Hoogvliegers Bouw een zweefvliegtuig Luchtvaarttechniek Krachten Lessenserie voor groep 5 8

Transcriptie

1 Hoogvliegers Bouw een zweefvliegtuig Luchtvaarttechniek Krachten Lessenserie voor groep 5 8

2 2

3 Inleiding Deze lessenserie is één van verschillende ENGINEER lessenseries voor het primair onderwijs. Techniek en technologie staat centraal; het toepassen van wetenschappelijke en praktische kennis om constructies, machines, apparaten, systemen, materialen en processen te ontwerpen, bouwen en onderhouden. In elke lessenserie wordt een onderwerp wetenschappelijk en een technisch onderwerp behandeld. De leerlingen werken naar een uitdaging toe. De lessenseries zijn zo ontwikkeld dat ze een brede groep leerlingen aanspreken. Ook worden stereotypen die betrekking hebben op techniek en technologie uit gedaagd en wordt getracht de participatie van zowel jongens als meisjes in te wetenschap en techniek te versterken. De benodigde materialen zijn goedkoop en makkelijk te verkrijgen. Het materiaal is gebaseerd op het succesvolle Engineering is Elementary programma van het Science museum in Boston. De didactiek In de lessenseries wordt uitgegaan van ontwerpend leren. Hierbij staat de ontwerpcyclus centraal: verken, bedenk, plan, maak en verbeter. Het benadrukken van de ontwerpcyclus helpt leerkrachten om bij leerlingen het stellen van vragen en de creativiteit te bevorderen. Ook geeft het ruimte aan de leerlingen om hun probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen, waaronder het testen van alternatieve opties, het interpreteren van resultaten en het evalueren van hun oplossingen. De opdrachten en de uitdaging hebben waar mogelijk een open einde. Slechts één mogelijkheid tot een goed antwoord is zoveel mogelijk vermeden om zo de oplossingen en ideeën van de leerlingen zo goed mogelijk tot hun recht te laten komen en de motivatie van de leerlingen hoog te houden. Een belangrijk doel van de lessenseries is om de leerlingen te ondersteunen in het leren van samenwerken en effectief communiceren. Organisatie van de lessenseries Elke lessenserie begint met les 0, een voorbereidende les die op alle lessenseries van toepassing is. Les 1 introduceert de context en het probleem en geeft daarmee de basis voor de volgende lessen; les 2 richt zich op de kennis die de leerlingen nodig hebben om het probleem op te lossen; in les 3 ontwerpen en maken de leerlingen hun oplossing. Tenslotte evalueren de leerlingen hun product in les 4, waarop zij vervolgens deze presenteren en discussiëren wat ze gedaan hebben. Elke lessenserie is uniek, de lessenseries variëren in tijdsduur en het benodigde wetenschappelijke begrip. Leerkrachten ondersteuning Elke lesbeschrijving bevat suggesties en tips voor ontwerpend en onderzoekend leren, de organisatie in de klas, voorbereiding en bevat kopieerbare werkbladen met antwoorden. 3

4 Inleiding... 3 Overzicht lessenserie Hoogvliegers... 5 Benodigdheden... 7 Les 0 Techniek en envelop Introductie groepjes/klassikaal 10 minuten Wat is een envelop? groepjes/klassikaal 10 minuten Welke envelop is geschikt? groepjes/klassikaal 15 minuten Theezakje klassikaal 10 minuten Afsluiting klassikaal 10 minuten Les 1 Wat is het probleem? Inleiding hoe lossen ingenieurs en technici problemen op? klassikaal 10 minuten Wat is de uitdaging? klassikaal/teams 10 minuten Wat moeten we weten? VERKEN teams/klassikaal 10 minuten Wat is een zweefvliegtuig? VERKEN teams/ werkblad 15 minuten Afsluiting klassikaal 5 minuten Les 2 Wat moeten we weten? Inleiding touwtrekken demonstratie/klassikaal 5 minuten Krachten die inwerken op een zweefvliegtuig klassikaal 10 minuten Van het verleden leren klassikaal/teams 5 minuten Veranderen stijfheid door veranderen vorm onderzoek in teams 10 minuten Materialen kiezen onderzoek in teams/werkblad 15 minuten Afsluiting klassikaal 5 minuten Les 3 We gaan bouwen! Inleidende activiteit criteria klassikaal 5 minuten Lanceerplatform demonstratie 5 minuten Bouwen romp en ontwerpen vleugels klassikaal/teams 5 minuten Ontwerpen van de vleugels klassikaal/teams/werkblad 10 minuten Bouwen en testen teams 45 minuten Afsluiting, evaluatie van de zweefvliegtuigen klassikaal 10 tot 25 minuten Les 4 Hoe ging het? Inleiding evaluatie van de zweefvliegtuigen klassikaal 25 minuten Terugkijken op prestaties klassikaal/teams 10 minuten Ontwerpcyclus activiteit teams/werkblad/klassikaal 10 minuten Naar anderen communiceren teams/individueel/werkblad 20 minuten Afsluiting klassikaal 10 minuten Ontwerpcyclus Verhaal om context te creëren Werkbladen en antwoorden Werkblad 1 Les 0 Techniek? Antwoordblad Werkblad 1 Les 0 Techniek? Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig Antwoordblad Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig Werkblad 3 Les 2 Vorm veranderen, stevigheid veranderen Werkblad 4 Les 2 Materialen uitzoeken Uitleg: het lanceerplatform maken Romp sjabloon Uitleg: de romp van het zweefvliegtuig maken Uitleg: in evenwicht blijven Uitleg: testgebied Achtergrondinformatie over krachten en luchtvaarttechniek Partners

5 Overzicht lessenserie Hoogvliegers Tijdsduur: 5 6 uur ( minuten) Doelgroep: groep 5 8 Beschrijving: in deze lessenserie verkennen en onderzoeken leerlingen de krachten die op een zweefvliegtuig werken door het doen van een uitdaging. Namelijk ontwerp en maak een zweefvliegtuig dat 3 meter in een rechte lijn kan vliegen. De leerlingen werken in teams en onderzoeken de beschikbare materialen vervolgens ontwerpen, maken, testen en verbeteren ze hun zweefvliegtuig. Natuur en techniek: deze lessenserie gaat over krachten die op een zweefvliegtuig inwerken en het introduceert het werkveld van de luchtvaart techniek. Lesdoelen, in deze lessenserie leren de leerlingen dat: technici en ingenieurs problemen oplossen met behulp van de vijf stappen van de ontwerpcyclus: verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter; het niet verkeerd of fout is als een eerste ontwerp niet werkt, testen, evalueren en verbeteren zijn stappen in de ontwerpcyclus; er twee belangrijke krachten op een zweefvliegtuig werken; gewicht een door de zwaartekracht veroorzaakte neerwaartse kracht en lift een stijgkracht veroorzaakt door de vleugels van een voorwaarts bewegend zweefvliegtuig; je de eigenschappen van de materialen moet kennen om een effectief zweefvliegtuig te maken. De lessen in deze serie zijn: Les 0 maakt de leerlingen bewust van het feit dat techniek en technologie op een niet altijd even zichtbare manier een bijdrage levert aan ons dagelijks leven. In les 1 worden het probleem, de context en de ontwerpcyclus geïntroduceerd. In les 2 leidt de verken stap van de ontwerpcyclus tot materiaalonderzoek en een onderzoek naar de krachten die op een zweefvliegtuig inwerken. In les 3 passen de leerlingen de ontwerpcyclus toe bij het aangaan van de uitdaging. De uitdaging is om een zelf ontworpen en gemaakt zweefvliegtuig 3 meter in een rechte lijn te laten vliegen. Om het zweefvliegtuig te bouwen zijn alledaagse materialen beschikbaar. In les 4 is het tijd om het proces van het ontwerpen en bouwen van het zweefvliegtuig te evalueren. Ook is dit het moment voor de leerlingen om hun zweefvliegtuig te presenteren en te demonstreren of ze aan alle criteria hebben voldaan en welke verbeteringen ze hebben toegepast. 5

6 6

7 Benodigdheden Lijst met alle benodigde materialen en de hoeveelheden voor 30 leerlingen. Materiaal Total Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 Les 4 Post its 1 blokje 1 blokje 5 Sets van 5 soorten enveloppen verschillend in grootte, dikte, 5 sets (in totaal 25) 5 sets (in totaal 250) materiaal 5 Envelopachtige voorwerpen (bv: suikerzakje, per stuk verpakt natte doekjes, per stuk verpakte wondgaasjes, koker, dvd doosje, tandestoker envelopje) Sets van 2 verschillende voorwerpen (bv: punaise, spijker, dvd, kwetsbaar sieraaad, foto, kerstbal) 5 sets (10 dingen) 5 sets (10 dingen) Theezakje Lanceerplatform gemaakt van karton (+/ 1 mm dik) en elastiek 30 (1 per tweetal + reserve) 30 Romp sjabloon, A4 120 grams papier (zie bijlagen) A4 Papier 120 grams 7

8 A4 Papier 80 grams Schilderstape 200 gram (ongeveer) 200 gram (ongeveer) 200 gram (ongeveer) Boetseerklei Rietjes (één soort is voldoende, geen buigrietjes) Overtrek papier Krant Dunne afwasdoekjes Paperclips 8

9 1 1 Meetlint/centimeter of meetwiel Lijmstift IJslolly en/of satéstokje 1 1 Touwtrek touw Plakband 1 9

10 10

11 Les 0 Techniek en envelop Wat is techniek? Tijdsduur: 55 minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen dat: technici en ingenieurs problemen oplossen met behulp van een range aan technologieën; de meest geschikte techniek om een probleem op te lossen, afhangt van de context en de beschikbare materialen; voorwerpen ontworpen zijn met een doel; ze lossen een bepaald probleem op of voorzien in een specifieke behoefte; zowel mannen als vrouwen technici en ingenieurs kunnen zijn. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 1 pak post its 5 x Werkblad 1 les 0 Techniek? 5 sets van 5 verschillende soorten enveloppen, bijvoorbeeld o bubbeltjes envelop groot en klein o stevige envelop groot en klein o gewone envelop 5 envelopachtige voorwerpen bijvoorbeeld: Voorbereiding Verzamel de enveloppen en voorwerpen. Print voor elk groepje een exemplaar van Werkblad 1 Les o Techniek? (optioneel). o o o o o o suikerzakje per stuk verpakte natte doekjes per stuk verpakte wondgaasjes koker dvd doosje tandenstoker envelopje 5 sets van 2 verschillende voorwerpen Werkvormen groepjes klassikaal Context en achtergrond Deze les is hetzelfde voor alle lessenseries en is bedoeld om leerlingen bewust te maken van techniek en na te laten denken over techniek. Ook stereotypen beelden van technici en ingenieurs met name over gender worden behandeld. Het doel is dat de leerlingen begrijpen dat voorwerpen ontworpen zijn met een doel; ze lossen een bepaald probleem op of voorzien in een specifieke behoefte. Techniek en technologie hebben betrekking op ieder voorwerp, systeem of proces dat is ontworpen en aangepast voor een specifiek probleem. De les is ook bedoeld om waardeoordelen van 'high tech' versus 'low tech' te voorkomen. Het gaat om de juiste technologie voor een bepaald probleem afhankelijk van de context en de beschikbare materialen. In deze les bekijken en onderzoeken de leerlingen enveloppen en envelopachtige voorwerpen als vormen van techniek. 11

12 0.1 Introductie groepjes/klassikaal 10 minuten In deze les werken de leerlingen in groepjes. Geef elk groepje een stapeltje post its. Vraag de leerlingen alle dingen te bespreken die ze associëren met de term techniek. Elke leerling schrijft één idee op een post it. Nodig daarna elk groepje uit hun post its op een groot vel te plakken en hun keuze kort toe te lichten. Het vel met alle post its komt aan het eind van de les terug. Tip dit deel van de les kan uitgebreid worden door enerzijds foto s te laten zien van stereotype beelden van techniek en anderzijds onalledaagse voorbeelden van techniek. Vraag de leerlingen vervolgens de foto s bij elkaar te leggen die ze wel en niet met techniek associëren. Werkblad 1 Les 0 kan hierbij gebruikt worden. 0.2 Wat is een envelop? groepjes/klassikaal 10 minuten Geef ieder groepje een set enveloppen en een envelopachtig voorwerp laat ze deze onderzoeken. Het doel van dit lesonderdeel is de leerlingen te laten discussiëren over wat ze onder een envelop verstaan. Mogelijke vragen: Zijn dit enveloppen? Waarom wel/niet? Wat is een envelop? Bespreek hun gedachtes en meningen klassikaal. Tip spoor de leerlingen aan om te discussiëren over wat eigenlijk onder een envelop kan worden verstaan. Is het iets dat beschermt, op zijn plek houdt, bedekt of verbergt of nog iets anders? 0.3 Welke envelop is geschikt? groepjes/klassikaal 15 minuten Geef elk groepje een set enveloppen en twee voorwerpen. Vraag ze de enveloppen te kiezen die ze het meest geschikt vinden voor de voorwerpen. Laat elk groepje hun ideeën aan de klas vertellen. Leidt het gesprek bespreek de diverse technologieën die voor de betreffende envelop gebruikt zijn; materialen, sluitingen en functie. Mogelijke vragen: Is dit de meest ideale envelop voor het voorwerp? Denk aan vorm, materiaal, gewicht enz. Van welk materiaal is de envelop gemaakt? 12

13 Is dit materiaal het meest geschikt? Voor welke verschillende voorwerpen kan de envelop gebruikt worden? Waarom ziet de envelop eruit zoals die eruit ziet? Concludeer dat alles is ontworpen voor een bepaalde functie. Bij het ontwerpen en bedenken is hiermee rekening gehouden. Is dit het enige waarmee rekening is gehouden? Nee, geld, tijd, gewicht e.d. spelen ook een rol. Tip mogelijke voorwerpen: foto die niet gebogen mag worden, een delicaat sieraad, een dvd, schaar. U kunt de voorwerpen aanpassen aan wat aansluit bij uw leerlingen of bij een project in de klas. 0.4 Theezakje klassikaal 10 minuten Pak het theezakje, een alledaags voorwerp en geen ingewikkelde technologie. Toch is hier heel goed over nagedacht. Bespreek met de klas waarom het theezakje eruit ziet zoals het eruit ziet. De thee zit vaak nog in een ander papieren zakje. Waarschijnlijk zodat de thee er niet snel uitvalt (bescherming) maar je kunt er ook aan zien welke smaak de thee heeft. Het zakje is niet met lijm dichtgemaakt. Waarschijnlijk omdat dat niet goed voor je is, het zakje zit vast met kleine gaatjes in het papier. Op deze manier is het licht. Het papier is dun, dus goedkoper in materiaal en vervoerskosten, maar niet zo dun dat het te snel scheurt. Het daadwerkelijke theezakje is gemaakt van papier met hele kleine gaatjes zodat de smaak en kleur erdoor kan, maar niet de theeblaadjes. Het daadwerkelijke theezakje is groot genoeg dat er thee in kan voor één kopje thee en dat de blaadjes kunnen zwellen. Enzovoort. Over zo iets simples als een theezakje is heel goed nagedacht. Ook bij het ontwikkelen van een theezakje is de ontwerpcyclus gebruikt. 0.5 Afsluiting klassikaal 10 minuten Kom terug op de verzameling post its. Denken de leerlingen nu anders over techniek? Techniek is alles dat door mensen gemaakt is met als doel een probleem op te lossen of een behoefte te vervullen. Benadruk hierbij dat niet hoge of lage techniek belangrijk zijn, maar de juiste techniek en technologie. Ingenieurs moeten zowel met de functie als met de materialen rekening houden. Benadruk dat daarnaast de meeste dingen die mensen gebruiken, gemaakt zijn voor een bepaald doel en dat ingenieurs verschillende vaardigheden gebruiken om oplossingen te vinden voor vraagstukken en problemen. Tip het is niet nodig dat de leerlingen een definitie leren van wat techniek is, het is belangrijker dat ze het beeld hebben dat techniek niet alleen een tablet, computer of huiskraan is maar ook een tandenborstel, haarclipje en een potlood. 13

14 14

15 Les 1 Wat is het probleem? Achter de uitdaging komen Tijdsduur: 50 minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen dat: technici en ingenieurs problemen oplossen met behulp van de vijf stappen van de ontwerpcyclus: verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter; mensen die aan voorwerpen werken die door de lucht vliegen, luchtvaartingenieurs genoemd worden; zweefvliegtuigen vliegtuigen zijn zonder motor en dus een andere kracht nodig hebben om voorwaarts te bewegen en omhoog de lucht in te gaan. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) Beamer met PowerPoint presentatie of een uitgeprinte versie Afbeelding van de ontwerpcyclus (in de PowerPoint en de bijlagen) YouTube filmpjes van zweefvliegtuigen die gelanceerd worden en toegang tot internet Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig 1 per leerling (optioneel) Voorbereiding Controleer de presentatie, pas in de mail van Eva en Tim de naam van de klas aan. Zet de YouTube filmpjes klaar. Of bekijk zelf eerst de filmpjes, zodat u de startmethodes in de klas kunt uitleggen. Print voor elke leerling een exemplaar van Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig uit (optioneel). Werkvormen klassikaal in teams/tweetallen werkblad Belangrijkste punt van deze les De vijf stappen van de ontwerpcyclus zijn verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter. Deze stappen kunnen op elk probleem toegepast worden. In de verken stap vinden leerlingen uit wat ze moeten weten om de uitdaging of het probleem op te lossen. Context en achtergrond In deze lessenserie krijgen de leerlingen een uitdaging van twee kinderen, die willen weten hoe ze een zweefvliegtuig kunnen ontwerpen en bouwen met behulp van alledaagse materialen. Ze willen het zweefvliegtuig op en neer laten vliegen tussen hun slaapkamerramen, dus het zweefvliegtuig moet 3 meter in een rechte lijn kunnen vliegen. De leerlingen volgen de stappen in de ontwerpcyclus om de uitdaging tot een goed einde te brengen. De eerste stap is de verken stap, waarin de leerlingen vaststellen wat ze over het onderwerp moeten weten om hun uitdaging succesvol af te ronden. 15

16 1.1 Inleiding hoe lossen ingenieurs en technici problemen op? klassikaal 10 minuten Voer met de klas een gesprek over de ontwerpcyclus. Als u wilt, kunt u daarbij het onderstaand scenario als leidraad gebruiken. U kunt de leerlingen hun antwoorden eerst in tweetallen laten bespreken. Noteer de antwoorden van de leerlingen en groepeer ze volgens de stappen van de ontwerpcyclus: verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter. Wat doet een ingenieur? Wat doet een technici? Wat zou een ingenieur moeten doen om een bepaald probleem op te lossen, bijvoorbeeld een manier vinden om auto s een rivier over te laten steken? Vragen om de leerlingen aan te moedigen over de verken stap na te denken: Wat zou een ingenieur moeten doen voordat de brug gebouwd wordt? Wat zou een ingenieur als eerste moeten doen als hij bij de rivier gaat kijken? Vragen om de leerlingen aan te moedigen over de verbeter stap na te denken: Hoe weet een ingenieur dat de brug goed functioneert? Wat zou een ingenieur moeten doen als de brug niet goed functioneert? Tip leerlingen vinden het meestal makkelijker dingen te verzinnen die met bedenk, ontwerp en maak te maken hebben, maar denken niet automatisch aan verken en verbeter. Laat de leerlingen de afbeelding van de ontwerpcyclus zien en bespreek deze. Je hoeft niet altijd de precieze volgorde van de ontwerpcyclus aan te houden, ook ingenieurs en technici gaan terug naar een eerdere stap en beginnen daar opnieuw om datgene wat ze gedaan hebben te verbeteren. 1.2 Wat is de uitdaging? klassikaal/teams 10 minuten Lees de e mail van Eva en Tim voor aan en laat de afbeelding van de huizen en slaapkamerramen zien. Wat zijn andere manieren waarop Eva en Tim elkaar via hun slaapkamerraam berichten (en cadeautjes) kunnen sturen? Laat de leerlingen antwoorden, mogelijke antwoorden: met een katrolsysteem of in morseschrift. Herinner de leerlingen eraan dat Eva en Tim aan hen gevraagd hebben hoe ze een zweefvliegtuig kunnen maken. Met deze uitdaging gaan ze als luchtvaartingenieurs aan de slag. Luchtvaartingenieurs werken aan uitdagingen die te maken hebben met voorwerpen die vliegen. Laat de leerlingen in teams (bijvoorkeur tweetallen) een lijst te maken met dingen die hun zweefvliegtuig moet kunnen doen om de uitdaging van Eva en Tim op te lossen. Noteer hetgeen de leerlingen bedenken, zodat ze daar in les 3 naar terug kunnen verwijzen. De criteria zijn: het zweefvliegtuigje moet minstens 3 meter kunnen vliegen (om het andere huis te bereiken); het zweefvliegtuigje moet recht kunnen vliegen (om het andere raam binnen te kunnen vliegen); het zweefvliegtuigje moet van alledaagse materialen gebouwd worden (zodat Eva en Tim het zelf kunnen maken); 16

17 indien mogelijk moet het zweefvliegtuig 10 gram extra kunnen dragen (voor cadeautjes). 1.3 Wat moeten we weten? VERKEN teams/klassikaal 10 minuten Vraag elk team om drie dingen te bedenken die ze moeten weten voordat ze een zweefvliegtuig kunnen bouwen. Laat ze hier even over nadenken en bespreek dit dan klassikaal. Schrijf de antwoorden op. Voorbeeldvragen: Wat is een zweefvliegtuig? Uit welke onderdelen bestaat een zweefvliegtuig en waarvoor dienen ze? Hoe en waarom vliegen zweefvliegtuigen? Wat is een goed/slecht zweefvliegtuig? Wat zijn de beste materialen om een zweefvliegtuig mee te bouwen? De leerlingen gaan op vragen zelf de antwoorden zoeken in de komende lessen. Vraag de leerlingen met welke stap van de ontwerpcyclus ze denken bezig te zijn. 1.4 Wat is een zweefvliegtuig? VERKEN teams/ werkblad 15 minuten Laat de leerlingen foto s van vliegtuigen en zweefvliegtuigen zien (PowerPoint). Vraag ze in teams de volgende vragen te bespreken voordat ze hun antwoorden met de rest van de klas delen. Welke verschillen tussen een vliegtuig en een zweefvliegtuig kun je ontdekken? Hoe denk je dat zweefvliegtuigen opstijgen? Er zijn meerdere manieren om een zweefvliegtuig op te laten stijgen maar het belangrijkste is dat een zweefvliegtuig geen motor heeft. Er zijn drie manieren om een zweefvliegtuig te lanceren: een lierstart, een sleepstart en een bungeestart. Laat, indien mogelijk, de filmpjes zien van de verschillende startmethodes, of leg ze aan de leerlingen uit. Tip filmpjes van zweefvliegtuigen laten zien werkt heel goed als onderdeel van deze les, maar het vereist wel enige voorbereiding. Op YouTube en andere, vergelijkbare sites vindt u meerdere filmpjes van startmethodes voor zweefvliegtuigen. Termen als zweefvliegtuig, start en sleep (lier/bungee) leveren meestal diverse goede zoekresultaten op. Huidige YouTube filmpjes ( ) Lierstart: Sleepstart: Bungeestart: Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig kan gebruikt worden om de leerlingen bekend te laten raken met de namen en functies van de verschillende onderdelen van het zweefvliegtuig. Meer gevorderde leerlingen kunt u alleen de afbeelding van het zweefvliegtuig geven, zodat ze bij elk onderdeel de naam kunnen schrijven en zelf omschrijvingen voor de diverse onderdelen kunnen maken. 17

18 Tip het kan handig zijn een woordenlijst te maken en die tijdens deze lessenserie op een duidelijk zichtbare plaats neer te leggen. 1.5 Afsluiting klassikaal 5 minuten Ga na of de leerlingen alles begrepen hebben met betrekking tot de leerresultaten van deze les. Vragen die een gesprek op gang kunnen brengen: Waarom gebruiken ingenieurs en technici de ontwerpcyclus? Wat zijn de stappen van de ontwerpcyclus en wat houden ze in? Kun je wat voorbeelden geven van wat een luchtvaartingenieur doet? Kun je de verschillen tussen een vliegtuig en een zweefvliegtuig noemen? In de volgende les komen de leerlingen meer te weten over hoe zweefvliegtuigen vliegen en welke materialen geschikt zijn om de verschillende onderdelen van het vliegtuig te maken. 18

19 Les 2 Wat moeten we weten? Vliegkrachten en materialen voor de zweefvliegtuigen Tijdsduur: 50 minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen dat: als twee krachten op een voorwerp (in dit geval een zweefvliegtuig) inwerken, het voorwerp zich in de richting van de grootste kracht beweegt; er twee belangrijke krachten op een zweefvliegtuig werken; gewicht: een door de zwaartekracht veroorzaakte, neerwaartse kracht, en lift: een stijgkracht veroorzaakt door de vleugels van een voorwaarts bewegend zweefvliegtuig; verschillende materialen geschikt zijn voor verschillende onderdelen van het zweefvliegtuig, maar dat de materiaaleigenschappen, zoals stijfheid, kunnen veranderen als de vorm van het materiaal verandert. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) PowerPoint presentatie of geprinte versie touw voor touwtrekken papieren vliegtuigje 15 x Werkblad 3 Les 2 Vorm veranderen, stevigheid veranderen (1 per tweetal) 15 x Werkblad 4 Les 2 Materialen uitzoeken (1 per tweetal) 75 vel A4 papier, 80 grams (5 per tweetal) 15 scharen Voorbereiding Zet de PowerPoint presentatie klaar of print deze uit. Vouw een voorbeeld papieren vliegtuigje Verzamel de benodigde materialen voor het onderzoek van activiteit 2.5 (zelfde als in les 3, één exemplaar van alles, om te voorkomen dat de leerlingen al meteen gaan bouwen en het materiaal onderzoek over slaan). plakband 15 vel A4 papier, 120 grams (1 per tweetal) boetseerklei 15 rietjes (1 per tweetal) 15 vel overtrekpapier (1 per tweetal) ± 2 kranten 15 dunne afwasdoekjes (1 per tweetal) 15 paperclips 15 ijslolly stokjes/ satéstokjes (1 per tweetal) Print Werkblad 3 Les 2 Vorm veranderen, stevigheid veranderen en Werkblad 4 Les 2 Materialen uitzoeken uit (1 per tweetal). Werkvormen demonstratie klassikaal teams/tweetallen Belangrijkste punten van deze les De beweging van een zweefvliegtuig is het gevolg van alle krachten die op het vliegtuig inwerken, met name gewicht en lift. Een goed evenwicht tussen deze twee krachten is nodig om het zweefvliegtuig in een rechte lijn te laten vliegen. Zweefvliegtuigen moeten licht zijn (om de neerwaartse kracht van gewicht te verminderen), maar ook stijf genoeg om hun vorm te behouden. Context en achtergrond In de verken stap van de ontwerpcyclus verkennen de leerlingen de krachten die inwerken op een vliegend zweefvliegtuig en onderzoeken ze de eigenschappen van een aantal alledaagse materialen die in les 3 gebruikt kunnen worden om een goed werkend zweefvliegtuig te bouwen. 19

20 2.1 Inleiding touwtrekken demonstratie/klassikaal 5 minuten Herinner uw leerlingen aan de verken stap van de ontwerpcyclus. Hoe en waarom vliegen zweefvliegtuigen? Om deze vraag te beantwoorden moeten we meer begrip hebben van krachten. Vraag een leerling om samen met u vooraan in de klas een touwtrek wedstrijdje te doen, zodat de volgende vragen beantwoord worden: Wat gebeurt er als ik harder trek dan de leerling? Wat gebeurt er als de leerling harder trekt dan ik? Wat gebeurt er als we allebei even hard trekken? Gebruik deze demonstratie om ervoor te zorgen dat de leerlingen begrijpen dat het touw in de richting van de grootste kracht beweegt en dat krachten die in tegengestelde richting werken, elkaar opheffen. 2.2 Krachten die inwerken op een zweefvliegtuig klassikaal 10 minuten Laat de leerlingen een papieren vliegtuigje zien en stel de volgende vragen: Waarom is dit een voorbeeld van een zweefvliegtuig? Wat gebeurt er als je het zweefvliegtuig loslaat, zonder het te gooien? Door welke kracht vallen dingen naar beneden als er niets is wat ze in de lucht houdt? Hoe noemen we de opwaartse kracht die een zweefvliegtuig helpt vliegen? Lift Welk onderdeel van het zweefvliegtuig is hiervoor belangrijk? Vleugel Wat moet ik doen om het zweefvliegtuig door de lucht te laten vliegen? Informatie over de krachten die op een zweefvliegtuig werken De door zwaartekracht voortgebrachte, neerwaartse kracht heet gewicht. Hoeveel gewichtskracht er op een voorwerp werkt, hangt af van de zwaartekracht en massa. Massa is een maateenheid voor de hoeveelheid materie in een voorwerp, uitgedrukt in kilogrammen. Als we de term gewicht in het dagelijkse leven gebruiken, bedoelen we eigenlijk massa. Als je iets wilt laten vliegen, zoals een zweefvliegtuig, moet je het zo licht mogelijk maken, zodat de neerwaartse kracht zo klein mogelijk blijft. Dit is een belangrijk principe voor een luchtvaartingenieur. Wetenschappers en ingenieurs noemen elke opwaartse kracht lift. Vleugels kunnen het zweefvliegtuig alleen helpen met opstijgen als het vliegtuig snel genoeg voorwaarts beweegt. De beweging van lucht over de vleugels van het vliegtuig is belangrijk om lift te veroorzaken. Een zweefvliegtuig kan alleen in een rechte lijn vliegen als de krachten van gewicht en lift op het zweefvliegtuig in balans zijn. 2.3 Van het verleden leren klassikaal/teams 5 minuten Laat de leerlingen de afbeelding van een ouderwets vliegtuig zien (PowerPoint) en vraag ze naar de constructie van de vleugels te kijken. Een houten frame/geraamte bedekt met stof of oliepapier. Stel de leerlingen de volgende vragen en koppel hun antwoorden aan de vliegkrachten en aan het feit dat een zweefvliegtuig in een rechte lijn moet vliegen. 20

21 Waarom zijn de vleugels gemaakt van een mix van hout en stof/papier? Dit is licht materiaal. Waarom is een licht vliegtuig beter? Hoe minder gewicht hoe kleiner de zwaartekracht. Waarom zijn er zowel bekleding voor de vleugels als het frame nodig? Anders kan er geen lift ontstaan en valt het vliegtuig naar beneden. Welke eigenschappen moet het materiaal van de bekleding hebben? Het moet licht zijn maar ook stevig genoeg. Het is belangrijk dat de leerlingen bij het kiezen van de materialen voor de vleugels van hun zweefvliegtuig begrijpen dat zowel het frame als de bekleding zo licht mogelijk moeten zijn, maar dat het frame tegelijkertijd sterk genoeg zijn om zichzelf én de bekleding te dragen. 2.4 Veranderen stijfheid door veranderen vorm onderzoek in teams 10 minuten De leerlingen onderzoeken of door het veranderen van de vorm de stijfheid verandert. Ze volgen de instructies van Werkblad 3 Les 2 Vorm veranderen, stevigheid veranderen en schrijven hun bevindingen op. Bespreek met de leerlingen wat ze hebben waargenomen. Welke vormen zijn stijf genoeg om hun vorm te behouden en zonder hulp rechtop te staan? Hoe denken ze deze kennis te kunnen gebruiken om ze te helpen bij het bouwen van hun zweefvliegtuig? 2.5 Materialen kiezen onderzoek in teams/werkblad 15 minuten Laat de leerlingen de materialen die ze voor de bouw van hun zweefvliegtuig kunnen gebruiken, onderzoeken. Geef hiervoor aan elk team één exemplaar van alle beschikbare materialen. Welke materialen zijn geschikt voor het frame? Welke materialen zijn geschikt voor de bekleding van de vleugels? Welke materialen zijn geschikt voor het aan elkaar vastmaken van de verschillende onderdelen? Ze noteren dit op Werkblad 4 Les 2 Materialen uitzoeken. Tip wellicht moet u de leerlingen eraan herinneren dat sommige materialen sterker kunnen worden gemaakt door simpelweg de vorm te veranderen. Papier kan bijvoorbeeld voor het frame gebruikt worden, maar ook als bekleding voor de vleugels. Het is belangrijk dat de materialen die de leerlingen in les 2 uitgekozen hebben, dezelfde zijn die ze in les 3 tot hun beschikking hebben om het zweefvliegtuig mee te maken. De hiergenoemde materialen zijn suggesties, de materialen zijn te vervangen door andere, vergelijkbare materialen. 2.6 Afsluiting klassikaal 5 minuten Vraag de leerlingen wat ze geleerd hebben over de krachten die op een zweefvliegtuig inwerken. In welke richting beweegt het zweefvliegtuig zich als de neerwaartse kracht groter is dan de opwaartse lift kracht? 21

22 In welke richting beweegt het zweefvliegtuig zich op als de opwaartse lift kracht groter is dan de neerwaartse kracht? Vraag de leerlingen wat ze geleerd hebben over de verschillende materialen en welke materialen ze kunnen gebruiken voor de vleugels van hun zweefvliegtuig. Laat ze hun keuzes onderbouwen. In de volgende les gaan de leerlingen een zweefvliegtuig maken met de materialen die ze getest hebben. Het zweefvliegtuig moet 3 meter in een rechte lijn kunnen vliegen (en eventueel 10 gram aan massa kunnen dragen). 22

23 Les 3 We gaan bouwen! Ontwerp en bouw je eigen zweefvliegtuig Tijdsduur: minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen: hoe ze hun kennis (van de verken stap) kunnen toepassen op de stappen van de ontwerpcyclus (bedenk, ontwerp en maak) voor het ontwerpen en bouwen van hun zweefvliegtuig; hoe ze hun zweefvliegtuigen kunnen testen en de verbeter stap van de ontwerpcyclus kunnen gebruiken om een zweefvliegtuig te maken dat 3 meter in een rechte lijn kan vliegen; dat het testen en dit te herhalen een belangrijk onderdeel is van de ontwerpcyclus. Slechts weinig ideeën werken meteen de eerste keer perfect. Uitvinden wat er verbeterd kan worden, is voor ingenieurs en technici dé manier om te leren. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 30 rompsjablonen op 120 grams A4 papier (1 per tweetal en reserves) 4 lanceerplatforms 15 x Werkblad 5 Les 3 Het ontwerp van ons zweefvliegtuig 1 meetlint of meetwiel Bijlage Uitleg: in evenwicht blijven (bijlagen en PowerPoint) 15 scharen (1 per tweetal) 8 lijmstiften (1 per 2 tweetallen ± 30 vel A4 papier, 80 grams (2 per tweetal) ± 30 vel A4 papier, 120 grams (2 per tweetal) 5 rollen schilderstape (1 per 3 tweetallen) boetseerklei (ongeveer 200 gram) ± 100 rietjes (6 per tweetal) ± 30 vel overtrekpapier (2 per tweetal) ± 2 kranten ± 30 dunne afwasdoekjes (2 per tweetal) ± 100 paperclips ± 60 ijslolly stokjes/satéprikkers (4 per tweetal) Voorbereiding Maak ten minste 4 lanceerplatforms (zie bijlage en PowerPoint). Maak een testgebied voor het testen van de zweefvliegtuigen (zie Uitleg: testgebied in de bijlage) Print 30 romp sjablonen op A4, 120 grams (slabloon in apart document). Print de werkbladen. Werkwijze klassikaal demonstratie teams/tweetallen werkblad Belangrijkste punt van deze les De ontwerpcyclus en hoe deze in de praktijk werkt. Context en achtergrond In deze les lopen de leerlingen de bedenk, ontwerp, maak en verbeter stappen van de ontwerpcyclus door. Deze les stelt ze in staat de kennis toe te passen die ze in les 1 en 2 hebben opgedaan. Deze kennis helpt ze een zweefvliegtuig te bouwen dat 3 meter in een rechte lijn kan vliegen. Ze leren dat het herhalen van tests en aanpassingen vaak noodzakelijke onderdelen van de verbeter stap zijn. 23

24 3.1 Inleidende activiteit criteria klassikaal 5 minuten Neem nogmaals met de leerlingen de uitdaging van Eva en Tim door en de criteria waaraan het zweefvliegtuig moet voldoen. het zweefvliegtuigje moet minstens 3 meter kunnen vliegen (om het andere huis te bereiken); het zweefvliegtuigje moet recht kunnen vliegen (om het andere raam binnen te kunnen vliegen); het zweefvliegtuigje moet van alledaagse materialen gebouwd worden (zodat Eva en Tim het zelf kunnen maken); Vraag de leerlingen hoe ze kunnen controleren of hun zweefvliegtuig aan alle criteria voldoet en gebruik hun suggesties om het testgebied in het klaslokaal op te zetten. Tip gevorderde leerlingen kunt u ook vragen een zweefvliegtuig te maken dat meer dan 3 meter in een rechte lijn kan vliegen en/of pakketjes van meer dan 10 gram kan dragen. 3.2 Lanceerplatform demonstratie 5 minuten Demonstreer het gebruik van het lanceerplatform. Vraag de leerlingen waarom het een goed idee is om het lanceerplatform te gebruiken. Tip het lanceerplatform is nuttig omdat hierdoor de leerlingen niet het probleem kunnen oplossen door het vliegtuig heel hard door de ruimte te gooien, maar echt goed na moeten denken over het ontwerp van hun zweefvliegtuig. Het platform stelt de leerlingen in staat hun zweefvliegtuigen consequent te lanceren. Ook leren de leerlingen zo het concept objectief testen doordat zo verschillende zweefvliegtuigen vergeleken kunnen worden. In de PowerPoint en in de bijlagen staat een afbeelding van hoe de het lanceerplatform te gebruiken. Oefen vóór de les met het platform. 3.3 Bouwen romp en ontwerpen vleugels klassikaal/teams 5 minuten De leerlingen maken eerst de romp. Geef elk team een rompsjabloon en laat zien hoe de romp gemaakt wordt (apart document Sjabloon hoogvliegers.doc). Tip gevorderde leerlingen kunnen de romp zelf ontwerpen. Laat ze wel controleren of die goed in combinatie met het lanceerplatform te gebruiken is. 3.4 Ontwerpen van de vleugels klassikaal/teams/werkblad 10 minuten De leerlingen ontwerpen de vleugels van het zweefvliegtuig. Laat ze de beschikbare materialen zien en benadruk dat ze niet alle materialen hoeven te gebruiken. Vraag ze of ze nog weten wat ze in les 2 geleerd hebben over welke materialen geschikt zijn voor het frame, voor de vleugelbekleding en voor het bevestigen van de bekleding aan het frame. Moedig ze aan hun keuzes te onderbouwen. Tip het is belangrijk dat de materialen die de leerlingen in les 2 uitgekozen hebben, dezelfde zijn die ze in les 3 tot hun beschikking hebben om het zweefvliegtuig mee te maken. De hiergenoemde materialen zijn suggestie. De materialen zijn te vervangen door andere, vergelijkbare materialen. 24

25 Vervolgens ontwerpen de leerlingen de vleugels. Hierbij gebruiken ze Werkblad 5 Les 3 Het ontwerp van ons zweefvliegtuig om hun ideeën op te schrijven. Dit zijn de bedenk en ontwerp stappen van de ontwerpcyclus. Tip leerlingen willen vaak (te) veel materialen gebruiken. Vraag of ze écht alles nodig hebben en welk materiaal ze denken dat beter (of lichter) is. 3.5 Bouwen en testen teams 45 minuten Zodra een team het ontwerp af heeft, kunnen ze hun materialen komen uitzoeken en met bouwen beginnen. Moedig leerlingen aan bij hun oorspronkelijke ontwerp te blijven, in elk geval totdat ze het getest hebben. Dit is de maak stap van de ontwerpcyclus. Als het eerste ontwerp gebouwd is, kunnen ze het testen. Dit is een onderdeel van de verbeter stap van de ontwerpcyclus. Stimuleer de leerlingen hun ontwerp zo snel mogelijk te testen. Het ontwerp hoeft niet perfect te zijn op het moment dat ze een test uitvoeren. Met het meetlint kunnen ze meten hoever hun vliegtuig komt. Tip indien nodig kunt u nu de leerlingen vragen even stil te staan bij wat ze gedaan hebben. Laat de leerlingen goed kijken naar hoe het zweefvliegtuig zich in de lucht gedraagt. Het kan ze helpen uit te vinden wat ze moeten veranderen om het ontwerp te verbeteren. Veelvoorkomende problemen Over het algemeen is het beter één lange vleugel met een middenstuk te maken dat aan de romp bevestigd is, dan twee losse vleugels aan de romp te bevestigen. De vleugels zijn daardoor meestal stijver. Het vliegtuigje is te zwaar: leerlingen willen graag materiaal er aan blijven toevoegen, hoe lichter hoe beter. Het zweefvliegtuig is niet goed gebalanceerd (van neus tot staart): het vliegtuig stijgt loodrecht omhoog en stort dan neer of duikt meteen naar de grond. Zweefvliegtuigen functioneren het best als ze goed gebalanceerd zijn, zodat hun vleugels (en romp) horizontaal liggen. Als er aan de achterkant van het vliegtuig meer gewicht zit dan aan de voorkant, wijst het vliegtuig omhoog. Zit er meer gewicht aan de voorkant dan aan de achterkant, dan wijst het vliegtuig omlaag. De leerlingen kunnen het gewicht van de verschillende onderdelen van het vliegtuig veranderen door boetseerklei of paperclips gebruiken. Het zweefvliegtuig is niet goed gebalanceerd (van vleugeltip naar vleugeltip): het vliegtuig kan gaan slingeren, zodat een van de vleugels als eerste de grond raakt. Of het vliegtuig blijft in cirkels rondvliegen. Dit gebeurt meestal als een van de vleugels van het vliegtuig zwaarder is dan de andere. De vleugels zijn te slap: ander materiaal gebruiken. Sommige materialen, zoals papier, kunnen sterker gemaakt worden door de vorm te veranderen. 25

26 3.6 Afsluiting, evaluatie van de zweefvliegtuigen klassikaal 10 tot 25 minuten Dit deel van de les kan ook als inleiding van les 4 dienen. Als het klassikaal evalueren van de zweefvliegtuigen niet nu gebeurt, vraag dan aan elk team om met de rest van de klas te delen wat hen is opgevallen tijdens het testen. Dat ze ertoe aangezet heeft iets aan hun vliegtuigontwerp te veranderen. Gebruik dit om het belang te benadrukken van het herhalen van tests als onderdeel van de verbeter stap van de ontwerpcyclus. Breng de hele klas bij elkaar en laat ze om de beurt hun zweefvliegtuig testen. Voldoen de zweefvliegtuigen aan de criteria van de uitdaging? Vraag de leerlingen de goede eigenschappen van elkaars ontwerpen te benoemen, zoals: het vliegtuig is licht kwaliteit van de bouw het vliegtuig vliegt heel recht het vliegtuig ziet er mooi uit Vraag elk team wat ze aan hun ontwerp zouden veranderen als ze het verder zouden verbeteren en laat ze hun suggesties onderbouwen. 26

27 Les 4 Hoe ging het? Is het probleem opgelost? Tijdsduur: minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen: hun zweefvliegtuigen te evalueren en te begrijpen waarom hun zweefvliegtuig al dan niet aan de criteria van de uitdaging voldoet; terug te blikken op wat ze geleerd hebben over het bouwen van een goed werkend zweefvliegtuig en hoe ze dat het beste naar anderen kunnen communiceren. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) zweefvliegtuigen uit de vorige les 15 x Werkblad 6 Les 4 Ontwerpcyclus activiteit. 15 x Ontwerpcyclus 15 x Werkblad 7 Les 4 Informatie voor Eva en Tim Voorbereiding Zet het testgebied op voor het testen van de zweefvliegtuigen (indien nog niet gedaan aan het eind van les 3). Print 15 keer Werkblad 6 Les 4 Ontwerpcyclus activiteit. Print 15 keer de Ontwerpcyclus. Kopie van de e mail van Eva en Tim (bijlagen en PowerPoint) Print 15 keer Werkblad 7 Les 4 Informatie voor Eva en Tim Werkvormen klassikaal teams/tweetallen werkblad Belangrijkste punten van deze les Ingenieurs en technici gebruiken de ontwerpcyclus bij het oplossen van problemen. Alles wat door mensen is gemaakt is bedacht en ontworpen. Ingenieurs en technici die zich bezighouden met voorwerpen die vliegen, noemen we luchtvaartingenieurs. Luchtvaarttechniek is onderdeel van het bredere werkgebied Lucht en Ruimtevaarttechniek, waaronder ook alles valt dat de in de ruimte reist (Ruimtevaarttechniek). Context en achtergrond In deze les evalueren de leerlingen hoe ze de ontwerpcyclus gebruikt hebben om de uitdaging van het bouwen van een zweefvliegtuig aan te pakken. De leerlingen kijken terug op hun werk en communiceren datgene wat ze ontdekt hebben naar Eva en Tim. Ook leren ze wat meer over lucht en ruimtevaarttechniek. 27

28 4.1 Inleiding evaluatie van de zweefvliegtuigen klassikaal 25 minuten Indien dit deel van de les al aan het eind van les 3 is uitgevoerd, kunt u dit gedeelte overslaan. Breng de hele klas bij elkaar en laat ze om de beurt hun zweefvliegtuig testen. Voldoen de zweefvliegtuigen aan de criteria van de uitdaging? Vraag de leerlingen de goede eigenschappen van elkaars ontwerpen te benoemen, zoals: het vliegtuig is licht kwaliteit van de bouw het vliegtuig vliegt heel recht het vliegtuig ziet er mooi uit Vraag elk team wat ze aan hun ontwerp zouden veranderen als ze het verder zouden verbeteren en laat ze hun suggesties onderbouwen. 4.2 Terugkijken op prestaties klassikaal/teams 10 minuten Stel de leerlingen de volgende vragen en vraag ze hun antwoorden te onderbouwen. De leerlingen kunnen de vragen eerst in hun team bespreken. Wat was hun favoriete gedeelte van de uitdaging en waarom? Welke problemen kwamen ze tegen bij het maken van het zweefvliegtuig en hoe hebben ze die opgelost? 4.3 Ontwerpcyclus activiteit teams/werkblad/klassikaal 10 minuten Gebruik de ontwerpcyclus activiteit op Werkblad 6 Les 4 om de leerlingen te laten ervaren dat ze, bij het oplossen van de zweefvliegtuiguitdaging van Eva en Tim, als echte luchtvaartingenieurs gewerkt hebben. Laat de leerlingen dit eerst in hun team doen en bespreek dit vervolgens. 4.4 Naar anderen communiceren teams/individueel/werkblad 20 minuten Lees de e mail van Eva en Tim voor om de leerlingen eraan te herinneren dat Eva ze gevraagd heeft informatie te sturen over hoe zij en Tim hun eigen zweefvliegtuig kunnen maken. In het werk van ingenieurs en technici is het belangrijk dat hij/zij naar andere mensen kan communiceren hoe je probleem kunt oplossen en waarom er is gekozen voor een bepaalde oplossing. Laat de leerlingen individueel of in tweetallen een e mail opstellen waarin ze aan Eva en Tim uitleggen hoe ze een zweefvliegtuig kunnen bouwen die ze precies kunnen gebruiken zoals zij willen. De leerlingen kunnen hierbij Werkblad 7 Les 4 Informatie voor Eva en Tim gebruiken. Welke materialen kunnen ze gebruiken voor het zweefvliegtuig? Hoe kunnen ze hun zweefvliegtuig lanceren? Welke instructies zouden ze nodig hebben? Wat zijn de tips voor het bouwen van het zweefvliegtuig? 28

29 Tip: als u meer tijd hebt, biedt dit gedeelte van de lessenserie ruimte voor uitbreiding. De leerlingen kunnen i.p.v. een ook andere vormen gebruiken: poster, tekening of rapport: de leerlingen doen alsof ze voor een ingenieursbedrijf werken en gieten hun antwoord in de vorm van een rapport, video, stripverhaal, toneelstukje, tentoonstelling. 4.5 Afsluiting klassikaal 10 minuten Vraag de leerlingen : Op welk wetenschappelijk terrein hebben ze zich begeven bij het werken aan deze uitdaging? Zouden ze later als luchtvaartingenieur willen werken? Waarom? Kunnen ze andere zaken bedenken waaraan luchtvaartingenieurs werken? Luchtvaarttechniek is een onderdeel van Luchtvaart en Ruimtevaarttechniek, waaronder ook Ruimtevaarttechniek valt (daaronder valt alles wat de ruimte in vliegt). In de PowerPoint staan foto s van luchtvaart en ruimtevaartingenieurs. Herinner de leerlingen eraan dat ingenieurs en technici problemen oplossen met behulp van technologie. Elk voorwerp dat ooit gemaakt is, is ontworpen. Er is over nagedacht waarom het eruit ziet zoals het er uit ziet. Daarbij is gebruik gemaakt van de ontwerpcyclus. In de PowerPoint staan foto s van ingenieurs en technici aan het werk, laat deze zien en bespreek ze. Welke soort wetenschap denken ze op de foto s te zien? Zijn ze verrast door een of meerdere afbeeldingen?. 29

30 Ontwerpcyclus 30

31 Verhaal om context te creëren Van: Aan: de leerlingen van klas. Onderwerp: Kunnen jullie ons helpen? Bijgevoegd: Foto van onze straat.jpg Beste leerlingen, Kunnen jullie ons helpen? Jullie leerkracht heeft ons laten weten dat jullie de aangewezen personen zijn om ons te helpen bij het oplossen van een probleem. Mijn naam is Eva en mijn slaapkamerraam is recht tegenover het slaapkamerraam van mijn beste vriend, Tim. Wij willen graag een zweefvliegtuigje maken dat vanuit mijn raam, Tim zijn slaapkamer kan binnen vliegen (en andersom natuurlijk). Zo kunnen we elkaar berichtjes of misschien zelfs kleine cadeautjes sturen. Kunnen jullie ons meer informatie sturen over zweefvliegtuigen en over hoe je een zweefvliegtuig kunt maken? Ik heb foto s van onze huizen bijgevoegd. Alvast heel erg bedankt voor jullie hulp! Eva 31

32 Werkbladen en antwoorden 32

33 Werkblad 1 Les 0 Techniek? 33

34 Antwoordblad Werkblad 1 Les 0 Techniek? De foto s zijn bedoelt om de betrokkenheid van de leerlingen te vergroten en ze met elkaar te laten praten over techniek. Dit kan leiden tot een discussie waarin u de ontwerpcyclus kan introduceren. De foto s van de slak en de spin zijn extra interessant. Bij de spin kunnen de leerlingen concluderen dat de spin een web aan het ontwerpen en maken is. Deze conclusie kan leiden tot andere techniek van dieren, zoals het bouwen van een dam door bevers. Techniek en technologie wordt meestal geassocieerd met de door de mens gemaakt wereld. Maar we kunnen veel leren van oplossingen in de natuur. Bij Kevlar bijvoorbeeld is het spinrag waarmee spinnen hun web maken als uitgangspunt gebruikt. Spinrag is heel sterk maar ook heel dun en licht, er is geprobeerd dat na te maken. De slak heeft een goede manier gevonden om zich over ruwe oppervlakten voort te bewegen zonder dat zijn huid stuk gaat. Het is een interessante vaag om te kijken of de oplossing van de slak ook in de mensenwereld handig is. Klittenband is een voorbeeld waarbij een plant (Klit) als voorbeeld diende voor een toepassing in de door mensen gemaakte wereld. De speeltjes zouden als techniek kunnen worden geclassificeerd, bovendien zijn ze ook nog een toepassing van een tandwieloverbrenging. Het kan ook interessant zijn om te vragen van welk materiaal ze gemaakt kunnen worden en wie ze ontwerpt en maakt. Vaak denken leerlingen dat mannen dit doen, hier kan dan op in gegaan worden dat zowel mannen als vrouwen dit kunnen doen. Ook bij de gebreide trui en het eten kan naar boven komen dat dit vooral een taak voor vrouwen is en dat dit geen techniek is. De foto s van beelden en kunstwerken zien leerlingen misschien niet als techniek omdat ze geen doel hebben. Moet alle techniek een doel hebben? Hier kunnen de leerlingen over discussiëren. 34

35 Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig Naam: Datum: Zet elk onderdeel van het zweefvliegtuig bij de juiste omschrijving Omschrijving Onderdeel Het gedeelte waar de piloot zit, dat een doorzichtige kap heeft, zodat de piloot naar buiten kan kijken. Het middelste gedeelte van het vliegtuig. Zorgt ervoor dat het zweefvliegtuig recht en horizontaal vliegt. Het heeft een roer dat helpt bij het besturen van het vliegtuig. Veroorzaakt een kracht die lift heet en die het vliegtuig in de lucht houdt. Vleugel Staart Cockpit Romp Waar zit wat? Schrijf dit bij het plaatje. 35

36 Antwoordblad Werkblad 2 Les 1 De onderdelen van een zweefvliegtuig Zet elk onderdeel van het zweefvliegtuig bij de juiste omschrijving Onderdeel Omschrijving Vleugel Staart Cockpit Romp Veroorzaakt een kracht die lift heet en die het vliegtuig in de lucht houdt. Zorgt ervoor dat het vliegtuig recht en horizontaal vliegt. Het heeft een roer dat helpt bij het besturen van het vliegtuig. Het gedeelte waar de piloot zit, dat een doorzichtige kap heeft, zodat de piloot naar buiten kan kijken. Het middelste gedeelte van het vliegtuig. Staart Romp Cockpit Vleugel 36

37 Werkblad 3 Les 2 Vorm veranderen, stevigheid veranderen 1. Maak de vier vormen van de foto, gebruik steeds één vel A4 papier en wat plakband. 2. Maak een eigen vorm van één vel A4 papier en misschien wat plakband. 3. Experiment 1 duw elke vorm langzaam over de rand van de tafel totdat meer dan de helft ervan uitsteekt. Het kan zijn dat je de andere kant moet vasthouden, zodat de vorm niet op de grond valt. 4. Experiment 2 zet alle papieren vormen rechtop. Kunnen ze zonder hulp rechtop staan? Wat gebeurt er als je voorzichtig op de bovenkant van elke vorm duwt? Vorm Plat Experiment 1 Behoudt het papier zijn vorm of buigt het? Experiment 2 Kan de vorm zonder hulp rechtop staan? Driehoekig prisma Cilinder W vorm Jouw vorm 37

38 Werkblad 4 Les 2 Materialen uitzoeken Namen: Datum: Onderzoek de beschikbare materialen. Voor welk onderdeel van de zweefvliegtuigvleugel zijn ze geschikt? Gebruik de tabel hieronder. Geschikt voor het frame van de vleugel Geschikt voor de bekleding van de vleugel Geschikt om de onderdelen aan elkaar vast te maken Zitten er materialen bij die voor geen enkel onderdeel van de zweefvliegtuigvleugel geschikt zijn? Zo ja, welke en waarom zijn ze niet geschikt? 38

39 Namen: Datum: Werkblad 5 Les 3 Het ontwerp van ons zweefvliegtuig Schets het zweefvliegtuig dat jullie willen gaan bouwen. Materiaallijst 1... voor voor voor voor voor voor.. 39

40 Naam: Datum: Werkblad 6 Les 4 Ontwerpcyclus activiteit Knip de omschrijvingen uit en leg ze bij de juiste stap van de ontwerpcyclus. Een zweefvliegtuig bouwen. De benodigde materialen kiezen voor het bouwen van het zweefvliegtuig. Meer te weten komen over hoe zweefvliegtuigen werken. Meer te weten komen over de verschillende materialen. Het zweefvliegtuig testen. Ideeën bespreken. Een schets maken. Meer te weten komen over het probleem van Eva en Tim. Beslissen welk idee het beste is of verschillende ideeën combineren.. Naar alle tests kijken en de resultaten daarvan gebruiken om je eigen vliegtuig te verbeteren.. 40

41 Naam ingenieur: Datum: Antwoordblad Werkblad 6 Les 4 Ontwerpcyclus activiteit Knip de omschrijvingen uit en leg elk ze bij de juiste stap van de ontwerpcyclus. Een zweefvliegtuig bouwen MAAK De benodigde materialen kiezen voor het bouwen van het zweefvliegtuig ONTWERP Meer te weten komen over hoe zweefvliegtuigen werken VERKEN Meer te weten komen over de verschillende materialen VERKEN Het zweefvliegtuig testen MAAK/VERBETER Ideeën bespreken BEDENK Een schets maken ONTWERP Meer te weten komen over het probleem van Eva en Tim VERKEN Beslissen welk idee het beste is of verschillende ideeën combineren BEDENK/ONTWERP Naar alle tests kijken en de resultaten daarvan gebruiken om je eigen vliegtuig te verbeteren VERBETER 41

42 Werkblad 7 Les 4 Informatie voor Eva en Tim Namen: Datum: Zo ziet ons zweefvliegtuig uit: We hebben de ontwerpcyclus gebruikt om ons te helpen bij het maken van het zweefvliegtuig. De stappen van de ontwerpcyclus zijn: De vleugels van ons zweefvliegtuig zijn gemaakt van:. We hebben voor deze materialen voor de vleugels gekozen omdat. Onze beste tips voor het bouwen van een goed werkend zweefvliegtuig zijn:

43 Uitleg: het lanceerplatform maken Pak een stuk stevig karton (+/ 1 mm dik, bv de achterkant van een A4 schrijfblok) en trek drie lijnen, één lijn in het midden en twee lijnen 3 à 4 centimeter aan weerszijden van de middelste lijn. Vouw het karton zoals op de foto. Dit gaat gemakkelijker als je van tevoren met een mesje de lijnen in snijdt. Maak twee gaatjes aan een van de uiteinden en rijg er een stuk elastiek van ongeveer 15 cm door. Maak het elastiek aan de achterkant van het lanceerplatform vast door er een knoop in te leggen of door het aan iets groters vast te maken. Verstevig de vouwen met tape. 43

44 Romp sjabloon 44

45

46 Uitleg: de romp van het zweefvliegtuig maken Print het sjabloon uit op A4 papier, 120 grams. Knip langs de dikke lijnen tot je een groot middenstuk en een klein staartstuk (stippellijn) overhoudt. Leg het staartstuk even opzij en vouw het grote middenstuk dubbel. Vouw het papier aan beide zijden terug naar buiten (net als op de foto), schuif het staartstuk in de sleuf aan de achterkant van de romp en zet m vast met tape. Zet de romp aan de bovenkant vast met tape en plak de staart met extra tape vast. Zo versterk je het gedeelte waar het elastiek van het lanceerplatform komt te zitten. Dit gedeelte moet nu precies op het lanceerplatform passen. 46

47 Uitleg: in evenwicht blijven 47

48 Uitleg: testgebied Deze les werkt het beste als u een of meerdere testgebieden maakt. Dit kunt u van tevoren doen of u kunt de leerlingen betrekken bij het ontwerp ervan. Een testgebied kan is het gemakkelijkst met schilderstape tape op de vloer aan te geven, waarbij in elk geval een startlijn en een 3 meterlijn aangebracht wordt. 3m Het kan handig zijn om voor elke tussenliggende meter een extra lijn aan te brengen, plus een lijn in het midden (zodat goed zichtbaar is hoe recht de vliegtuigen vliegen). Nog mooier is om daarnaast twee frames van 1 x 1 meter te maken waar het vliegtuig doorheen gegooid moet worden. Om lange rijen te voorkomen, is het handig voldoende ruimte te hebben, zodat twee of meer teams tegelijkertijd hun zweefvliegtuig kunnen testen. Testgebieden Tafels 48

49 Achtergrondinformatie over krachten en luchtvaarttechniek Krachtenbundeling Om te snappen hoe een vliegtuig zich voortbeweegt, moeten we begrijpen wat er gebeurt als er meerdere krachten tegelijk op een voorwerp inwerken. Als er slechts één kracht op een voorwerp inwerkt, beweegt* het voorwerp zich in de richting van de kracht. Bij twee (of meer) krachten beweegt het voorwerp zich in de richting die een combinatie is van die verschillende krachten (zie tekening hieronder). Voorwerp en krachten Resulterende kracht Geen netto kracht Beschrijving Als er slechts één kracht op een voorwerp inwerkt, beweegt* het voorwerp zich in de richting van die kracht. Twee krachten die dezelfde grootte hebben, maar in tegengestelde richting op een voorwerp inwerken, heffen elkaar op; er is geen resulterende kracht. Het voorwerp beweegt niet. Als twee ongelijke krachten in tegengestelde richting op een voorwerp inwerken, is de richting van de gecombineerde (of: resulterende) kracht in de richting van de grotere kracht. Als twee krachten in twee verschillende, niettegenovergestelde richtingen bewegen, is de resulterende kracht een combinatie van die twee krachten. * Strikt genomen accelereert het voorwerp in de richting van de netto kracht. Krachten waar een (zweef)vliegtuig mee te maken heeft Luchtvaartingenieurs krijgen in hun werk te maken met vier krachten: gewicht, lift, stuwkracht en weerstand. Gewicht en massa Met de term gewicht verwijzen wetenschappers en luchtvaartingenieurs naar de kracht die richting het middelpunt van de aarde beweegt als gevolg van de zwaartekracht. In het dagelijks taalgebruik wordt de term gewicht gebruikt voor het aantal kilogrammen van iets. Natuurkundig is dit niet gewicht maar massa. Het gewicht van een voorwerp is gelijk aan de zwaartekracht die op de massa van het voorwerp wordt uitgeoefend. Massa is de maateenheid voor de hoeveelheid materie in een voorwerp, die wordt uit gedrukt in kilogrammen. De eenheid van gewicht is newton. Als bijvoorbeeld astronauten naar de maan vliegen, blijft hun massa hetzelfde. Maar hun gewicht neemt af, omdat de zwaartekracht op de maan minder is dan op aarde. De astronauten voelen daarom een kleinere kracht die hen richting het oppervlak van de maan trekt. 49

50 Lift Lift is elke kracht die in een opwaartse richting op een vliegtuig inwerkt en die door de vleugels wordt veroorzaakt. Daarvoor moet het vliegtuig wel voorwaarts bewegen. Twee belangrijke factoren zorgen ervoor dat de vleugels lift veroorzaken. De ene is de hoek van de vleugels ten opzichte van de luchtstroom, de andere is de vorm van de vleugels. Duwkracht Dit is elke kracht die het vliegtuig voorwaarts beweegt. Deze kracht veroorzaakt de luchtstroom langs de vleugels die nodig is om lift voort te brengen. Bij vliegtuigen zorgen straalmotoren of propellers meestal voor de voorwaartse beweging. Straalmotoren zuigen aan de voorkant lucht rondom het vliegtuig naar binnen en persen die samen. Via een gecontroleerde explosie in de motor ontstaat er een grote hoeveelheid energie, die aan de achterkant van de machine uitgestoten wordt, waardoor het vliegtuig in de tegenovergestelde richting beweegt. Zo werkt een luchtballon eigenlijk ook: de lucht wordt uit de hals van de ballon gestoten. Weerstand Dit is elke kracht die het vliegtuig afremt. Weerstand wordt door drie belangrijke factoren bepaald. De vorm van het vliegtuig. Vliegtuigen zijn meestal lang, dun en puntig aan de uiteinden, net als een speer. Deze vorm hindert de lucht rondom het vliegtuig het minst. Hoe minder de lucht gehinderd wordt, hoe minder het vliegtuig wordt afgeremd. De vorm van een vliegtuig noemen we aerodynamisch. Als vliegtuigen veel hoekiger waren, zou de lucht er niet zo gemakkelijk langs kunnen bewegen en zou het vliegtuig afgeremd worden. De (on)effenheid van het oppervlak van het vliegtuig. Lucht die zich langs de oneffenheden op het oppervlak van een vliegtuig beweegt, veroorzaakt wrijving. Moderne vliegtuigen hebben een glad oppervlak, waardoor deze kracht afneemt. Er vindt zo ook minder ijsvorming op het vliegtuig plaats. De invalshoek van de vleugels. Om lift voort te brengen staan de vleugels van een vliegtuig meestal in een bepaalde hoek ten opzichte van de luchtstroomrichting. Hierdoor ontstaat meer weerstand dan wanneer de vleugels plat zouden zijn. Hoe groter de hoek, hoe groter de weerstand en hoe meer lift. 50

51 Partners Bloomfield science Museum Jerusalem The National Museum of Science and Technology Leonardo da Vinci Science Centre NEMO Teknikens hus Techmania Science Center Experimentarium The Eugenides foundation Condervatoire National des Art et Métiers muse des arts et métiers Science Oxford The Deutsches Museum Bonn Boston s Museum of Science Netiv Zvulun School Istituto Comprensivo Copernico Daltonschool Neptunus Gränsskolan School The 21st Elementary School Maglegårdsskolen The Moraitis school EE. PU. CHAPTAL Pegasus Primary School KGS Donatusschule MAGLEGÅRDSSKOLEN Gentofte Kommunes skolevæsen ECSITE European Network of Science Centres and Museums ICASE International Council of Associations for Science Education ARTTIC Manchester Metropolitan University University of the West of England Er zijn 10 lessenseries beschikbaar in deze talen: De Nederlandse lessenseries staan op NEMO.nl De Engelse lessenseries staan tot 2015 op project.eu en op 51