Gjør ulike målinger av volum

Hensikt

Hensikten med øvelsen er å øve på å bruke ulikt volumetrisk måleutstyr, undersøke hva nøyaktighet, riktighet og presisjon er og finne ut hvor nøyaktig og presist ulikt måleutstyr er.

Ferdigheter

Ferdighetene som øves spesielt i denne øvelsen: telle og måle, analysere data, stille spørsmål, systematisere

I denne øvelsen skal elevene gjøre systematiske målinger ved å bruke ulikt volumetrisk utstyr til å måle samme volum med vann. Elevene skal så bestemme massen til vannet de har målt opp for å se om de har fått det volumet de tror de har målt opp. Elevene får øvelse i å jobbe systematisk og nøyaktig, og i å vurdere hvilket måleutstyr som egner seg best til ulike formål. Øvelsen kan også bruks til å øve på å regne om mellom ulike måleenheter for volum, og å regne på volum og tetthet (tilpasset klassetrinnet man er på)

Hva skal elevene gjøre?

1. Start med at elevene kan snakke om: Hva betyr det å være nøyaktig? Hvilket måleutstyr tror elevene er mest nøyaktig/riktig? Hvorfor tenker de at det er slik? Hva er forskjellen mellom nøyaktig, riktig og presis? Skriv gjerne ned noen av tankene i en notatbok før de starter med det praktiske i øvelsen.
2. Elevene finner frem en 25 mL målesylinder og måler opp 25 mL vann så nøyaktig de klarer.
3. Elevene finner frem en vekt, setter på et begerglass eller en annen beholder som har plass til mer enn 25 ml og nullstiller vekten.
4. Vannet i målesylinderen overføres så til begerglasset på vekten, og massen noteres, gjerne i en tabell.
5. Finn temperaturen til vannet og bruk lenken med tettheten til vann for å beregne volumet til vannet man har målt opp. (For å gjøre det enklere på lavere klassetrinn, kan man bruke at tettheten til vann er 1,0 g/mL og derfor at massen i gram er det samme som volumet i mL). Noter volumet man beregner, gjerne i en tabell.
6. Elevene gjentar så minst 2 ganger til med samme målesylinder for å ha minst tre parallelle målinger (skal man regne på tallene i høyere klassetrinn bør man ha minst 5 parallelle målinger).
7. Elevene følger så prosedyren fra punkt 2-6 med annet volumetrisk måleutstyr slik som begerglass, litermål, fullpipette, målekolbe eller det man har tilgjengelig.
8. Bruk de sekskantede brikkene og la elevene diskutere i grupper hvilke ferdigheter de har øvd på i denne øvelsen. Hvordan kan de bruke brikkene til å illustrere prosessen? Har dere øvd på flere ferdigheter enn de som er fremhevet over? På hvilke måter har de arbeidet med naturvitenskapelig praksiser og tenkemåter i denne øvelsen?

Forslag til etterarbeid

Det er mange ulike spørsmål man kan snakke om i etterkant av en slik øvelse: Hvilket måleutstyr ga mest riktige resultater (der gjennomsnittet av de parallelle målingene er mest likt det volumet vi ville ha)? Hvilket måleutstyr ga mest presise resultater (minst variasjon mellom de like målingene vi har gjort med samme måleutstyr)? Hvordan kan man bestemme hvilket måleutstyr som er mest nøyaktig? Var det dette elevene tenkte på forhånd? Har elevene noen tanker om hvorfor dette måleutstyret var mest nøyaktig? Hvilke feilkilder har vi i dette forsøket? Har elevene forslag til andre øvelser de kan gjøre for å undersøke nøyaktighet? Hvorfor tror elevene at vi gjør samme måling minst tre ganger? Hvordan kan denne øvelsen hjelpe elever å velge riktig måleutstyr til ulike formål?

Faglig forklaring

Når man gjør eksperimenter og eksperimentell vitenskap er nøyaktighet ved gjennomføring av målinger essensielt for å oppnå resultater man kan bruke. Det er derfor viktig å lære og gjennomføre nøyaktige målinger ved bruk av enkelt laboratorieutstyr. Det er tre begrep som er nyttig å kunne når man skal vurdere målenøyaktighet: Nøyaktighet, riktighet og presisjon. Nøyaktighet er analysens evne til å måle sann verdi og avhenger både av riktighet og presisjon. Riktighet er et mål på hvor nær gjennomsnittet av flere parallelle målinger er den korrekte (sanne) verdien. Altså i vårt tilfelle: hvor nært 25 mL har vi målt? Presisjon i et eksperiment er et mål på hvor stor spredning det er i målingene når vi gjør samme måling flere ganger. Hvis målingene er veldig ulike kan dette skyldes personen som utfører målingene, eller utstyret vi bruker. Det finnes formler vi kan bruke for å tallfeste riktighet og presisjon. Disse oppgis i avsnittet om forslag til utvidelse, og i de høyere klassetrinnene kan man bruke disse for å beregne nøyaktighet og presisjon i måleseriene man gjør. Man kan da sammenlikne tallene man får ved bruk av ulikt måleutstyr. Man bør da gjøre minst 5 parallelle målinger med hver type måleutstyr. I de lavere klassetrinnene kan man regne ut gjennomsnitt, og vurdere hvor nær man er korrekt verdi. Man kan også se på de ulike måleseriene og diskutere hvor lett det var å gjøre målingene så like som mulig fra gang til gang (og dermed diskutere presisjon). Var det store forskjeller her avhengig av hva slags måleutstyr man brukte? I vitenskapelig arbeid er det også viktig å kunne sjekke instrumentene vi bruker til å måle, for eksempel en vekt, slik at vi vet at dette viser riktig verdi. Dersom en vekt ikke viser den massen den skal kan man ofte kalibrere den ved å justere vekten. Å kalibrere betyr å sammenlikne et instrument mot en normal, et mer nøyaktig instrument eller en referanseverdi.

Forslag til utvidelse

Man kan utvide ved å bruke annet volumetrisk utstyr man har tilgjengelig. I tillegg kan man undersøke ulike volum med det samme måleutstyret. Endrer nøyaktigheten seg om vi forsøker å måle 10 mL, eller 1 mL? Er det i det hele tatt mulig å måle 1 mL nøyaktig med en 25 mL eller en 100 mL målesylinder?

Man kan undersøke målenøyaktighet ved å måle en bestemt lengde med ulikt måleutstyr (linjal, målebånd, tommestokk, skyvelær etc), og gjøre de samme refleksjonene rundt nøyaktighet, riktighet og presisjon.

I de høyere klassetrinnene kan man regne ut prosent feil og/eller variasjonskoeffisient på de ulike måleseriene man gjør. Man kan da få tall som representerer riktighet og presisjon. Man kan da sammenlikne disse tallene for ulikt måleutstyr og bruke disse til å si noe hvilket måleutstyr som gir best nøyaktighet og best presisjon. Formlene for dette vises under:

Man kan bruke følgende formel for å regne ut riktighet, A, på denne måten:

A = Gjennomsnittsverdi av målingene – Korrekt verdi (det man ønsket å måle opp)

Ofte brukes prosent feil som et mål på nøyaktighet. Jo høyere %Feil, jo dårligere riktighet, og jo lengre ligger gjennomsnittet av mplingene fra korrekt verdi. %Feil kan man regne ut på denne måten:

%Feil = A/(Korrekt Verdi)*100%

Man kan bruke følgende formel for å beregne standardavvik, s:

Man bruker så standardavviket for å beregne variasjonskoeffisient, CV(%), som er et mål på presisjon. Jo høyere CV(%) jo dårligere presisjon, altså jo mer variasjon mellom målingene man har gjort. CV(%) kan man regne ut slik:

CV(%) = s/(Gjennomsnittet av målingene)*100%