ESERO NL onderwijsconferentie 9 oktober Techniek in de Ruimte

Transcriptie

1 ESERO NL onderwijsconferentie 9 oktober 2013 Techniek in de Ruimte

2 Ideeën voor de onderbouw Inhoud Isolatie Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 1) Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 2) Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 3) Doeblad ruimtepak (Groep 3/4) Ontwerp robotarm Doeblad robotarm Waslijn Onderzoeken & Ontwerpen Vaardighedenlijst Onderzoeken & Ontwerpen colofon: auteur: Karin Heesakkers, KleinKracht, Zeist redactie: Hans Tuinenburg, Science Center NEMO, Amsterdam correspondentieadres: ESERO NL Postbus AK Amsterdam info@ruimtevaartindeklas.nl

3 Isolatie Kerndoelen: 42, 43, 44, 45 Doel: Met de leerlingen onderzoek doen naar de isolerende werking van materialen; De leerlingen weten wat isolatie is; De leerlingen ervaren de werking van isolatie; De leerlingen doen ervaring op met de onderzoekscyclus. Tijdsduur: Inleiding isolatie: 15 minuten Isolatieproef: 45 minuten Inleiding astronautenpak: 15 minuten Ontwerpen astronautenpak: 45 minuten Nodig per leerling: Doeblad isolatieproef Potlood Nodig in de klas: Voor de inleiding: thermoskan platen van astronaut en satellieten, beschikbaar via link in bronvermelding Voor de isolatieproef (per experimenteergroepje): afgesloten beker met heet water de materialen op het doeblad isoleerproef: pannenlap, gewoon papier, keukenrol, lapje leer, stukje aluminiumfolie, lapje katoen, stukje watten, stukje noppenfolie, stukje bodywarmer eventueel de platen van de onderzoekscyclus, te printen via kleinkracht.nl => lesmaterialen. Voorbereiding: Zet voor de isolatieproef een thermoskan met heet water klaar. Introductie: Astronauten in de ruimte, op de maan bijvoorbeeld, hebben een heel dik pak aan. Waarom denken de leerlingen dat dat is? 3

4 Bron: jpg De volgende redenen kunnen ze noemen: Om adem te halen: er is geen lucht op de maan, in het pak zit de lucht om te ademen. Als bescherming tegen de buitentemperatuur. Op de maan kan het in de zon erg heet worden (meer dan 100 graden) en in de schaduw erg koud (meer dan 100 graden vriezen). Als bescherming tegen de straling. Als je op aarde te lang in de zon zit kun je verbranden. Zonder beschermende luchtlaag op de maan ontvang je nog veel meer schadelijke stralen. Om je lichaam op de juiste druk te houden. Tot mijn verbazing zijn er een enkele keer kleuters die weten dat je lichaam er niet tegen kan om op een plaats zonder luchtdruk te zijn. De lucht in je lijf zet dan uit en het water in je lijf gaat koken, waardoor je sterft. De volgende reden wordt vaak genoemd maar is NIET waar: Om niet van de maan af te vliegen. Kleuters denken soms dat er magneten of gewichten in het pak zitten om niet van de maan af te vliegen als je een sprong maakt. Dat is niet waar. Je kunt wel hele hoge sprongen maken, omdat onze spieren aan meer zwaartekracht gewend zijn, maar van de maan afspringen lukt je echt niet. Het pak van de astronauten isoleert. Ook satellieten hebben zo'n beschermlaag om de apparatuur binnenin te beschermen tegen straling en extreme temperaturen. Waarom denken de leerlingen dat ze eruit zien alsof ze slordig ingepakt zijn? De beschermende folie moet niet scheuren bij uitzetting. Bron: en

5 In je dagelijkse omgeving zie je ook voorbeelden van isolatie, kennen de leerlingen er een paar? Je winterjas bijvoorbeeld, een thermoskan, dubbel glas. Laat een thermoskan zien en leg uit hoe deze werkt (zie achtergrondinfo leerkracht). Ondersteunende filmpjes: Maanlied voor kleuters: liedje van ongeveer 1 minuutje waarin Hoep (uit Hoelahoep) een ruimtepak aantrekt om naar de maan te gaan. Bespreek na afloop de 'zwaarste laarzen' in het lied. Helpt dat? Nee! Isolatie van huizen: in dit filmpje zie je hoe huizen worden geïsoleerd. Je kunt dit laten zien na het bespreken van de werking van een thermoskan. Wat zijn de overeenkomsten (stilstaande lucht, twee wandjes)? Heeft een thermoskan ook 'tochtstrips' (Ja in de deksel)? André Kuipers over het ruimtepak tijdens de lancering, hij laat zien met spekjes wat er gebeurt met je lijf zonder luchtdruk. Klokhuis astronaut van 4:45 tot 6:15 min: Wat moeilijker filmpje over het testen van satellietonderdelen in extreme temperaturen bij Estec in Noordwijk. Meer geschikt als achtergrondinfo voor leerkracht. Patatje wetenschap van 1:45 tot 6:00 min: Werkwijze isolatieproef De leerlingen gaan onderzoeken welke materialen goed isoleren en welke niet. Dat doen ze door met de verschillende materialen een beker warm water vast te houden. Dit is een mooie gelegenheid om de leerlingen al een beetje vertrouwd te maken met een onderzoekscyclus. Zie voor platen die u aan de muur kunt hangen eventueel onder lesmaterialen. Na het stellen van de onderzoeksvraag gaan wetenschappers altijd eerst bedenken wat ze verwachten. Pas daarna kijken ze met behulp van proeven of dat ook echt gebeurt. Dat doen de leerlingen ook. Laat de leerlingen de tabel zien. Leg eventueel uit hoe een tabel werkt, als de leerlingen daar nog niet eerder mee gewerkt hebben. Zij vullen nu eerst alleen de kolom in wat ze verwachten. Vouw bij jonge kleuters het blad even om zodat ze alleen het denkpoppetje zien tijdens het invullen. Nu gaan ze alle materialen echt testen. Pak de beker heet water telkens met één materiaal vast en voel een minuutje of het warm wordt of niet. De resultaten worden ingevuld in de tweede kolom. De volgende fase in het onderzoeksproces in nabespreken. Wat hebben we geleerd? En eventueel kan nu een nieuwe onderzoeksvraag gesteld worden. Soms isoleren twee laagjes beter dan één. Denk maar aan twee dunne truitjes in de zomer. Welke combinatie van laagjes werkt nog beter? Werkwijze ruimtepak Herhaal eventueel waarom astronauten ook al weer een ruimtepak aanhebben. Bekijk de röntgenfoto van het ruimtepak. Waar denken de leerlingen dat alle onderdelen voor zijn? Met jongere leerlingen kan dit besproken worden, waarna de doebladen astronautkleding uitgeknipt kunnen worden. Wanneer moeten de astronauten welk pak aan? Je kunt bijvoorbeeld bespreken dat bij een maanwandeling of ruimtewandeling het isolerende pak aan moet. Binnen in het ruimtestation hoeft dat niet. De buitenkant van het ruimtestation is al geïsoleerd, waardoor de astronauten daarbinnen veilig zijn. 5

6 Wat oudere leerlingen kunnen zelf op het doeblad ruimtepak aangeven waarvoor zij denken dat alle onderdelen bedoeld zijn. Bespreek dit na met behulp van de plaat in de achtergrondinfo voor de leerkracht. Laat nu de leerlingen hun eigen ruimtepak ontwerpen. Benoem welke functies u daar minimaal in terug wilt zien. Uitbreidingsmogelijkheden Laat eventueel in groepjes echte ruimtepakken maken van afvalmaterialen, en organiseer een modeshow waarbij de werking van het pak wordt toegelicht. Achtergrondinfo leerkracht Als we het over isolatie hebben moeten we onderscheid maken tussen twee verschillende vormen van warmteoverdracht: geleiding en straling. Warmtegeleiding Bij geleiding is er sprake van twee voorwerpen van verschillende temperatuur die contact met elkaar maken. Een koude lepel in een warme kom soep bijvoorbeeld. De voorwerpen streven altijd naar thermisch evenwicht, dat betekent dat de warmte van de ene wordt overgedragen op de andere, net zolang totdat beide voorwerpen dezelfde temperatuur hebben. In het geval van de soep wordt de lepel warmer (en de soep ietsje kouder al merk je dat minder). Sommige stoffen geleiden makkelijker warmte dan andere. Zet je een lepel van metaal in de soep en een houten spatel, dan is de lepel eerder warm dan de spatel. De isolatieproef met de verschillende materialen test dus eigenlijk welke materialen er langer over doen om warm te worden. Een thermoskan voorkomt warmtegeleiding door middel van een dubbele wand. Tussen de twee wanden zit een (bijna) vacuüm. Omdat er weinig geleidend materiaal (lucht) tussen de binnenste en buitenste wand zit, heeft de drank in de thermoskan, nauwelijks contact met de buitentemperatuur. Daardoor kan warmte er moeilijk in of uit. Hoe 'weet' een thermoskan of wat erin zit warm of koud moet blijven? Dat hoeft de thermoskan niet te weten. Hij koelt niet actief, en hij verwarmt niet, hij isoleert alleen maar. Hij voorkomt dat de temperatuur binnen en buiten hetzelfde worden. Als je een koude drank in de thermoskan doet, kan warmte van buitenaf daar moeilijk bij komen waardoor de drank koud blijft. Als je een warme drank in de thermoskan doet, kan die warmte moeilijk ontsnappen, waardoor de drank warm blijft. Warmtestraling De straling van de zon komt niet in de vorm van geleiding op de aarde of bij een satelliet, er bevindt zich immers geen lucht in het heelal. Hier is de wet van behoud van energie aan het werk. De straling botst, met een bepaalde energie, op het aardoppervlak of op de satelliet. Om zo veel mogelijk straling te laten weerkaatsen wordt de buitenkant van de satellieten voorzien van glimmende folie. De rest van de straling wordt opgenomen door het oppervlak, en de energie daarvan wordt omgezet in warmte. Onderzoekend en ontwerpend leren Bij onderzoekend en ontwerpend leren gaat het er vooral om een onderzoekende houding aan te leren: willen weten, begrijpen, verbeteren. Het denken staat dan ook centraal, niet het 'juiste' antwoord. Houdt dit in je hoofd als je vragen krijgt waar je zelf het antwoord niet op weet. Jouw houding om een vraag te durven hebben en samen naar het antwoord op zoek te gaan zet de deur naar

7 wetenschappelijk denken open. Voel jij je oncomfortabel als je iets niet weet dan pikt een leerling ook al gauw op dat het niet goed is als ze iets niet weet. Dan wordt wetenschap moeilijk en eng. Voor het beoordelen van de onderzoekende/ontwerpende vaardigheid van de leerling kun je op de volgende zaken letten: zegt de leerling zomaar wat zonder onderzoek (gokken) beschrijft de leerling waarnemingen herkent de leerling patronen zoekt de leerling naar verklaringen/oorzaken hoe gaat de leerling om met waarnemingen die niet kloppen met zijn verwachtingen hoe gaat de leerling om met verklaringen van andere leerlingen Zie ook als hulpmiddelen de 'Waslijn Onderzoeken en Ontwerpen', en de 'Vaardighedenlijst Onderzoeken en Ontwerpen' die als bijlagen zijn bijgevoegd. 7

8 Toelichting röntgenruimtepak:

9 Doeblad Isolatieproef Ik denk Ik test pannenlap hand papier keukenrol leer aluminiumfolie katoen watten noppenfolie bodywarmer 9

10 Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 1) Uit ESA ISS Education Kit

11 Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 2) Uit ESA ISS Education Kit 11

12 Doeblad Astronautkleding (Groep 1/2- blad 3) Uit ESA ISS Education Kit

13 Doeblad ruimtepak (Groep 3/4) 13

14 Ontwerp robotarm Kerndoelen: 33, 42, 44, 45 Doel: Met de leerlingen een robotarm ontwerpen; De leerlingen weten hoe een scharnierconstructie werkt; De leerlingen ervaren de werking van een scharnierconstructie; De leerlingen leren oplossingen bedenken voor een goede grijpconstructie; De leerlingen oefenen met het meten van afstanden; De leerlingen doen ervaring op met de ontwerpcyclus. Tijdsduur: Inleiding: 15 minuten Per ontwerpronde: ongeveer 45 minuten Nodig per leerling: minimaal 6 spatels of ijsstokjes, voorgeboord met 3 gaatjes, 2 in de uiteinden en 1 in het midden minimaal 7 splitpennen (voor elke 2 spatels verlenging, zijn 3 splitpennen nodig) schaar stevig papier met daarop de grijpers van het doeblad diverse materialen om nog meer grijpconstructies te ontwerpen, zoals melkpakken, flessendopjes, plastic potjes, karton,... Nodig in de klas: Parcours met objecten van verschillende gewichten die over een bepaalde afstand verplaatst moeten worden. Denk bijvoorbeeld aan een pingpongbal, een stuiterbal (kan de grijparm ook zwaardere voorwerpen vasthouden), een groter blok (kan de grijparm ook brede vormen oppakken) Meetlat Nodig voor de instructie: Een voorbeeld robotarm Eventueel de platen van de ontwerpcyclus, te printen via kleinkracht.nl => lesmaterialen.

15 Voorbereiding: Boor van te voren gaatjes in de spatels/ijsstokjes. Dat gaat sneller door 10 stokjes op elkaar te leggen en met plakband vast te maken, dan boor je 10 gaatjes tegelijk. Zelf gebruik ik een Dremel, het gaat ook prima met een handboor. Leerlingen uit hogere groepen vinden dit erg leuk om te doen! Spatels en een handboor zijn te bestellen bij Opitec. Spatels zijn vaak ook verkrijgbaar via de apotheek. Een handboor ook bij de breder gesorteerde bouwmarkten. Introductie van de ontwerpopdracht: Weten de leerlingen wat een robotarm is? Kunnen zij er voorbeelden van geven? Dit is de robotarm aan het ruimtestation ISS. Bron: en Leg uit dat we vandaag robotarmen gaan ontwerpen. Bespreek de ontwerpcyclus. Het gaat erom dat je iets bedenkt, test en weer verbetert. Juist het denken over verbeteringen is wat je vandaag wilt zien. Om het wat makkelijker te maken voor deze jonge leerlingen staat het eerste ontwerp van een grijparm al op het doeblad. Deze kan gemaakt en getest worden, daarna kunnen de leerlingen verbeteringen gaan bedenken. Voor jonge leerlingen: de doorgetrokken lijnen worden geknipt, de stippellijnen gevouwen. Ondersteunende filmpjes: Voor de kleintjes: liedje 'Ik ben een robot' van het Zandkasteel. Gaat over robots in zijn algemeen, niet speciaal over grijparmen. Filmpje van 3:30 min met beelden van de Canadarm (robotarm aan het ISS) is actie, met een muziekje eronder. Ingewikkeld maar ook indrukwekkend om te zien wat die arm allemaal kan doen. Filmpje van 1:30 min over robotarmen in een autofabriek. De tekst is veel te moeilijk, maar de beelden van alle robotarmen aan het werk zijn wel leuk. Gewoon zonder geluid afspelen en alleen kijken! Werkwijze Hang de ontwerpcyclus zichtbaar aan de muur. Hang telkens een pijl bij de fase waarin je bent. De eerste cyclus maak je de grijparm zoals die op het doeblad staat. De tweede cyclus laat je de kinderen verbeteringen bedenken en testen. Daarna hangt het af van de vorderingen van de leerlingen. Bekijk of er nog meer verbeteringen te bedenken zijn. Ook kun je de opdracht moeilijker maken door de afstand die overbrugd moet worden te vergroten, het voorwerp dat verplaatst moet worden te verzwaren. 15

16 Kunnen leerlingen een keten van robotarmen ontwerpen waarmee zij een blokje om de hoek aan elkaar door kunnen geven? Hoe verbeter je het overpakken? Achtergrondinfo leerkracht Canadarm 1 is een robotarm die aan de spaceshuttles heeft gezeten. Canadarm 2 zit aan het ruimtestation gemonteerd. Deze is ongeveer 17 meter lang, en wordt gebruikt om ladingen en astronauten in de ruimte te verplaatsen. Hij helpt bij het onderhoud aan het ISS en kan onbemande ruimtevaartuigen 'vangen'. Deze opdracht gaat echter in hoofdzaak niet om de werking van een robotarm, maar om de ontwerpcyclus. Er is een Vaardighedenlijst Onderzoeken en Ontwerpen ontwikkeld door de CEDgroep in opdracht van het Platform Bèta Techniek. Deze is bijgesloten.

17 Doeblad robotarm 17

18 Waslijn Onderzoeken & Ontwerpen Te downloaden via kleinkracht.nl => lesmaterialen Deze platen kunt u aan de muur hangen bij een onderzoeksopdracht of ontwerpopdracht. Tijdens het onderzoeken of ontwerpen staat het leerproces (goed onderzoeken of ontwerpen) centraal, niet het juiste antwoord! Beloon dit dan ook. Onderzoekscyclus Ontwerpcyclus O&O cyclus Onderzoek => Ontdekkingen => Uitvindingen => Ontwerp Onderzoekscyclus Onderzoekscyclus 1. Wat wil ik weten? - Onderzoeksvraag - Zorg voor een haalbare en meetbare vraag. Voorbeeld: Welke minicopter blijft langer in de lucht? Welke minicopter draait sneller? Welke minicopter legt een grotere afstand af? Dus niet: Welke minicopter draait beter? Wat bedoel je met beter? Hoe kan je dat meten, wat meet je dan? Onderzoekscyclus 2. Bedenk antwoorden - Hypothese - Wat denk je? Wat verwacht je? Wat zou het antwoord kunnen zijn? Bedenk mogelijke antwoorden op de onderzoeksvraag. Wetenschappers noemen dit de hypothese. Je komt op een goede hypothese door jezelf waarom en hoe vragen te stellen. Onderzoekscyclus 3. Bedenk proeven - Werkwijze / Onderzoeksvoorstel - Bedenk proefjes om jouw hypothese te testen. Schrijf op wat je gaat doen. Zo test ik dat. Onderzoekers schrijven precies op hoe ze hun proef uitvoeren. Een proef is pas echt wetenschappelijk, als andere onderzoekers het precies na kunnen doen. Wel: 'ik laat een balletje van 10 gram met een doorsnede van 2 cm van een hoogte van 1 m vallen in een bak zand. Niet: 'ik laat een balletje vallen Hoe schrijf je het op zodat een andere leerling precies zou weten wat hij moet doen? Proeven moeten wel eerlijk zijn, zie de tips: Onderzoekscyclus 4. Doe de proeven - Onderzoek en resultaten - Doe nu de proeven. Schrijf precies op wat je meet en/of ziet. Let op of er iets onverwachts gebeurt. Onderzoekers schrijven precies op wat ze meten en/of zien. Dat noemen ze de resultaten. Een proef is pas echt wetenschappelijk als andere onderzoekers die het nadoen dezelfde resultaten vinden. Herhalen om te checken of een resultaat geen toeval is. Kijk voor tips over verslaglegging: Onderzoekscyclus 5. Wat heb ik geleerd? - Nabespreking - Schrijf op wat je te weten bent gekomen. Dat noemen we de nabespreking. Een goede nabespreking bevat de volgende onderdelen: Welke hypotheses klopten en welke niet, en waarom? Welke problemen ben je tegengekomen en hoe heb je die opgelost? Welke ideeën heb je gekregen voor een vervolg onderzoek? Wat gebeurde er / wat zag je waardoor je dat idee kreeg?

19 Ontwerpcyclus 1. Wat wil ik maken? - Programma van eisen - 2. Bedenk een ontwerp - Ontwerpen - 3. Maak je ontwerp - Realiseren- Ontwerpcyclus Wat moet mijn ontwerp kunnen? Wat kan er mis gaan omzetten naar doelstelling Bijvoorbeeld: De brug moet minstens 10 speelgoedauto s van 50 gram kunnen dragen en moet een afstand van 50 cm overbruggen. Dus niet: De brug mag niet doorbuigen Hoe voorkom je dat? Wat wil je wèl bereiken, wanneer ben je tevreden? Ontwerpcyclus Maak tekeningen, denk aan voor, boven en zijaanzicht Denk goed na over verbindingen Maak een lijst van benodigde materialen met afmetingen en hoeveelheden Maak een lijst van benodigde gereedschappen Niet: Doe maar 1000 ijsstokjes, dan heb ik zeker genoeg Jij krijgt in het echt de opdracht om de brug te bouwen niet als je zo duur bent Hoeveel heb je er echt nodig, hoe kun je dat uitrekenen? Ontwerpcyclus Bouw je ontwerp volgens je plan. Schrijf in je logboek welke problemen je tegenkomt en hoe je die hebt opgelost. Niet: het werkt niet Waarom werkt het niet? Welk onderdeel werkt niet? Wat kun je bedenken om het wel te laten werken? 4. Test je ontwerp - Testen - 5. Verbeterideeën? - Evalueren - Ontwerpcyclus Probeer je ontwerp uit. Schrijf in je logboek welke problemen je tegenkomt en hoe je die op zou kunnen lossen. Kleine probleempjes kun je oplossen, grotere verwerk je in je nieuwe ontwerp. Denk aan: Wat is de oorzaak en wat kun je aanpassen Heb je extra of ander materiaal nodig? Kloppen je verbindingen en je constructie? Herzie je materiaallijst of tekeningen Kijk voor tips over verslaglegging: Ontwerpcyclus Schrijf op wat je te weten bent gekomen. Dat noemen we de evaluatie. Een goede evaluatie bevat de volgende onderdelen: Welke onderdelen uit je ontwerp werkten wel en welke niet, en waarom? Welke problemen ben je tegengekomen en hoe heb je die opgelost? Welke ideeën heb je gekregen voor verbeteringen? Wat gebeurde er / wat zag je waardoor je dat idee kreeg? Welke tips heb je voor anderen die deze opdracht gaan doen? Platen met tips Eerlijke proeven Verslaglegging - Hoe noteer en verwerk je resultaten - Slechts één variabele Houd een logboek bij: O&O cyclus Herhaalbaar: kan jouw klasgenoot met jouw beschrijving de proef precies hetzelfde uitvoeren zonder vragen te stellen? Voldoende herhalen om toeval uit te sluiten wanneer weet je het zeker? O&O cyclus Wat zie je Wat meet je Welke problemen heb je opgelost en hoe? Wees eerlijk (laat niks weg omdat het je niet uit komt) Maak grafieken en tabellen Open mind: probeer ook dingen te zien waar je zelf niet aan gedacht had Zoeken op internet - Internet Research- Zoeken op internet - Internet Research- Hoe beoordeel je een site? Zoek je een feit of een mening? Past de site waar je naar kijkt daarbij (is hij bedoelt om te informeren of te overtuigen)? Google & Wikipedia Valkuil overslaan sleutelbronnen (google komt niet bij betaalde wetenschappelijke tijdschriften - meest betrouwbare info) O&O cyclus Betrouwbaarheid is hoger als de site achtergrondinfo over de auteur(s) bevat geen spelfouten bevat Verwijst naar betrouwbare links Recent nog is bijgewerkt (let op data dus) Volledige informatie bevat / van meerdere kanten naar het onderwerp kijkt Bronvermeldingen of literatuurvermeldingen bevat O&O cyclus Leer zoekopdracht verfijnen om niet te verdwalen in info Werking wikipedia Verschil google en andere sites (kinderen vermelden vaak google als bron) Let op adresbalk Adres met ~ (tilde), members of users: vaak particuliere pagina's. Deze informatie kan evengoed betrouwbaar zijn, maar mag niet worden toegeschreven aan universiteit of organisatie. Opschrijven Houd goed bij welke zoektermen je gebruikt hebt, en welke websites je bezocht hebt! Deze waslijn is een groeidocument. Mail verbetertips naar karin@kleinkracht.nl. 19

20 Vaardighedenlijst Onderzoeken & Ontwerpen