Skip to main content

Loodusõpetus 7.klassile

Public materials
Loodusõpetus 7.klassile

Loodusõpetus 7.klassile

1
Eessõna

Siit leiate kirjastuses Maurus välja antud 7. klassi loodusõpetuse tööraamatu e-materjalid. Olemas on sisukord ning teemade sissejuhatused, tööraamatu põhisisu - ülesanded - leiate paberväljaandest. Mitte liiga kauges tulevikus loodame käesolevat e-õpikut nii palju arendada, et see muutuks kasutatavaks ka ilma paberväljaandeta.

Tööraamatu autoriteks on Riina Murulaid, Evi Piirsalu, Piret Vacht ja Katrin Vaino.

Loodusõpetuse 7. klassi õppes tuginetakse I ja II kooliastmes saavutatud õpitulemustele. Jätkub loodusteadusliku ja tehnoloogiaalase kirjaoskuse kujundamine, mis seostub uurimusliku õppe rakendamisega. Loodusteaduslikku kirjaoskust kujundatakse loodusteaduslike küsimuste ja nähtuste teadusliku selgitamisega ning teaduslike tõendusmaterjalide kasutamisega. Õppekeskkond peab võimaldama õpilastel olla loov ja õpetus peab vastama õpilase huvidele.

Tähtsal kohal on probleemide lahendamine uurimusliku tegevuse kaudu. Teadusliku meetodi ja uurimusliku õppe rakendamise all mõeldakse nii praktilisi töid klassis ja laiendatud õpikeskkondades (õuesõpe, virtuaalsed õpikeskkonnad) kui ka teoreetilisi töid kirjanduse baasil. Uurimuslikke õppeülesandeid tuleb plaanida õpilaste huvidest ja kogemustest lähtudes. Toetatakse õpilase initsiatiivi valida ise uurimisteemasid, esitada uurimisküsimusi või hüpoteese ning plaanida katset. Seega peaks suurenema õpilaste iseseisvus uurimuslike tööde korraldamisel.

Võrreldes I ja II kooliastmetega muutub objekti kirjeldamine. Kui I ja II kooliastme loodusõpetuses kirjeldati kehade ja nähtuste karakteristikuid enamasti kvalitatiivselt, siis suureneb III kooliastmes kvantitatiivse kirjelduse osakaal. Rohkem on ka loodusnähtuste kirjeldamist mikrotasandil.

Arendatakse õpilaste kommunikatiivseid oskusi, s.o verbaalset (nii kõnes kui ka kirjas), numbrilist ja skemaatilist väljendusoskust. Kommunikatsioonioskused on eelduseks õnnestunud meeskonnatööle, mis sisaldab töö plaanimist, tegemist ning tulemuste esitamist. Süvendatakse õpilaste oskusi kasutada lihtsamaid laboritöövahendeid ja -võtteid, erinevaid mõõtmisviise, digitaalseid andmekogumisvahendeid ning nutiseadmeid. Kujundatakse oskust teha tõenduspõhiseid järeldusi graafilisest andmeesitlusest. Senisest rohkem pööratakse tähelepanu mõõtmistulemuste ja meedia kui teabeallika usaldusväärsuse hindamisele.

Oluline on kujundada õpilaste suhtumisi ja hoiakuid, mis loovad eeldused vastutustundlikuks käitumiseks igapäevaelus. Hoiakuliste pädevuste kujundamiseks rakendatakse õpilasi aktiviseerivaid õppemeetodeid, sh rollimänge. Kujundatakse õpilaste arusaamist loodusteaduse ja tehnoloogia tähtsusest ühiskonnas ja igapäevaelu probleemide lahendamisel, suurendatakse huvi loodusteaduste õppimise ning loodusteadustega seotud karjäärivalikute vastu.

Kooliastme õpitulemused

Väärtused ja hoiakud

7. klassi lõpetaja:

1) tunneb huvi loodusteaduste õppimise vastu, huvitub loodusteaduslikust ja tehnikaalasest karjäärist;

2) väärtustab uurimistegevust loodusnähtusi tundma õppides ja kasutab julgelt loovust;

3) usub oma võimetesse ning on enesekindel loodusnähtusi tundma õppides;

4) väärtustab katsetades korda, peab kinni kokkulepitud reeglitest ja hoiab katsevahendeid;

5) väärtustab eluta ja eluslooduse mitmekesisust.

Uurimisoskused

7. klassi lõpetaja:

1) oskab vaadelda ja esitada loodusteaduslikke küsimusi;

2) sõnastab uurimisküsimuse või hüpoteesi, mida saab katse või vaatlusega kontrollida;

3) oskab plaanida ja koostöös teiste õpilastega teha uurimust, sh katset;

4) oskab pakkuda mõõdetavaid ja mittemõõdetavaid muutujaid;

5) eristab lihtsamas katses sõltumatu ja sõltuva muutuja;

6) analüüsib andmete usaldusväärsust, mõistab korduskatsete ja kontrollkatsete vajadust ning kõrvalmuutujate kontrollimise vajadust;

7) esitab tulemusi tabelite ja diagrammidena;

8) oskab esile tuua seoseid nii graafiliselt kui ka mittegraafiliselt esitatud andmestikes;

9) teeb kogutud andmete põhjal järeldusi, selgitab ja ennustab tulemusi ning hindab hüpoteeside paikapidavust;

10) esitab uurimuse tulemusi suuliselt ja kirjalikult ning visuaalselt arusaadavalt;

11) rakendab loodusteaduslikke probleeme lahendades matemaatilisi teadmisi ja oskusi;

12) järgib katseid tehes juhendeid ja ohutusnõudeid;

13) põhjendab loodusteaduslike teadmiste vajalikkust igapäevaelus.

Ainesisuga seotud õpitulemused on esitatud õppeteemade alguses.

Õpetame uurimuslikult

Uurimusliku õppe kaudu omandatud uurimuslikud oskused on aineteülesed ja rakendatavad kõigis igapäevaelu valdkondades. Uurimuslik õpe hõlmab omavahel seostatud õppe etappe, mida võib jagada kolmeks:

1) uurimisküsimuste ja hüpoteeside sõnastamine ning katse planeerimine;

2) katsete või vaatluste tegemine ja andmete kogumine;

3) tulemuste analüüs, tõlgendamine ja üldistamine.

Uurimisoskusi arendades osutatakse suuremat tähelepanu uuringute plaanimisele, tegemisele ning tulemuste analüüsile, tõlgendamisele ja esitamisele. Eesmärk ei ole teadusliku meetodi etappide päheõppimine, vaid õpilaste uurimusliku mõtteviisi kujundamine. Viimases on esikohal oskus esitada küsimusi ja leida neile vastuseid.

Uurimusliku õppe komistuskivid võivad olla õpilaste harjumus tegutseda täpselt juhendi järgi ning kartus eksida ja midagi valesti teha. Õpilased peaksid mõistma, et teaduses on eksimine ja ebaõnnestumine loomulikud ning eksimusi saab vaadelda kui väärtuslikku õppimise allikat.

Iseseisva uurimistöö oskused kujunevad järk-järgult, tuginedes õpilaste loomulikule uudishimule ja huvile. Mitte kõik praktilised tööd pole ainekavas sõnastatud uurimuslikult. See aga ei tähenda, et õpetaja koostatud tööjuhendid ei võiks olla uurimuslikud. Esialgu on põhirõhk mõõtmistel ja vaatlusoskusel ning mõõtmis- ja vaatlustulemuste esitamisel. Kui need on saavutatud, on lihtsam keskenduda teistele oskustele. 7. klassi õpilane alles harjutab koostöös õpetajaga selliste küsimuste esitamist, mida on võimalik vaatlemise, katsete või andmeanalüüsiga uurida. Katsetulemusi analüüsitakse ja järeldusi tehakse esialgu samuti õpetaja juhtimisel. Uurimusliku õppe käigus arenevad ühtlasi õpilaste koostööoskused ning oskus enda ja teiste tööd analüüsida.

Lõiming

7. klassi loodusõpetus loob suurepärase võimaluse loodusainete (füüsika, keemia, bioloogia ja loodusgeograafia) omavaheliseks lõimimiseks kõiki loodusteadusi ühendavat teaduslikku meetodit ja loodusteaduslikke mudeleid rakendades, ent ka energiat, liikumist ning süsinikuringet käsitledes. See tähendab, et loodusõpetuses on rõhk meetodipõhisel lõimingul ja aineteülesel teemakäsitlusel.

Kujundatakse seoseid mõistete aatom, molekul, rakk ning keha vahel, näidates seeläbi loodusteaduste omavahelist ühtsust ja samaaegu nende eripära (nt füüsikaliste, keemiliste ning bioloogiliste nähtuste võrdlemise kaudu). 7. klassi loodusõpetus eeldab kooli loodusainete õpetajate tihedat koostööd, et tekitada õpilaste jaoks loogiline sild kõigi III kooliastme loodusainete vahele. Lisaks loob kursus olulised eeldused aatomi ehituse, keemiliste elementide perioodilisussüsteemi, keemiliste reaktsioonide ning energia ja soojusnähtuste põhjalikumaks käsitlemiseks järgnevates keemia- ja füüsikakursustes.

Lõiming matemaatikaga realiseerub matemaatika ja loodusainete ühiste mõistete (nt ühikud, protsent, sõltumatu muutuja, sõltuv muutuja, funktsioon, võrdeline sõltuvus jt) ning oskuste (arvutamine, tabelite ja graafikute koostamine, kehade kvantitatiivne kirjeldamine) rakendamise kaudu. Toetudes matemaatikale, pööratakse tähelepanu mõõtühikute tajumisele ja teisendamisele.

Lõiming tehnoloogiaõppega. Õpilasel kujundatakse arusaam loodusteaduste ja tehnoloogia omavahelistest seostest ning sellest, kuidas mõjutavad loodusteadused tehnoloogia arengut ja vastupidi. Tähtsal kohal on nii klassikaliste mõõteriistade (joonlaud, dünamomeeter, mõõtesilinder) kui ka nüüdisaegsete tehnoloogiliste abivahendite (digitaalsed andmekogujad, nutiseadmed, veebirakendused) kasutamine loodusnähtusi uurides.

AnkurLõiming keeltega. Kasutades loodusteaduslikke tekste ja tekstiloomet, toetutakse loodusõpetuse tundides keeletundides kujundatud pädevustele. Õpilasi julgustatakse otsima infot nii eesti kui ka võõrkeeles, leidma sobivaid märksõnu, otsingusõnu, eristama kommertsteksti sõltumatu väljaandja tekstist ja/või teadustekstist, võrdlema erinevatest allikatest saadud infot ning viitama korrektselt. Ettekandeid tehes ja kirjalikke tekste vormistades pööratakse ühtlasi õpilaste tähelepanu õigekeelele ja korrektsele keelekasutusele.

Lõiming sotsiaalainetega. Nii loodusainete kui ka ühiskonnaõpetuse eesmärk on kujundada vastutustundlikku kodanikku ning teadlikku tarbijat, kes märkab meid ümbritsevaid probleeme ja näitab üles kodanikuaktiivsust neid lahendades (nt materjalide taaskasutus, looduslik tasakaal, tehnoloogia arenguga seotud riskid, ökoloogiline jalajälg jms teemad). Lõiming ajalooga realiseerub teemade kaudu, kus on võimalik näidata inimeste loodud teadmiste muutumist sajandite vältel ning uue tehnoloogia mõju inimühiskonna arengule (perioodilisustabel, elektri kasutuselevõtt, tehnoloogilised leiutised, sh keemilised vooluallikad).

Üldpädevuste kujundamine

Loodusõpetuse teemade õppimine arendab kõiki üldpädevusi. Loodusõpetuse tundides on esimesel kohal õpilase matemaatika-, loodusteaduste ja tehnoloogiapädevuse arendamine uurimuslike oskuste kujundamise kaudu. See hõlmab vaatlusi, mõõtmisi, andmete kogumist (sh digitaalsete andmekogujatega), vormistamist (tabelid, graafikud), tõlgendamist, kehade kvantitatiivse kirjeldamise oskust jne. Õpilased harjuvad kasutama sümboleid, mõistma mudelite olulisusest kehade, süsteemide ja nähtuste kirjeldamisel ning uue tehnoloogia rakendusvõimalusi.

Enesemääratluspädevust edendatakse põhiliselt kujundava hindamise kaudu. Nii sisukas tagasiside õpetajalt kui ka õpilaste enesehindamine aitab õpilastel analüüsida oma töö tugevusi ja nõrkusi ning oma tööd parendada. Eelkõige tähendab see, et vastutus õppimise eest peaks nihkuma õpetajalt õpilasele. Enesehindamiseks sobivad uuenduslikud hindamismudelid või näiteks arvutipõhised õpiprogrammid või ülesanded, mis annavad infot vastuste õigsuse kohta.

Sotsiaalset, kodaniku- ning ettevõtlikkuspädevust arendatakse loodusõpetuse tundides õppetegevuste kaudu, mis pakuvad õpilastele võimaluse näidata oma loovust, ettevõtlikkust ja kodanikuaktiivsust, pakuvad valikuvõimalusi ning õpilaste seisukohtade aktseptimist. Õpilased peaksid saama valida uurimisprobleemi, katsevahendeid ja töö esitamise vormi (poster, videoklipp, kirjalik aruanne, slaidiesitlus, toode). Tähelepanu tuleks pöörata õpilaste loovmõtlemise arendamisele (nt ideede genereerimine stiilis „mis juhtuks, kui ...“, võimalike lahenduste pakkumine (avatud) probleemile jne). Kujundatakse õpilaste kriitilist mõtlemist ja valmisolekut tegelda loodusteaduslike küsimuste ning probleemidega. Tunnitegevused peaksid olema üles ehitatud kaasavalt, julgustades õpilasi probleeme esitama ja neid lahendama nii individuaalselt kui ka rühmades. Probleemide lahendamine ning otsuste tegemine peaksid olema seotud igapäevaelu näidetega.

Õpipädevust arendatakse eelkõige niisuguste mõtlemisoskuste kujundamise kaudu nagu info otsimine ja saadud info kriitiline hindamine. Kujundatakse õpilaste teadlikkust metakognitiivsete õppimisvõtete (õppimise kavandamine, seire, muudatuste tegemine ja enesehindamine) kasulikkusest. Tähelepanu pööratakse uute teadmiste seostamisele varem õpituga või igapäevaelust saadud kogemustega. Ühtlasi julgustatakse õpilasi küsima abi ja esitama küsimusi, mida soodustab eelkõige avatud ning salliv õhkkond klassis.

Suhtluspädevus. Loodusõpetuse tundides otsivad õpilased eesti- ja võõrkeelset infot ning hindavad kriitiliselt teabe usaldusväärsust. Oma töö vormistamine, esitlemine ja põhjendamine annab esinemiskogemusi ning arendab suulist ja kirjalikku eneseväljendusoskust. Rühmas töötamine õpetab arvestama kaaslaste seisukohti.

Digipädevuse kujundamiseks suunatakse õpilasi nii kodu- kui ka tunnitöid tehes kasutama internetipõhiseid (digitaalseid) tekstiloome-, esitlus- ja suhtluskeskkondi (http://docs.google.com, http://www.mindmeister.com/, http://www.wikispaces.com/ vms) ning uurimistöid, praktilisi tegevusi ja õppeülesandeid lahendades rakendama arvuteid, nutiseadmeid jt digivahendeid.

Kultuuri- ja väärtuspädevus. Loodusõpetuse tundides kujundatakse õpilaste positiivset hoiakut ning vastutustunnet loodus-, sotsiaal- ja tehiskeskkonna vastu ning huvi kultuuriga seotud teaduse ja tehnoloogia vastu. Kujundatakse empaatiat ning austust kõigi elusolendite vastu.

Läbivate teemade rakendamine

Elukestev õpe ja karjääri planeerimine

Tähtsal kohal on huvi tekitamine loodusainete õppimise ning loodusteadustega seotud karjäärivalikute vastu. Selleks loovad eelduse nii teadus- ja tehnoloogiauudiste ning rakenduste tutvustamine kui ka uurimuslike tööde tegemine. Uurimuslike oskuste omandamine loob eeldused tulla toime igapäevaelus ning võimaluse elukestvaks õppeks. Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/elukestev-ope.

Keskkond ja jätkusuutlik areng

Õpilastel aidatakse aru saada loodusest kui terviksüsteemist, inimese ja teda ümbritseva keskkonna seostest ning inimtegevusega kaasnevatest mõjudest. Kujundatakse oskust väärtustada looduslikku ja kultuurilist mitmekesisust ning jätkusuutlikkust, hinnata ja muuta oma tarbimisvalikuid. Õpilastel aidatakse teadvustada, millist mõju avaldab tema enda ja teiste tegevus elukeskkonnale, ning hinnata tehnoloogilise arengu positiivseid ja negatiivseid mõjusid. Rakenduslikeks tegevusteks sobivad erinevad aktiivõppemeetodid, õuesõpe, käigud erinevatesse ettevõtetesse (veepuhastusjaam, paberivabrik, jäätmekäitluskeskused) jmt. Jätkusuutlike hoiakute kujundamiseks on sobivaimad ajurünnakud ja rollimängud. Õpilasi innustatakse osalema keskkonnaalastes ja loodusvaatlustega seotud projektides (GLOBE, Läänemere projekt), võtma osa looduskoolide ja keskkonnahariduskeskuste ringitegevustest, osalema keskkonnalastel uurimistööde konkurssidel ning olümpiaadidel (GLOBE, Tartu Keskkonnahariduskeskus). Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks sobib kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/keskkond.

Teabekeskkond

Õpilastel kujundatakse oskusi kasutada tõhusaid teabeotsingumeetodeid ning analüüsida teavet kriitiliselt. Selleks sobivad meedias kajastatud päevateemade arutelu tunnis, meediatekstide analüüs ja virtuaalsete õpikeskkondade rakendamine. Kasutades internetti või paberil teavikuid, omandab õpilane arusaama autoriõigustest ning teadvustab korrektse viitamise vajalikkust. Õpilasi innustatakse huvituma populaarteaduslikest ja loodusteaduslikest telesaadetest, tutvuma vastavate meediaväljaannete ja interneti võimalustega. Kujundatakse oskusi eristada teaduspõhist, fantaasiapõhist ja arvamuspõhist üldistust. Läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/teabekeskkond.

Tervis ja ohutus

Õpilane väärtustab turvalist käitumist, tunneb ära ja analüüsib riskiolukordi. Praktilisi töid tehes pööratakse tähelepanu ohutusnõuete täitmisele. Õpetatavaid teemasid seostatakse igapäevaelu turvariskidega (liiklusohutus, tuleohutus jne). Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/tervis-ohutus.

Tehnoloogia ja innovatsioon

Taotletakse, et õpilane oskaks kasutada nüüdisaegset tehnoloogiait eesmärgipäraselt, mõistaks tehnoloogiliste uuenduste mõju elukvaliteedile ja keskkonnale ning tehnoloogilise arengu positiivseid ja negatiivseid mõjusid. Rakenduslikeks tegevusteks sobivad õpilaste loovmõtlemise, koostööoskuste ja algatusvõime toetamine (nt uurimisprojektid rühmatööna). Uuenduslike ideede pakkumiseks sobivad koostööle suunatud õppemeetodid (ajurünnak, rollimäng jne). Tööde ja esitluste vormistamine IKT-vahenditega, uurimisandmete digitaalne kogumine, arvutisimulatsioonide, liitreaalsuste, mobiilirakenduste kasutamine mitmekesistab õpet ning kujundab loovat mõtlemist. Õpilaste läbiva teemaga seotud baasteadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/tehnoloogia-innovatsioon.

Väärtused ja kõlblus

Taotletakse, et õpilane järgiks väärtusi, kõlbelisi norme ja viisakusreegleid, arutleks nii iseenda kui ka kaasinimeste käitumise eetilisuse üle, suhtuks mõistvalt erinevatesse eluviisidesse ja eluvormidesse ning mõistaks, et ka teadus on otseselt seotud eetikaga. Õpilastel kujundatakse oskusi teha kaalutletud ja tõenduspõhiseid otsuseid, suhtuda avatult kaaslaste arvamustesse, samas ka valmisolekut põhjendada oma seisukohti. Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/vaartused.

Kodanikualgatus ja ettevõtlikkus

Taotletakse õpilase kujunemist ettevõtlikuks, aktiivseks ja vastutustundlikuks kodanikuks, kes väljendab isiklikke seisukohti ning mõistab oma vastutust ja kohustusi. Rakenduslikes ja uurimuslikes tegevustes juhitakse õpilast väärtustama koostööd, leidma uurimisküsimustele lahendusi, reastama eesmärgipäraselt tegevussamme, lahendama loominguliselt probleeme, kaaluma poolt- ja vastuargumente ning aktseptima erinevaid arvamusi. Ainetundides kujundatakse õpilase huvi ühiskonnas ja looduskeskkonnas toimuva vastu. Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/kodanikualgatus-ettevotlikkus.

Kultuuriline identiteet

Taotletakse, et õpilane väärtustaks kultuurilist mitmekesisust, tunneks ära teiste väärtushinnanguid ja hoiakuid ning oleks koostööaldis. Õpilaste läbiva teemaga seotud teadmiste, oskuste ja hoiakute hindamiseks saab kasutada hindamisvahendit aadressil http://www.curriculum.ut.ee/et/labivad-teemad/kultuuriline-identiteet.

Hindamine

Õpilaste hindamine, sh kujundav hindamine, on tähtis lüli õppe-eesmärkide ja -tegevuste ning saavutatavate õpitulemuste vahel. Tunde kavandades ja korraldades peaks eesmärgiks olema kõigi nende seostatud käsitlemine. See tähendab, et kui loodusteaduste tundides nähakse olulise õppe-eesmärgina õpilaste uurimuslike oskuste arendamist, siis peaksid seda eesmärki aitama saavutada nii kavandatud õppetegevused kui ka õpilaste uurimisoskustega seotud õpitulemuste hindamine. Ilmselgelt ei piisa paljude õppekavas määratletud õppe-eesmärkide ning neile vastavate õpitulemuste saavutamiseks niisugustest harjumuspärastest hindamise vormidest nagu tunnikontrollid ja kontrolltööd. Erinevate pädevuste ja uurimuslike oskuste kujunemiseks peaks loodusõpetuse tundides olema olulisel kohal kujundav hindamine.

Ühe või teise hindamisviisi eelistamine sõltub sellest, kui kaugel ollakse õpitulemuste saavutamisest. Nii võib õpimapp, uurimistöö protokoll, slaidiettekanne vm mahukam töö olla õppimise käigus kujundava hindamise objektiks, protsessi lõpus aga kokkuvõtva (numbrilise) hindamise objektiks. Uurimusliku õppe puhul tuleks eelkõige pöörata tähelepanu uurimuse tegemisele, mitte niivõrd lõpptulemusele. Kui õpilased teevad esimest korda mahukamat uurimistööd, on liiga palju oodata, et nad saaksid kohe aru, kuidas uurimistööd teha ning aruannet vormistada (sh kuidas sõnastada uurimisküsimust, vormistada tabeleid/graafikuid, teha kokkuvõtteid jne). Oskuste kujundamise faasis on tähtis õpetaja toetav juhendamine ja sisukas tagasiside. Nõudeid aitavad õpilaste jaoks läbipaistvamaks muuta nn hindamismudelid (-vahendid, -maatriksid; vt näiteid http://opetaja.edu.ee/hindamismudelid/index.php), mida õpilased saavad kasutada ka enesehindamiseks (kui kaugel ma olen seatud eesmärgist) ja vastastikuseks hindamiseks.

Enne uue teema juurde asumist tuleks välja selgitada õpilaste eelteadmised, igapäevaeluga seotud kogemused ja/või käsitletava teemaga seotud väärarusaamad. Selleks sobivad suulised küsitlused, arutelud, õpilaste endi esitatud küsimused ning ka lühitesti tegemine. Õpilaste (väär)arusaamade ja eelteadmiste mõistmine annab õpetajale infot järgnevate tegevuste planeerimiseks (mis mõisteid, nähtusi, mudeleid on vaja käsitleda uuesti/põhjalikumalt/teisiti). Eelkõige tuleks õpetajal mõista, et õpilased julgevad ja tahavad arvamust avaldada ainult siis, kui neil lubatakse eksida ja nad ei pea tundma häbi vale vastuse pärast.

Hindamismudelite kõrval aitavad õpetajal kujundavalt hinnata mitmesugused arvutipõhised õpiprogrammid, nt „Kuldvillaku“ mäng (https://jeopardylabs.com/ jt), Moodle vm virtuaalses keskkonnas (https://getkahoot.com/; http://www.socrative.com/ jt) koostatud testid, mis võimaldavad õpilastele kohest tagasisidet ning juhivad neid vale vastuse korral oma teadmisi täiendama.

NB! Praktiliste tööde ning IKT näited on soovituslikud ja üks võimalusi õpitulemusi saavutada. Õpetajal on vabadus ise oma tööd planeerida ning kohandada ainekava rakendamist kooli võimaluste ja õpilaste võimete põhjal.

2
Inimene uurib loodust

2.1
Millega tegelevad loodusteadused?

Miks linnud ei kuku magades puu otsast alla?

Kuidas saab lennuk ilma tiibu lehvitamata lennata?

Miks näeb äikese ajal välku varem, kui kuuleb müristamist? Miks algab veekogude jäätumine veekogu pinnalt, mitte põhjast? Miks põlevkivi põleb, aga paekivi mitte? Kuidas on tekkinud looduses teemandid?

Kõik meie ümber muutub pidevalt. Inimesed on alati uurinud ja jälginud loodust uudishimulikult, püüdes leida küsimustele vastuseid. Nii on kujunenud loodusteadused, mis seletavad looduses toimuvaid muutusi ehk loodusnähtusi.

Sellel pildil tehakse tuld tulevibuga - puidu kiirel hõõrdumisel tekib süsi, millega saab süüdata lõkke.

Pikaajalised vaatlused, korduvad katsed, andmete kogumine ja nende analüüs võimaldavad meil märgata looduses seaduspärasusi ja sõnastada loodusseaduseid ning püstitada uusi teooriaid. Näiteks kui hõõruda vastastikku peopesasid, hakkab kätel soe. Kui teha sarnaseid katseid teiste vahenditega, võib iga kord täheldada, et hõõrdumisel asjad soojenevad. Järelikult on tegemist seaduspärasusega ja me saame sõnastada loodusseaduse: hõõrdumisel vabaneb soojus (selle loodusseaduse korrektset sõnastust õpid hiljem).

Et loodus meie ümber on ääretult mitmekesine ning uurimist vajavaid loodusnähtuseid on tohutult palju, hakkasid loodusteadlased erinevat tüüpi loodusnähtusi kirjeldama erinevate teadusharudena: bioloogia, füüsika, keemia ja geograafiana.

2.2
Teadus ja tehnoloogia

Mis Sa arvad, kas nutitelefon on teadusliku või tehnoloogilise arengu tulemus?

Sõnu teadus ja tehnoloogia kasutavad inimesed sageli ühes ja samas tähenduses. Kuigi need kaks on tänapäeval omavahel tihedalt seotud, tuleks neil siiski vahet teha. Teaduse eesmärgiks on saada ümbritseva maailma kohta uusi teadmisi ning luua nähtuste kohta uusi teooriaid. Tehnoloogia eesmärgiks on aga luua uusi tooteid, teenuseid ja lahendusi, mis rahuldavad meie erinevaid vajadusi ning muudavad inimeste elu mugavamaks.

Teaduses alustatakse uurimistegevust probleemist ning püütakse välja selgitada, mis on uuritava nähtuse kohta juba teada ning mis mitte. Tehnoloogias alustatakse praktilisest probleemist või vajadusest, mis tuleks lahendada. Nii teaduses kui ka tehnoloogias viiakse läbi hulgaliselt eksperimente ning kasutatakse protsesside ja süsteemide uurimiseks mitmesuguseid mudeleid. Kui teaduse valdkonnas töötavad teadlased, siis tehnoloogia valdkonnas töötavad insenerid, disainerid, tehnoloogid ja tehnikud. Siiski vajatakse ka teaduses inseneride, tehnoloogide jt spetsialistide abi. Samuti vajatakse tehnoloogia valdkonnas teaduslike teadmiste ning teadlaste abi ning töö toimub suuremates töörühmades.

Teadustöö tulemuseks on olemasoleva teooria kinnitamine või mis veelgi parem – uue teooria loomine, mis selgitab antud nähtust paremini kui olemasolev. Tehnoloogilise arendustöö tulemusena aga saadakse tooteid, teenuseid ja lahendusi, mis on olemasolevatest lihtsamad, huvitavamad, turvalisemad, parema väljanägemisega ning mugavamad kasutada.

2.3
Teadus ja mitteteadus

Korterielanikel on viimasel ajal sageli halb enesetunne. Kas kutsuda appi selgeltnägija, kes hindab olukorda pendliga ja parandab energiavälja, või ...

... või kontrollida üle niiskus, ventilatsioon ja teha hallitusseente tõrjet? Millise variandi valiksid Sina? Põhjenda, miks? 

Teadus on järjekindel, kindlaid reegleid arvestav uurimisprotsess, mille tulemusena kogunevad püsiva väärtusega teadmised. Reeglid tähendavad, et teaduslikul uurimisel kasutatakse kontrollitavaid meetodeid: tehakse korduskatseid, kogutakse palju andmeid, võrreldakse neid ja kontrollitakse uuesti. Andmete juures peab olema kontrollitav märge katsetaja, katseaja, kirjandusallikate ja kõikide seotud asjaolude kohta. Kõik allikad peavad olema ära näidatud ehk viidatud.

Paljudele meeldib vaadata saateid selgeltnägijatest, kes „näevad” asju, mis jäävad tavainimese meeltest väljapoole, või astroloogidest, kes ennustavad tulevikku. Sageli püütakse neis saadetes ka näidata, kuidas ennustused tõesti täituvadki, kusjuures vaatajaid veendakse paljude tõenditega. Siin kerkib küsimus, kuidas eristada teaduslikke (teaduslikult tõestatud) teadmisi mitteteaduslikest väidetest (pseudoteadusest). Paraku ei ole see lihtne – sageli oskavad teaduslikke ja sihilikult eksitavaid mitteteaduslikke väiteid eristada vaid oma ala asjatundjad.

Sellegipoolest on olemas tunnused, mille järgi saab teadust pseudoteadusest eristada.

2.4
Uurimuse etapid

Higgsi bosoni avastamise lugu

Loodusteadustes nimetatakse nähtuseks mis tahes kehaga toimuvat muutust. Ühtlasi eeldatakse, et toimuval muutusel on alati olemas mingi põhjus, mida on võimalik selgitada. Selleks, et teada saada loodusnähtuste põhjuseid ja nähtusi mõjutavaid tegureid, peab eelkõige olema uudishimulik, tuleb osata vaadelda ja katsetada ning arutleda katsete tulemuste üle. Kõik see annab võimaluse leida vastuseid püstitatud küsimustele. Oluline on koguda infot selle kohta, mida on seda teemat uurides varem tehtud, ja luua vajalik teoreetiline alus planeeritavale uurimusele. Kogu seda protsessi nimetatakse loodusteaduslikuks uurimismeetodiks, mille tunnuseks on tema põhietapid.

2.5
Vaatlus ja katse

Hakid kogunevad
Hakid

Kärt oli pikka ega luumurruga kodus. Tegevused muutusid üksluiseks, ka arvuti taga istumine tüütas. Aknatagune elu tundus põnevam.

Kärt pani tähele, et hommikul kogunesid hakid puulatva, nagu peaksid koosolekut, ja lendasid seejärel omi asju ajama. Õhtul kogunesid hakid jälle, nagu päeva kokkuvõtet tehes. Linnud istusid okstel kindla süsteemi järgi, kõige kõrgemal vist tähtsaim lind. Kärt hakkas pidama üksikasjalikku vaatluspäevikut ja linde pildistama. Järgmisena avastas ta, et fotode järgi on hea kokkuvõtteid teha ja lindude arvu määrata. Andmetabelid ja fotod salvestas Kärt arvutisse.

Paranedes jätkas tüdruk lindude jälgimist. Märtsis muutus lindude käitumine: kõrgeimal oksal võtsid istet 2 lindu ja õhtuti kogunes puu otsa vähem hakke. Võib-olla on hakiemandad ametis munemisega, oletas Kärt. Kuid miks istus nüüd puuladvas kaks hakki?

Kärdi õde oli eriarvamusel. Milleks iga päev hakke vahtida? Ühest hommikust ja õhtust võib teha video ja asi selge!

Vaatlemine on jälgimine, vaatleja kui neutraalne isik ei sekku toimuvasse. Näiteks ilmavaatlusel jälgitakse ilmaelementide muutusi, astronoomias vaadeldakse tavakehi. Mõlema vaatluse puhul saadakse andmeid automaatsetest ilmajaamadest ja satelliitidelt. Vaatlusi võib teha looduses, asulates, hoonetes, maa all ja maailmaruumis.

Katse tähendab kindlate tingimuste loomist. Uurija loob katsekeskkonna, mida saab kontrollida ja seetõttu tehakse katseid tavaliselt laboris. Sõltuvalt probleemist, püstitatud hüpoteesist või uurimisküsimusest valib uurija katsete korraldusviisi.

Nii vaatlus- kui ka katsetulemused dokumenteeritakse, et hiljem saaks tulemusi kirjeldada ja analüüsida – neid võrreldes, tõlgendades ja järeldusi tehes.

2.6
Kehade omadused ja mõõtmine

Sini-must või valge-kuldne?

Loodusteadustes on sõnal keha erinevad tähendused. Bioloogias tähendab keha organismi. Füüsikas on keha mistahes objekt. Füüsikalises mõistes on kehad nii planeet Maa, rändrahn, sülearvuti, poriloik, kass kui ka närvirakk.

Kehade täpseks kirjeldamiseks mõõdetakse kehade omadusi. Mõõtmisi kasutatakse nii teadustöös, majanduses, tehnoloogias, ehituses kui ka koduses majapidamises.

2.7
Füüsikaline suurus

Loodus pii

Pii oli India poiss, kes elas üle laevaõnnetuse ja pidi veetma mitu kuud ookeanil, kaaslaseks vaid bengali tiiger Richard Parker. Kõrvalolevas lõigus kirjeldab ta päästepaadi hädaabi paki sisu. Teksti kohal on kaader samanimelisest filmist.

Kas kõik maailma inimesed saavad aru, mida tähendab, kui toidupakendil on kirjas, et pakendis on 0,5 l või 500 g toitu?

Mitmeks kuuks jagus Piile toitu ja vett?

Mis Sa arvad, mitu grammi toitu sööd ja mitu liitrit vett jood Sina päevas? Võrdle seda kogusega, mida Pii sai endale lubada.

Kehade mõõdetavaid omadusi väljendatakse arvuliselt füüsikaliste suuruste abil.

Ruumala ja mass on füüsikalised suurused. Mõlemat saab mõõta ja arvuliselt väljendada. Füüsikaline suurus ei tähenda, et seda saab kasutada ainult füüsikas.

2.8
Mõõtmine ja mõõteriist

Pildil on näha spidomeetrid. Kui suurt kiirust need näitavad? Miks peab olema spidomeetril kirjas mõõtühik? 

Spidomeeter, miili tunnis

Mõõtmine on mõõdetava omaduse võrdlemine mõõtühikuga. Nii võib mõõtühikuks võtta oma jalalaba ja toa pikkust mõõta jalgades. Kuid tänapäeva täpses maailmas ei saa sellist tegevust nimetada tegelikult mõõtmiseks – selline mõõtühik pole kokku lepitud ja selle väärtus muutub sõltuvalt inimesest. Pealegi on mõõtetulemus ebatäpne ja seda ei saa kasutada näiteks põrandaplaate ostes. Sellepärast võrreldakse mõõdetavaid füüsikalisi suuruseid mõõtühikutega, mis on rahvusvaheliselt kokku lepitud kindla väärtusega – pikkust näiteks 1 meetriga ja keha massi 1 kilogrammiga.

Mõõtmiseks kasutatakse mitmesuguseid mõõteriistu – nurkade mõõtmiseks malli, aja mõõtmiseks stopperit. Paljud mõõteriistad on tänapäeval digitaalsed, näiteks palaviku mõõtmise termomeeter ja erinevad kaalud. Mõõta saab ka anduritega, mis on ühendatud andmelugejaga.

2.9
Pindala mõõtmine

Pindala on füüsikaline suurus ja seda mõõdetakse kaudselt. Kui tegemist on korrapärase ehitusega kehaga, on keha pindala mõõtmine lihtsam ja ka täpsem. Korrapäratu kujuga keha pindala saab leida ühikruudu meetodil või hinnata.

2.10
Ruumala mõõtmine

Planeet Maa
Planeet Marss

Ruumala mõõtmiseks on mitmeid võimalusi. See, kuidas ruumala mõõta, sõltub sellest, millises olekus on aine ja kas ta on korrapärase või korrapäratu kujuga.

Ruumala kohta öeldakse sageli ka maht. Näiteks mõõdetakse kopsumahtu – kui palju õhku kopsudesse mahub –, mitte aga kopsu ruumala. Keemias kasutatakse gaaside mahuprotsente ehk ruumalaprotsente.

2.11
Mass

Päikese mass on 1,9885 x 1030 kg ja moodustab 99,98% kogu meie Päikesesüsteemi massist. Seevastu meteoor (rahvakeeli langev täht) võib olla kõigest liivaterasuurune ja kaaluda mõni milligramm.

Sõna mass tuleb kreeka keelest μ?ζα (loe: masa) ja tähendab leiba, tainast.

Keha massi kohta võib tavakeeles öelda keha raskus. Näiteks lause „kivi on 2 kg raske“ on igapäevaelus sama tähendusega, mis „kivi mass on 2 kg“. Siiski ei ole see päris õige – kui seda sama kivi tõsta vees, pole ta üldse raske, aga mass on ikka sama: 2 kg.

Erineva tähendusega on ka mõisted keha mass ja keha kaal. Viimane, keha kaal, väljendab füüsikas jõudu, millega keha mõjub alusele. Seega, kui kosmonaudid on kaaluta olekus, siis ei avalda nad mingit survet alusele, aga mass on neil endiselt olemas.

Massi tähis on m ja ühikuteks on 1 kg, 1 g. Kui 1795. a defineeriti massiühikut 1 kilogramm, võeti selle aluseks 1 dm3 puhta vee mass temperatuuril 4 °C. Mis Sa arvad, miks just temperatuuril 4 °C?

2.12
Mõõtmistulemuste usaldusväärsus

Milline on mündi läbimõõt kummalgi juhul? Kumb mõõtmistulemus on täpsem? Kumb mõõtmistulemus on usaldusväärsem?

Igapäevaelus on palju olukordi, kus tuleb mõõta – poes tuleb kaaluda puu- ja juurvilju, kohvikus mõõta mahla kogust, kodus tarvitada veemõõtjat kulutatud vee hulga mõõtmiseks. Kas me saame olla kindlad, et mõõtmised on tehtud korrektselt? See, kui usaldusväärsed on mõõtmistulemused, sõltub üsna mitmest asjaolust.

Esiteks veendu mõõteriista usaldusväärsuses. Bensiinijaamade kütusetankurid, veemõõtjad ja elektriarvestid on kõik väga usaldusväärsed – on ju firmad huvitatud võimalikult täpsest arvepidamisest. Kõik mõõtmisega seotud ettevõtted on kohustatud kontrollima oma mõõteriistade usaldusväärsust. Protsessi, mille käigus viiakse mõõteriist vastavusse etalonmõõtühikuga, nimetatakse taatlemiseks.

Teiseks tuleb mõõteriista näitu õigesti vaadata – mõõtetulemus saadakse, lugedes näitu risti skaalaga.

2.13
Mõõtemääramatus

Jupp plasttoru

Mihkel sai isalt ülesande mõõta plastiktoru pikkus. Mihkel kasutas 50-sentimeetrise skaalaga joonlauda ja mõõtis igaks juhuks 3 korda. Iga kord sai ta pisut erineva tulemuse: 131,8 cm, 132,2 cm ja 131,9 cm.

Milline neist tulemustest on õige? Kas võib olla, et ükski pole õige või kõik on õiged? Kas plastiktorul on oma kindel pikkus, mille saaks teada, kui meil oleks ideaalne mõõtja ideaalse mõõteriistaga?

Plastiktoru tegelik pikkus jääb Mihkli mõõdetud tulemuste piiridesse. Mõõtemääramatus näitab, et me ei saa öelda, milline tulemus on see ainuõige, vaid samaväärseteks tuleb lugeda kõik mõõtmised, mis jäävad mõõtemääramatuse piiridesse.

Leiame Mihkli mõõtmistulemuste aritmeetilise keskmise:

(131,8 cm + 132,2 cm + 131,9 cm) : 3 = 132,0 cm.

Kuna mõõtmistulemused jäävad vahemikku 131,8 cm – 132,2 cm, on nende erinevus keskmisest ± 0,2 cm.

Mõõtmistulemuse esitame kujul l = (132,0 ± 0,2) cm. See tähendab seda, et kõik tulemused, mis jäävad vahemikku 131,8 cm kuni 132,2 cm, tuleb lugeda antud mõõtemääramatuse juures samaväärseteks.

Plastiktoru pikkuse mõõtemääramatust tingisid järgmised asjaolud:

  1. Mihkli mõõtejoonlaud oli torust lühem ja mitmekordne joonlaua edasitõstmine vähendas tulemuse täpsust,
  2. toru otsad olid ebatasased,
  3. toru võis olla kõver.

Mõõtemääramatuse olemasolu näitab, et pole olemas ideaalset ehk tõelist mõõtetulemust. Mõõtemääramatus iseloomustab mõõtmistulemuste võimalikke väärtuseid ja kuulub mõõtmistulemuse juurde. Mõõtetulemuse esitamine koos mõõtemääramatusega tähendab mõõtmiste kõrgemat usaldusväärsust. 

Mõõtemääramatus oleneb mõõtjast, mõõteriistast ja mõõtmisprotsessist. Mida täpsemad mõõteriistad, mõõtjad ja mõõtmistingimused, seda väiksem on mõõtemääramatus.

2.14
Uurime kehade omadusi graafiku abil

Õpilased planeerisid minna kahepäevasele matkale. Nad uurisid Riigi Ilmateenistuse portaalist, milline ilm tuleb kahe järgmise päeva jooksul. Ülal on toodud Ilmateenistuse kahe päeva ilmaprognoos graafikuna. Milliseid riideid tuleks kaasa võtta? Kas ööbimiseks valida telk või matkamaja? Mille poolest on graafikul esitatud ilmaprognoos parem tekstina esitatust?

Matemaatikatunnis oled õppinud koordinaatteljestiku joonestamist ja lihtsamate graafikute koostamist. Loodusteadlased kasutavad graafikuid, et uurida, kuidas on nähtused või kehade omadused omavahel seotud. Või veelgi täpsemalt – kuidas üks nähtus või omadus mõjutab teist nähtust või omadust. Graafikutel on oluline roll teadustöös. Näiteks Higgsi bosoni avastamine CERNi osakeste kiirendis toimus sadade tuhandete katsetulemuste graafilisel analüüsil (vt väikest kühmu keskmisel graafikul, see osutab Higgsi bosoni massile).

Kõige madalamat võimalikku temperatuuri ehk absoluutset nulli saab määrata graafikult, mis kirjeldab gaaside soojuspaisumist (vt alumist joonist). Katses uuriti, kuidas gaas paisub temperatuuri kasvades. Graafiku joone pikendamisel väiksemate ruumalade suunas (vt punktiiri joonisel) saab määrata kõige madalamat temperatuuri – temperatuuri alampiiri t = –273,16 °C.

Graafiku koostamise reeglid.

  • Joonesta teljed.
  • Märgi telgede juurde uuritavad suurused koos ühikutega.
  • x-teljele märgitakse sõltumatu muutuja – see on tavaliselt suurus, mida katsetaja muudab, näiteks temperatuur °C.
  • y-teljele märgitakse sõltuv muutuja – see on suurus, mis katse tulemusel muutub, näiteks jää sulamiseks kulunud aeg/min.
  • Märgi andmepunktid graafikule.
  • Kanna graafikule võimalikult lihtne joon, mis ei pea läbima kõiki katsepunkte, vaid on sirge või kõver joon ilma siksakkideta.

3
Ainete ja kehade mitmekesisus

3.1
Millest koosnevad kehad

Kassipoeg

Filosoofid ja teadlased on selle küsimuse kallal juurelnud palju sajandeid. Juba enne seda, kui võeti kasutusele suurendusklaasid ja mikroskoobid, oletati, et nii tahked, vedelad kui ka gaasilised ained koosnevad väikseimatest aineosakestest aatomitest (kr jagamatu). Tänapäevaks on siiski leitud, et ka aatom koosneb omakorda veelgi väiksematest osakestest. Aatomi keskel asub aatomituum ja elektronid moodustavad tuuma ümber elektronkatte. Aatomite keskmine läbimõõt on ligikaudu 0.0000000001 ehk 10-10 meetrit. Kuna sellist arvu on küllaltki raske endale ette kujutada, pakume välja järgneva võrdluse:

Nii mitu korda, kui on tennisepall suurem aatomist, on Maa suurem tennisepallist.

Kuna aatomid on nii tillukesed, siis leidub neid isegi väikeses koguses aines väga palju. Näiteks sisaldab ühe hariliku pliiatsi süsi ligikaudu 10 000 000 000 000 000 000 000 ehk 1022 süsiniku aatomit! Kui pliiatsi sütt nüüd peenestada, saame üha väiksemaid ja väiksemaid söeosakesi, kuni tekib söetolm. Kui saaksime peenestamist muudkui jätkata ja jätkata, siis jõuaksime lõpuks välja üksikute süsiniku aatomiteni.

Aatomid ei esine meie ümber tavaliselt ühekaupa, vaid nad on ühinenud molekulideks ning kristallideks. Kristall on tahke aine, milles aatomid on paigutunud korrapäraselt. Ka molekulid võivad omakorda ühineda kristallideks. Kristalli üheks ilmekamaks näiteks on lumehelves.

3.2
Keemilised elemendid ja perioodilisustabel

Üht liiki aatomeid nimetatakse keemiliseks elemendiks. Erinevate keemiliste elementide aatomid erinevad üksteisest koostise ning massi poolest. Kõige kergemad on vesiniku aatomid. Samas on näiteks hapniku aatom vesiniku aatomist 16 ja kulla aatom ligi 200 korda raskem.

Loodusest võib leida üle üheksakümne keemilise elemendi, kuigi elusorganismid koosnevad põhiliselt vaid nelja keemilise elemendi aatomitest. Nendeks on hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik. Selleks, et elemente oleks lihtsam üles märkida, kasutatakse nende tähistamiseks rahvusvahelisi sümboleid, mis enamasti on tuletatud nende elementide ladinakeelsetest nimetustest.

3.3
Liht- ja liitained ning nende valemid

Mida arvatava sellisest tuletuskäigust?

Ainete ülesmärkimiseks kasutatakse valemeid, mis näitavad, millistest keemilistest elementidest aine koosneb ning milline on aines või molekulis sisalduvate aatomite vahekord. Arv, mis väljendab aatomite arvu, kirjutatakse elemendi sümboli järele. Arv 1 jäetakse enamasti kirjutamata. Vee valemiks tuleks seega H20

3.4
Aine kolm olekut

Nagu me igapäevaelust teame, võivad ained esineda nii tahkes,
vedelas kui ka gaasilises olekus.

Tahkest ainest valmistatud keha säilitab oma kuju. Selle põhjuseks on asjaolu, et tahke aine osakeste (aatomite, molekulide) vahel esinevad tugevad tõmbejõud ning aineosakesed paiknevad üksteise suhtes väga tihedalt. Tahket ainet on raske kokku suruda, kuna siis hakkavad osakeste vahel mõjuma tugevad tõukejõud. Aineosakesed ei saa tahkes aines vabalt liikuda, kuid saavad võnkuda kindla punkti ümber.

Gaasidel ei ole kindlat kuju, nad täidavad täielikult neile antud ruumala. Kuna gaasides on aineosakeste vahelised jõud väikesed ning omavahelised kaugused suured, siis on gaasid ka tuhandeid kordi paremini kokku surutavad kui vedelikud või tahked ained. Aineosakesed saavad vabalt liikuda, põrkudes sageli üksteisega ja anuma seintega.

Vedelikud võtavad selle anuma kuju, millesse nad valatakse. Vedelikes paiknevad aineosakesed küllaltki tihedalt, mistõttu on vedelikke raske kokku suruda. Kuna aineosakeste vahelised tõmbejõud on nõrgemad kui tahketes ainetes, siis saavad vedelikud voolata, st aineosakesed saavad üksteise suhtes märgatavalt liikuda. Samas pole tõmbejõud aga nii suured, et vedelik saaks säilitada oma kuju.

3.5
Tihedus

Kivi kellegi käes
Klaas vett

Tavaliselt öeldakse, et kivi vajub põhja, sest on veest raskem. See pole aga õige – järvetäis vett on kindlasti raskem kui kivi, sest vett on rohkem. Oletame, et meil on rusikasuurune kivitükk, mille ruumala on 200 cm3. Sama suur ruumala on ka klaasitäiel veel. Kui nüüd mõõta kivi ja vee massid, on need selgelt erinevad. Kummal on suurem mass?

Mõõtmised näitavad, et kuigi ruumala võib kehadel olla sama, on erinevatest materjalidest kehade massid erinevad. Tihedus ei sõltu keha kujust, ruumalast ega suurusest. Keha tihedus oleneb hoopis osakeste paigutuse tihedusest ja osakeste massist. Seega, tihedus oleneb sellest, millisest materjalist keha koosneb. Näiteks on õhu tihedus väike, kuna õhus paiknevad molekulid hõredalt, ja kulla tihedus on suurem alumiiniumi tihedusest, sest kulla aatomid on alumiiniumi aatomitest mitu korda raskemad (vt ainete tiheduse tabelit).

Tihedus näitab, kui suur on aine mass ruumalaühiku (1 cm3, 1 dm3 või 1 m3) kohta. 1 cm3 rauatükk kaalub 7,8 g, see tähendab, et raua tihedus on 7,8 (loe: 7,8 grammi kuupsentimeetri kohta). 1 dm3 kullakang kaalub 19,3 kg, seega kulla tihedus on 19,3 (19,3 kilogrammi kuupdetsimeetri kohta). Paremaks ettekujutamiseks võib öelda, et üheliitrise mahlapaki suurune kullakang kaalub ligikaudu 20 kg!

3.6
Puhtad ained ja segud

3.6.1
Puhtad ained ja segud

Pildil reklaamitakse toodet kui sajaprotsendilist õunamahla.

Mis Sa arvad, kas selles esinevad ainult ühte tüüpi aineosakesed?

Igapäevaelus kohtame harva täiesti puhtaid aineid. Näiteks sisalduvad kraanivees lisaks vee molekulidele mitmed teised aineosakesed. Need annavad veele iseloomuliku maitse. Destilleeritud vesi on tunduvalt puhtam kui kraanivesi, kuid ka seal võivad sisalduda mitmed lisandid, näiteks süsihappegaas, mis on pärit õhust. Samas võib igapäevaelus kohata mõnda suhteliselt puhast ainet, näiteks suhkrut. Ka köögis kasutatav alumiiniumfoolium koosneb peamiselt vaid alumiiniumi aatomitest.

Järgnevalt vaatleme, mille poolest erinevad puhtad ained segudest.

3.7
Ainete eraldamine segudest

Ainete puhastamine ja segudest eraldamine pakkus juba ammustel aegadel inimestele suurt väljakutset. Näiteks õpiti eraldama puhtaid metalle maagist, soola mereveest jms. Tänapäeva ravimitööstuses on väga puhaste ainete saamine tootmisprotsessi üks kõige keerulisem ja kulukam osa. Ka on paljudes Maa piirkondades keeruline hankida puhast joogivett – õnneks on selleks leiutatud mitmeid erinevaid meetodeid. Aineteid saab eraldada segudest sellepärast, et ainete omadused on erinevad.

Setitamise ja nõrutamise abil saab eraldada vedelikus (vees) lahustumatuid aineid: nt veest liiva või õli jm. Setitamise puhul on oluline, et eraldatavad ained oleksid erineva tihedusega – tihedama aine osakesed vajuvad anuma põhja ehk settivad, see omakorda võimaldab kallata vedeliku pealt ära ehk nõrutada.

4
Loodusnähtused

4.1
Loodusnähtused

Sügisene loodus
Talvine loodus
Kevadine loodus
Suvine loodus

Markuse sõber, kes elab Austraalias, palus Markuselt abi esitluse „Aastaaegade mitmekesisus“ koostamisel. Markus saatis talle loodusfotosid. Sõber vastas tänukirjaga, kus mainis ka, et tema ettekanne tekitas enim elevust. Sõbra kodulinn Perth on hoopis teistsuguse kliimaga kui Eesti. Suvevaheaeg algab seal jõulupeoga rannas, ilm on palav ja kuiv. Lund esineb vaid riigi idaosa mägedes juunist augustini. Kevadine oktoober on küll värviline, kuid hoopis õitest, mitte lehtedest. Jõed on aprillis sageli peaaegu ilma veeta, sest möödunud suvi oli sademeteta.

Miks sõbra vastus hämmastas Markust?

Loodusnähtusi me näeme, kuuleme, haistame ja tajume. Näiteks on loodusnähtused kuuvarjutus, tuul, tuisk, lume sulamine, maavärin, vikerkaar, karstikoopa teke, lehtede langemine ja kõdunemine. Loodusnähtusi õpitakse tundma loodusõpetuse, bioloogia, keemia, füüsika ja geograafia tunnis. Loodusnähtusi uurivad loodusteadlased.

4.2
Liikumised looduses

Satelliitfoto Jakobshavni liustikust.

Liikumine on kõikjal meie ümber. Osasid neist liikumistest kutsume me ise esile, osad tekivad meie tahtest sõltumatult. Tihti on liikumistest võimalik välja lugeda infot looduslike protsesside ja nende põhjuste kohta.

Aastatel 2012 ja 2013 uurisid Saksa ja Ameerika teadlased satelliitfotode põhjal liustike liikumist. Selgus, et Gröönimaa suurima liustiku Jakobshavni liikumiskiiruseks suvekuudel oli kuni 46 meetrit ööpäevas, see on ühtlasi suurim mõõdetud kiirus, millega see liustik liikunud on. Kas liustike kiirem liikumine on seotud Maa kliima soojenemisega? 

Kui kehasid saab kirjeldada mõõtmete, tiheduse ja värvuse abil, siis nähtuste kirjeldamiseks on omad suurused: nähtuse kestvus ehk aeg, nähtuse intensiivsus ja toimumise kiirus.

4.3
Kiirus

Naiste tennise servi kiirusrekord kuulub Sabine Lisickile (pildil) aastast 2014. Servi kiiruseks mõõdeti 210,8 km/h. Meeste tennises on kiirused veelgi suuremad – servi rekordkiirused ületavad 250 km/h. Looduses liiguvad kõige kiiremini taevakehad, Maa keskmine liikumiskiirus on ligikaudu 30 km/s. Märksa aeglasemalt liiguvad laamad – tahke maakoore massiivid võivad liikuda keskmiselt kuni 10 cm aastas, umbes sama kiirusega kasvavad ka sõrmeküüned.

Suurima võimalik kiirusega – 300 000 km/s – liigub õhutühjas ruumis valgus. Teadlased on suutnud pea sama kiiresti liikuma panna aatomiosakesi – prootoneid.

Kiirus on füüsikaline suurus – kiirust saab mõõta, tal on oma tähis ja hulganisti mõõtühikuid. Kiiruse mõõtühikutest saab välja lugeda kiiruse definitsiooni, näiteks kosmoselaev liigub kiirusega 4 km/s, see tähendab, et ühes sekundis läbib rakett 4 km.

Kiirus näitab, kui suure teepikkuse läbib keha ajaühikus (1 sekundis, 1 tunnis).

Kiiruse mõistet kasutatakse ka laiemas tähenduses. Nii võib majandusuudistes lugeda majanduse kasvu kiirusest (eurot/aastas), kütuse põlemist saab iseloomustada põlemiskiirusega (cm3/s), lugemiskiirust võib väljendada lehekülgede arvuga tunnis (lehekülg/ tunnis). Kõik loetletud näited väljendavad nähtuse toimumist ajaühikus.

4.4
Energia

Springfieldi tuumajaam, joonistus

Paljud meist elavad kaasa perekond Simpsonite tegemistele ja teavad, et perepea Homer töötab tuumaelektrijaamas, kus toodetakse elektrienergiat. Eestis saadakse aga suurem osa elektrienergiast põlevkivi põletamisel vabaneva soojuse arvelt ja aastas toodetakse elektrit hulgal, millest jaguks keskmiselt 7,5 miljoni inimesele. Eestis elab 2015. aasta andmetel 1,3 miljonit inimest. Mida tehakse ülejäänud toodetud energiaga?

4.5
Energia muundumine ja ülekandumine

Mis Sa arvad, millist liiki energia on peidus nn energiajookides?

Energia võib meie ümber esineda mitmel erineval kujul. See võib olla

  • soojusenergia, mis väljendub aineosakeste (aatomid, molekulid) võnkumises ja liikumises. Mida kuumem on keha, seda kiiremini võnguvad aineosakesed ning seda rohkem on temas soojusenergiat;
  • valgusenergia, mis kandub edasi valgusega;
  • keemiline energia, mis hoiab aineosakesi koos, näiteks aatomeid koos ühes ja samas molekulis;
  • elektrienergia, mida omab elektrivool. Tihti kasutame selle asemel lihtsalt sõna elekter;
  • mehaaniline energia, mis on kehade liikumisest ja asendist põhjustatud energia.

Energia saab muunduda ühest liigist teise. Näiteks põlevkivi põlemisel vabaneva soojusenergia arvelt toodetakse soojuselektrijaamades elektrienergiat ja elektrienergiat tarbivates seadmetes, näiteks röstris ja LED-pirnis, muutub elekter vastavalt soojus- ja valgusenergiaks. Seejuures kehtib energia jäävuse seadus: energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise. See aga tähendab, et universumis olev energia jääb samaks. Kui energia ühes süsteemi osas kasvab, siis teises osas peab see samal ajal kahanema.

Energia võib kanduda ka ühelt kehalt teisele, seda nimetatakse energia ülekandumiseks. Näiteks levib soojusenergia kuumalt kehalt üle ümbritsevasse keskkonda. Selle tulemusena kuum keha jahtub ja ümbritsev keskkond soojeneb. Protsess kestab seni, kuni temperatuurid võrdsustuvad.

4.6
Soojusjuhid looduses ja elukeskkonnas

Sooja saamine ja sooja hoidmine on paljude loomaliikide ellujäämise võtmeküsimus. Kui loomad oma koheva karvkatte ja linnud kihilise sulestikuga on kohastunud külmade perioodidega, siis inimene oma viletsa karvakasvuga on pidanud läbi aegade kasutama leidlikkust, et talvesid üle elada.

4.7
Keemilised reaktsioonid meie ümber

Kindlasti oled märganud, et ained ei püsi muutumatutena. Õue unustatud raudreha hakkab roostetama, kauaks seisma jäänud toit omandab halva lõhna ja maitse ning võib muutuda ka teist värvi. Kõige selle põhjuseks on asjaolu, et ühed ained muunduvad teisteks aineteks. Näiteks muundub raud seistes rauaroosteks. Roostekihis on raua aatomid alles, kuid need on nüüd ühinenud hapnikuga. Raud on muutunud lihtainest liitaineks.

Keemiline reaktsioon on nähtus, kus ühtedest ainetest tekivad teised ained.

Keemilise reaktsiooni käigus muutuvad molekulide koostised. Aine oleku või keha kuju muutumine ei ole keemiline nähtus, sest molekuli koostis ei muutu. Näiteks jää sulamisel või vee aurustumisel jääb vee molekul ikka vee molekuliks, milles on koos kaks vesiniku ja üks hapniku aatom ning selle valem on H2O. Tegemist on hoopis füüsikaliste nähtustega.

Keemilisi reaktsioone pannakse kirja keemiliste reaktsioonivõrrandite abil. Vaatamata keeleerinevustele kasutavad teadlased üle maailma keemiliste reaktsioonide kirjapanekuks samu sümboleid ja põhimõtteid. Söe põlemise reaktsiooni võime panna kirja nii sõnade, molekulimudelite kui ka keemilise võrrandi abil.

4.8
Kasvamine ja areng on bioloogilised nähtused

Ungari 2
Ungari 3

Kasvamine ja areng on elu tunnused, iseloomulikud kõikidele organismidele. Kasvamine ja areng on enamasti seotud, kuid ei toimu täpselt üheaegselt. Näiteks kasvab inimene lapsepõlves, kuid areneb kogu elu. Areng tähendab järjepidevalt toimuvaid või perioodilisi muutusi. Räägitakse vaimsest, füüsilisest, emotsionaalsest ja sotsiaalsest arengust ning kujunemisest. Ungari karjakasvatajate töös on hobune abiline, liikumisvahend ja sõber. Kuuletumist ja koostööd ratsanikuga hinnatakse väga kõrgelt. Ungari rahvariietes karjused näitavad, kuidas hobune allub täielikult inimese korraldustele. Arutlege, kas hobuse kuuletumine inimesele on areng.

Organism kasvab ja areneb talle sobivas elukeskkonnas. Kõik organismid vajavad vett, mineraalaineid ja orgaanilisi aineid, enamik organismidest ka hapnikku. Taimed ei saa kasvada valguseta ja maismaataimedele on olulised ka mulla omadused. Kasvu ja arengut mõjutab kõige rohkem tavaliselt see keskkonnatingimus või toitaine, mida on kõige vähem – näiteks on taimedel toitaineid raske mullast kätte saada, kui mullas on vähe vett.

5
Elusa ja eluta looduse seosed

5.1
Inimene uurib ökosüsteeme

Vana männimets on ökosüsteem, mis sobib elupaigaks ühele Eesti metsade suurimale kanalisele, metsisele. Pildil on uhke isaslind ümbritsetud vanade mändide ja üksikute kuuskedega. Metsise arvukus on Eestis 19. ja 20. sajandi jooksul oluliselt kahanenud, kuid viimasel kümnendil on see püsinud üsna stabiilsena, kuna nende kaitseks on loodud püsielupaiku. Miks ja kuidas uuritakse metsisemängusid?

Ökosüsteemi moodustavad kõik mingis kohas elavad elusorganismid ning neid ümbritsev keskkond. Kui planeet Maa moodustab kokku ühe väga suure ja keeruka ökosüsteemi, siis väikeseks ökosüsteemiks võib lugeda ka tiiki (pildil), puuõõnsust või näiteks inimese soolestikku, kus tegutseb mitmekesine bakterikooslus.

Tavaliselt koosnevad ökosüsteemid väga erinevatest elusorganismidest. Kõik need elusorganismid on omavahel seotud läbi toiduahela. Mitu omavahel ristuvat toiduahelat moodustavad omakorda toiduvõrgustiku. Toiduahelaid koostades oled organismide seoseid tähistanud noolega. Mida näitavad nooled toiduahelas ja toiduvõrgustikus?

5.2
Süsinikuringe ökosüsteemides

Süsinik (C) on keemiline element, mida leidub nii liht- kui ka liitainena kõikides Maa sfääride koostistes: atmosfääris, hüdrosfääris, biosfääris ja litosfääris. Seega on süsinik väga oluline element.

Süsinik võib liikuda ühest Maa sfäärist teise, olles sealjuures erinevate keemiliste ainete koostises. Sellist liikumist nimetatakse süsinikuringeks.

Üheks süsinikuringe oluliseks etapiks on fotosüntees, mille käigus sünteesivad rohelised taimed päikesekiirguse mõjul süsihappegaasist ja veest glükoosi. Glükoosi sünteesimisel tekib ka hapnikku.

5.3
Kohastumine elukeskkonna tingimustega

Part
Siil

Kohanemine on organismi sobitumine elukeskkonda. Elu jooksul kujuneb ehitus või talitlus selliseks, mis tagab parema elutegevuse, eduka hakkamasaamise. Näiteks päevituvad Aafrikasse elama asunud eestlased tugevasti ja nahk muutub tumedamaks. Nõnda on nad paremini kaitstud UV-kiirguse eest. Aga nende lapsed sünnivad ikkagi heledanahalistena.

Kohastumus on pikaajalise muutumise tulemus. Väga paljude põlvkondade jooksul kujunevad sellised omadused, mis tagavad ühes kohas elavate organismide rühma või liigi eduka elutegevuse ja paljunemise.

5.4
Loodus, tehnoloogia ning looduslik tasakaal

Võib öelda, et tehnoloogia on sama vana kui inimkond. Siis, kui inimene õppis kasutama tuld, valmistama tööriistu, ehitama endale eluaset jne, hakkas ta kujundama looduslikku keskkonda ümber nii, et see vastaks paremini tema vajadustele. Paljud tänapäeval elementaarseks ning peaaegu et märkamatuks muutunud esemed nagu nuga või kahvel, rääkimata keerukamatest seadeldistest ning protsessidest, on tegelikult teinud läbi pika ning keerulise arenguloo, millesse on panustanud nii tavainimesed kui oma ala asjatundjad.

Tehnoloogia areng käsikäes teaduse arenguga on tekitanud märkimisväärseid muutusi inimeste eluviisis ja -kvaliteedis, eriti alates 19. sajandist. Näiteks on inimese keskmine eluiga kasvanud u 33 eluaastalt kiviajal 75 eluaastani tänapäeval, sealjuures 20 aasta võrra viimase viiekümne aasta jooksul. Rohkem toitu, efektiivsemad ravimeetodid ning pikem eluiga on kasvatanud Maa elanikkonda viimase sajandi jooksul hüppeliselt (vt joonist). Samas, mida rohkem kasvab elanikkond ja tööstus, seda enam võetakse kastutusele ka loodusressursse – puhast vett, maavarasid, taimede ja loomade elupaiku. Tulevastel põlvkondadel muutub järjest raskemaks hankida endale puhast vett, toitu ning normaalset eluaset.

5.5
Ökoloogiline jalajälg ja säästev eluviis

Kui kõik inimesed Maal elaksid nii nagu enamik eurooplasi, oleks meil tarvis mitut planeeti, et jätkuks loodusressursse ja oleks võimalik samal ajal taluda ka meie tegevuse tagajärgi, näiteks reostust. Ometi on meil elamiseks vaid üks planeet Maa.

5.6
Säästlik tarbimine ja materjalide taaskasutus

Et hoida meie elukeskkonda ja säästa loodusressursse, tuleks jäätmete tekkimist nii palju kui võimalik vältida ning tekkinud jäätmed keskkonnasõbralikult koguda ja ümber töödelda. Suur osa prügist oleks sel juhul hoopis väärtuslik tooraine, millest valmistada uuesti klaasi, alumiiniumit, paberit või komposti. Samas säästaks see olulisel määral naftat, puitu, metallimaake ning aitaks säilitada taimede ja loomade elupaiku.

2013. aasta Euroopa Liidu statistikaameti andmetel tootis iga Euroopa Liidu elanik keskmiselt 481 kg olmejäätmeid. Eesti elanik tootis samal aastal keskmiselt 291 kg olmejäätmeid. Keskmiselt läheb EL-i riikides 28% prügist ümbertöötlemisse, 15% kompostitakse, 26% põletatakse ning 31% ladestatakse prügimäele. Eestis töödeldakse ümber 20%, 64% põletatakse ja 16% läheb prügimäele.