder år. Om en dryg miljard år kan den ökade solhettan börja leda till stora påfrestningar för jordelivet då jordens vatten förloras ut i rymden (www.sli.se).

Solen ser röd ut vid horisonten eftersom strålarna har blivit av med mycket av det blå ljuset och det kvarvarande ljuset blir då mest rött. Ljuset har en längre väg att gå på kvällen när solen börjat skymma och eftersom de blå ljusvågorna sprids fortare är de redan borta. Samma princip gäller mitt på dagen när himlen är blå eftersom vi ser det blå ljuset som sprids ner mot oss och det röda ljuset är mer synligt längre bort (Jönsson, 2003).

Historia

Vårt uppdrag utifrån läroplanen för det obligatoriska skolväsendet, förskoleklassen och fritidshemmet (Lpo 94) är att ge eleverna ett övergripande perspektiv. Eleverna kan utveckla en beredskap inför framtiden och förmågan till dynamiskt tänkande genom att få ett historiskt perspektiv.

Euklides (-300 f. Kr.) skrev verket Optica och förklarade däri hur ljuset rör sig i raka linjer samt reflektionslagen. Dock påstod han felaktigt att ögat sänder ut strålar mot objekten man ser (Persson, 2007). Man var länge oense hur man egentligen såg. Numera finns inte dessa tankar kvar att människan sänder ut "synstrålar" (Jönsson & Hallstadius, 1987). Men de finns ändå kvar i vårt språk, t.ex. att "vi kastar blickar" eller uttryck som "ögat är själens spegel". Fysikerna kunde förvånande nog tidigt avskilja det fysikaliska ljuset från själva synintrycket. Långt in på 1500-talet trodde man att bilder från föremål åkte som på solens reflekterande ljus, ungefär som järnvägsvagnar på räls. Kepler och Newton förstod på 1600-talet att ögat i stället är en mottagare och för att kunna studera ljuset måste det vara mörkt. I ett mörkt rum lät så Newton en smal ljusstrimma träffa en prisma och voila, det vita ljuset delades i olika färger (Jönsson & Hallstadius, 1987). Under 1800-talet stod det klart att ljus var vågor och inte strålar som Newton hade sagt men Einstein visade 1905 att ljus kan beskrivas som en ström av partiklar, s k fotoner. Hur var det nu egentligen, var ljus strålar eller var det vågor? Enligt Niels Bohr (1913) kunde ljuset beskrivas som både och. När man vill beskriva en spegelbild av ljus används förklaringen som ett flöde av fotoner, d v s som strålpartiklar, men vid andra situationer t ex vid det färgskimmer som en oljefläck kan ge är det mer befogat att använda vågbeskrivningen (Jönsson & Hallstadius, 1987).

Liv
Precis som Sunhede (Muntlig kommunikation 2010-03-11) uttrycker är ljuset liv och har stor betydelse för fotosyntesen där gröna växter, alger och bakterier som är producenter medverkar. Fotosyntesen är koldioxid som tillsammans med vatten ger druvsocker och syre genom solljuset och klorofyllet. Ljus kan även produceras på annat sätt än från solen. Levande organismer kan det genom kemiska processer (bioluminiscens), exempelvis eldflugor.

Sunhede (Muntlig kommunikation 2010-03-11) menar att ögat är ett anatomiskt organ som gör att vi kan förnimma ljus. Olika typer av ljuskänsliga organ återfinns i djurriket där graden vad som kan urskiljas växlar, där de enklaste varianterna enbart kan ses om det är mörkt eller ljust. Beroende på hur ögonen är placerade på djuren kan de få tredimensionella bilder som vi eller två olika separata bilder. Leddjuren som innefattar insekter, spindeldjur, mångfotingar och kräftdjur har fasettögon. Fasettögonen ger inte flera bilder som många tror, men de kan se i 360-gradigt synfält. Synen blir baserad på ett flertal bilder som har sammansmälts till en.

Näthinnan innehåller två typer av ljuskänsliga celler och dessa kallas för tappar och stavar. De har samma metabolism (ämnesomsättning) och är uppbyggda på samma sätt men har olika funktion. Stavarna är ljuskänsliga och fungerar i mörker, de kan däremot inte skilja på färger vilket gör att omgivningen får mindre färg ju mörkare det är. De har också svårt att skilja på detaljer och har därför dålig synskärpa. Tapparna däremot har då det är ljust stor synskärpa och detta förbättras ju tätare tapparna sitter. Tapparna finns i flera varianter som har olika känslighet för färg (våglängder av ljus), vilket gör att vi kan se färger. Det finns tre olika sorters tappar som har primärfärgerna, vilka är blå, röd och grön. Av dessa tre färger kan alla färgnyanser uppstå. När ljusstrålar når ögat på en människa bryts de av hornhinnan, kammarvattnet, linsen och glaskroppen. Om ögat är avslappnat bryts de strålar som kommer långt bort ifrån samman till en skarp bild som syns på näthinnan. När vi tittat på närmare föremål bryter ögat samman ljuset kraftigare för att få en skarp bild. Genom ackommodation kan linsen öka eller minska ljusbrytningen. Vid närsynthet och översynthet bryts ljuset samman till en bild som antingen hamnar före närhinnan som i första fallet eller bakom vid översynthet. Detta korrigeras genom att förändra brytningen genom linser som antingen är konkava eller konvexa (Sunhede, Muntlig kommunikation 2010-03-11).

Enligt Nilson (2004) är färgernas uppgift att göra omvärlden än mer synlig. Vi tar till oss mer information i en värld av färger än om vi enbart sett i en gråskala. Bland annat så har människor, fiskar och fåglar färgseende. Vissa insekter kan se färger men en skala som avviker från vår. Biet har ett färgspektrum som sträcker sig från det gula mot grönt och blått, förbi violett och ytterligare till ultraviolett – något vi inte kan göra. Med andra ord lockas inte biet av den röda färgen i vallmon utan av de svarta strimmorna som ses som ultravioletta.

Persson (2004) menar att om inte solen fanns skulle det vara helt kolsvart på jorden och allt liv skulle ta slut. Ljuskällor som solen, eld, lampor och stearinljus ses för att de sänder ut ljus. Andra saker blir synliga genom att de reflekterar ljuset från någon av de nämnda ljuskällorna. Ljuset studsar mot föremålen och reflekteras sedan in i vårt öga så att vi kan se. Ljuset kan ha en hastighet på 300 000 km/sek i jämförelse med ljudet som bara hinner 340 meter på samma tid. När det åskar blir därför blixten synlig långt tidigare än vad åskmullret hörs. Mot en spegel så reflekteras strålarna precis i samma vinkel som de studsar in, vilket gör att en spegelbild blir synlig.

Teknik
När materia får ljusstrålar på sig antingen från solen eller från elektrisk energi reflekteras det ljus som redan producerats tillbaka. Den materia som inte själv är en ljuskälla får sin färg genom en process som kallas för subtraktiv färgblandning. När sedan ljusstrålarna träffar materian absorberas vissa av ljusets färger och reflekterar tillbaka andra som då till exempel det gröna bladet som absorberar alla färger förutom just den gröna som reflekteras.

Genom att använda ett spektroskop går det att dela upp de färger som reflekteras. När en röd paprika blir synlig i spektroskopet visas bara röd färg menas en gul paprika uppvisar både röd och grön färg som då de blandas ger kulören gul (Vetenskapen i närbild, 1992).

Det vita solljuset består egentligen av en hel massa färger. Vi ser det bara om vi har en genomskinlig yta som en regndroppe eller en prisma. Eftersom färgerna har olika våglängder ändras ljusets hastighet olika mycket vid övergången till glaset i prisman och det vita ljuset delas upp (Elfström m.fl., 2008). Newton var den forskare som upptäckte denna teknik som synliggjorde det optiska fenomenet (Jönsson och Hallstadius, 1987).

Ingelstam (Ginner & Mattsson, 1996) belyser hur vi kan göra det moderna samhället mer tydlig i undervisningen genom tre olika tillvägagångssätt. Det historiska perspektivet, kan hjälpa till att se teknikens ändamål från start och genom tiden som gått. Vardagstekniken, där den enkla detaljen hjälper till att längre fram få syn på ett mer omfattande system. Utgångspunkten, att utifrån helheten utforska del för del mer ingående. Dessa tre perspektiv finns även att återfinna i kursplanen för teknik (skolverket, 2008).

Ämnesdidaktik

Wickman och Persson (2009) skriver om den vetenskapliga metoden som ett sätt att lära sig naturvetenskap. Det finns också många olika metoder och sätt att gå tillväga i den naturvetenskapliga ämnesdidaktiken. Man kan till exempel utifrån enskilda observationer komma fram till vad som är sant (induktion). Såsom Newton troligtvis gjorde när han för femtioelfte gången lät en smal ljusstrimma träffa en prisma och det vita ljuset delades i olika färger (Jönsson & Hallstadius, 1987). Men hur länge måste man observera för att det ska anses säkert och riktigt? En man vid namn Karl Popper ansåg däremot att forskning går ut på att kunna visa att hypoteser är falska och att den enda säkra metoden också är den logiska (Wickman & Persson, 2009). Vi vet med andra ord vad som inte är sant vilket också innebär att Poppers vetenskapliga metod bara blir till hälften given för vi vill ju med säkerhet också veta vad som är sant. Utifrån elevernas egna undersökningar kan kunskap främjas och ge dem ett ökat engagemang. De undersökningar och laborationer som sker i skolan ska utgå ifrån elevernas frågor (Yoon, Jiyoon; Onchwari, Jacueline Ariri, 2006).

Wickman och Persson (2009) menar att det är viktigt att höra vad eleverna tror ska hända och varför de tror det, innan man gör ett experiment i skolan. De får en möjlighet att prova olika alternativa lösningar och kan sortera bort det som inte höll, samtidigt som de vet mer efteråt. Just regnbågsfenomenet har en så abstrakt förklaring att det kändes svårt att under en lektion förklara något så avancerat som ljusstrålarnas reflektion mot vattendropparna. Kanske skulle vårt mål, att eleverna ska få en förståelse för att vitt ljus innehåller regnbågens färger, kunna nås om vi undervisade om regnbågen under en längre tid? Som ett tematiskt arbete där de olika kringteorierna också kunde diskuteras och få mer utrymme. Det kanske skulle ge eleverna en vidare syn på själva fenomenet. Så har det i alla fall känts för oss, vi lärarstudenter, när vi arbetat med den här uppgiften. Varför inte ta lärdom av det?

När vi arbetade med vårt tema regnbågen, utkristalliserades en mycket vidare vetskap om hur regnbågen har påverkat människans utveckling och kunskap inom alla de fyra delarna, materia, energi, liv och teknik. Regnbågen är inte bara en regnbåge, den är så mycket mer! Vi fann också att det som Sjöberg (2005) redogör för, om de tre dimensionerna: som produkt, process och som social institution, blev synliga inom det här arbetet.

1. Regnbågen som produkt

All fakta som vi, lärarstudenter, har studerat om själva fenomenet har gjort oss till experter på regnbågen och vi kan redogöra för tillblivelsen av själva fenomenet. Det är dock väldigt tydligt hur barn tänker olika beroende på om de är i förskola eller i skola. I förskolan var de ivriga att berätta vad de trodde och tyckte. Många av deras tankar var väldigt intressanta och väldigt logiska och faktiskt rätt. De hade inte svårt med att komma på idéer och tankar. I skolan däremot upplevdes det hur eleverna kände en press att svara rätt. De ville inte komma med vad de trodde eller spontant tänkte. Här handlade det om att svara rätt på frågan. Kanske beror det på läraren som formulerar frågan men skillnaden var tydlig. Deras fantasi på något sätt sinar bort på bekostnad av att rätt svar är det enda som är viktigt, det rationella tänkandet. Här kan läraren påvisa för barn och elever att det man tänkt utifrån sin fantasi faktiskt inte var helt fel utan en bit på rätt väg och att det får bidra till deras lärande. Med hjälp av pedagogens handledning och utifrån deras erfarenheter kopplar vi det till deras eget lärande. Hur tas frågorna som vi lärare ställer till eleverna emot? Kanske bör vi som lärare ställa oss frågan hur vi själva ska undervisa för att alla ska förstå? Att reflektera över den egna undervisningen kanske inte är så lätt men behövligt ibland.

2. Regnbågen som process

Det som barnen får uppleva när de experimenterar har även de stora teoretikerna, Newton och Einstein upplevt. Men ofta när människan upptäcker något nytt som ger svar på en fråga så kommer flera nya frågor. Dessa är viktiga för oss lärare att fånga upp och gå vidare med. Vi måste låta barnens/elevernas egen process visa vägen för hur vi fortsätter lägga upp vår undervisning. Det innebär både innehåll och vilka metoder som vi anser oss behöva använda. Små barn har ofta helt egna tankar om hur saker och ting hänger samman. Men när vi ska förklara saker för barn/elever, hur ska vi tänka då, framåt eller bakåt? Jönsson (2003) berättar om att de gamla grekerna hade en ändamålsinriktad förklaring: om ett barn frågade varför det ligger ett ekollon här skulle man ha svarat: "Det ligger här för att det skall växa upp en ek." I dag kanske du naturligt svarar att: "det är för att det står en ek här och det är den som tappat ekollonet." Vår nutida tanke är mer orsaksbunden. Det är endast i tankar kring teknik som vi har ett "för att"-perspektiv. Jönsson (2003) frågar sig om vi kanske i naturvetenskapliga sammanhang skulle nå en bättre kunskap om vi forskade efter avsikter i stället för orsaker? Kanske det skulle vara bättre för vår jord?

3. Regnbågen som social institution

Vad har upptäckten om fenomenet lett till i vårt samhälle? Som en länk till vad Newton för så länge sedan upptäckte om det vita ljusets spridning har vi i dag fått en oerhört avancerad optisk teknik. Ginner & Mattson (1996) hävdar att det krävs en förhöjd kunskapsnivå vad gäller teknikfrågor för att vi skall kunna diskutera och värdera teknik. Då kan teknikens värde prövas först innan samhället tar emot den, innan vi väver in den i samhället och gör den till något vardagligt som vi inte kan komma ifrån. Det blir då den offentliga diskussionen som styr om teknikens vardande istället för de mäktiga intressegruppernas påverkan. Den nya generationen är mycket kunnig i hur man använder teknik men de har inte så mycket insikter i hur saker och ting fungerar. Ginner & Mattson (1996) menar att naturvetenskap och teknik är två skilda kunskapsområden men att det finns ett ömsesidigt beroende av dem.

Andersson (2008) menar att läroplanen har två huvudsyften vad gäller naturkunskap och dessa är: som lärare måste vi få eleverna intresserade av naturkunskap och förmå dem att skapa kunnande om arbetssätt, begrepp samt teorier. Den andra punkten är att vi som lärare måste bidra med kunskap till eleverna så att de kan orientera sig i den komplexa omvärlden. En elev måste kunna förstå att allt man gör, påverkar hela världen och att hela jorden är ett stort kretslopp. För att uppnå denna förståelse hos eleverna kan läraren använda sig av ett laborativt arbetssätt som är knutet till elevernas egen livserfarenhet så att de kan finna meningen med det de gör.

Didaktiska upptäckter utifrån våra lektioner
När intervjuerna gjordes till concept cartoon fick vi reda på elevernas kunskaper för att sedan utgå från dessa när lektionsplaneringen skapades. Det var ett bra sätt att utgå ifrån concept cartoon där barnen/eleverna kunde vidareutveckla sina tankar och vågade att ytterligare reflektera. Ett intresse väcktes hos dem att höra andra barns tankar och idéer. Det gav upprinnelse till många diskussioner och utbyte av erfarenheter. Det var roligt att arbeta utifrån experiment där barn och elever själva fick möjlighet att vara delaktiga i sitt eget lärande. Regnbågen ficks fram genom att använda overhead och en vattenskål eller prisma och ficklampa. Eleverna fick även göra var sin färgsnurra för att synliggöra att det blev vitt när färgerna blandades. Vi satte som mål att eleverna i åk 1 skulle förstå att vitt ljus innehåller regnbågens färger. I efterhand funderade vi på om detta kan ha varit ett för högt mål för vissa elever. Det kan även ha berott på hur vi framställde lektionerna/samlingarna och på deras förförståelse. Vi har lärt oss att barn och elever har lättare att förstå det konkreta och just regnbågen blir väldigt abstrakt. Miljön utgör en viktig faktor när lektioner och samlingar ska organiseras. Vad finns det för utrymme och vad har vi för material att använda? Vi upptäckte att det kan vara en skillnad på att få sätta sin personliga pedagogiska prägel under en hel dag än att endast vara närvarande under en lektion. Förmånen som finns när eleverna möts under en hel dag är det personliga mötet och uppstarten på morgonen. Dessutom kan frågor som uppstår under dagen bemötas och diskuteras och förklaras vidare.

När vi läst om regnbågen och dess kringteorier och haft våra lektioner inser vi relevansen av att läsa brett. Frågor som uppstod under lektionerna kunde besvaras och eleverna kunde utmanas ytterligare efter deras förmåga.

Referenser:

Andersson, B. (2008). Grundskolans naturvetenskap – helhetssyn, innehåll och progression. Lund: Studentlitteratur.

CWK Gleerups Utbildningscentrum AB. (1999). Regn. Gleerups Förlag: Malmö.

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

Jönsson, B. (2003) På tal om fysik. Brombergs Bokförlag.

Jönsson, B och Hallstadius H. (1987). Optik. Studentlitteratur: Lund.

Lärarförbundet. (2006). Lärarens handbok. Solna: Tryckindustri Information.

Nilsons, KG. (2004). Färglära. Uppsala: Almqvist & Wiksell.

Persson, H. (2004). Boken om fysik och kemi. Örebro: Ljungföretagen Tryckeri AB.

Persson, J. (2007). Vågrörelselära, akustik och optik. Studentlitteratur: Lund.

Sjöberg, S. (2005). Naturvetenskap som allmänbildning – en kritisk ämnesdidaktik. Lund: Studentlitteratur.

Vetenskap i Närbild. (1992). Ljus Från solgudar till laserljus, hologram och rymdljus - ljuset i närbild. Bonniers Juniorförlag AB: Stockholm.

Wickman, P-O. & Persson, H. (2009). Naturvetenskap och naturorienterade ämnen i grundskolan: en ämnesdidaktisk vägledning. Stockholm: Liber.

Internetadresser:

Cinebox Media. (2000). Vill du veta mer om solen. Tillgänglig på Internet: http://www.sli.se/prodimages/00/media/CIN/1132%20vill%20du%20veta%20mer%20om%20solen.pdf (Hämtad 2 April -10).

SMHI. (2009). Regnbåge. Tillgänglig på Internet: http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/regnbage-1.3891 (Hämtad 27 Mars -10).