Vooraf. Introductie voor de docent

Transcriptie

1 Vooraf Deze bundel bevat concept lesmateriaal. Het is ontwikkeld binnen het project Biomedische Technologie (BMT) van de TU Delft. Studenten met verschillende studieachtergrond hebben deze leermiddlen gemaakt onder leiding van een ervaren docent. Het materiaal is bedoeld om technische elementen in het curriculum van het vwo-havo te versterken en om daarbij de aandacht te vestigen op het domein van de biomedische techologie. De begeleiding van het studententeam was in handen van Ir W. Sonneveld, docent Natuurkunde en Algemene Natuurwetenschappen aan de GS Randstad te Rotterdam. Hij bewaakte het didactisch niveau en de aansluiting bij het bestaande curriculum HAVO-VWO. Een pretest van het materiaal heeft plaatsgevonden in enkele scolen van het netwerk Technisch ontwerpen van de TU Delft. De test resultaten zijn bemoedigend: leerlingen reageren enthousiast en er zijn aanwijzingen dat hun beeld van techniek en technisch ontwerpen in positieve zin verschuift ten gunste van technologie. Ze zijn zeer actief bezig met dit onderwerp en vragen naar méér! De bundel bevat eerste versie lesmateriaal, bestemd voor de test-fase van het project BMT. Het materiaal zal beproefd worden op verschillende scholen en daarbij gebruikt worden om de samenwerking tussen collega s binnen de β- secties van havo-vwo scholen te bevorderen. Introductie voor de docent Ontwerpen maakt deel uit van het examenprogramma van de natuurwetenschappen op HAVO-VWO. Het wordt genoemd als één van de subdomeinen in domein A: Vaardigheden bij de vakken Natuurkunde, Scheikunde, Biologie en Al\gemene Natuurwetenschappen (ANW). Het is een gecompliceerde vaardigheid die in een grote variate aan contexten met verschillende diepgang beoefend kan worden. Een effectieve strategie om ontwerpen te onderwijzen is nog niet algemeen geaccepteerd; geschikt lesmateriaal ontwbreekt voor een groot deel. De hier beschreven opdrachten zijn alle bruikbaar om ontwerpen te onderwijzen in de context van biomedische technologei. Verwacht wordt dat deze context een brede groep beta-leerlingen zasl aanspreken en dat zij met name goed aansluit bij de belangstelling van leerlingen die het profiel Natuur en Gezondheid kozen. 1

2 De bundel bestaat uit: Aanleeropdrachten Korte opdrachten meestal 1 studielast uur- die aandacht besteden aan telkens een andere ontwerpvaardigheid, Practische Opdrachten Opdrachten van 5-10 slu s die kunnen uitgevoerd worden binnen een van de natuurwetenschappen en die voorbereiden op het profielwerkstuk Profielwerkstuk suggesties Probleemstellingen met verwijzingen, waarin leelingen keuzes moeten maken en inperkingen moeten vastleggen om zo tot een binnen de beschikbare tijd af te ronden ontwerp van een prototype te komen. Ontwerpen wordt gezien als een cyclisch proces. In een aanleeropdracht wordt niet de hele ontwerpcyclus doorlopen, maar slechts een gedeelte daarvan. Het cyclus zooming verdeelt de ontwerpcyclus in verschillende delen. Zie ook de figuur hieronder. Cyclus zooming houdt in dat de leerling telkens op een ander vaardigheidsaspect van technisch ontwerpen inzoomt. Hij combineert daardoor vaardigheden en inhoud. De bedoeling is dat de leerlingen op deze manier in korte tijd het hele ontwerpproces, de hele cyclus, een keer oefenen. Elke opdracht kost slechts één lesuur. ONTWERP TESTEN EN EVALUEREN ONTWERPPROBLEEM ANALYSEREN EN BESCHRIJVEN ONTWERP REALISEREN PROGRAMMA VAN EISEN ONTWERPVOORST EL FORMULEREN (DEEL)UITWERKINGE N BEDENKEN De meeste aanleeropdrachten kunnen worden verdeeld in één van de volgende drie soorten: A B Analyse en synthese - Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven - Programma van eisen opstellen - Functietabel maken en eventueel (deel)oplossingen bedenken Synthese en keuze - Functietabel maken en (deel)oplossingen bedenken - Ontwerpvoorstel formuleren (kiezen uit deeloplossingen) - (Ontwerp realiseren en testen) 2

3 C Testen, evalueren en analyse - Product/ontwerp testen en/of evalueren - Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven - Programma van eisen opstellen - (Functietabel maken en eventueel (deel)oplossingen bedenken) - Cycluszooming moet beeldvormend en motiverend zijn. De natuurwetenschappelijke inhoud is daaraan meestal ondergeschikt. Wel moet duidelijk zijn dat ontwerpen gericht is op het aanpassen van een product of een proces aan de wensen van gebruikers. Bij de aanleeropdrachten wordt niet gewerkt met externe probleemhebbers. De opdrachten zo blijkt uit onderzoek- zijn voldoende motiverend en herkenbaar voor de leerlingen. Het accent komt dus te liggen op de introductie van begrippen die specifiek voor ontwerpen zijn, op het benadrukken van het bestaansgerichte karakter van ontwerpen en op appelleren aan creatief, divergent denken. Via die aanleeropdrachten maken leerlingen kennis met begrippen als: programma van eisen, eigenschappen en taken, ideëen tabel. Die begrippen komen mogelijk- terug bij andere vakken, bij de practische opdracht en/of bij het profielwerkstuk. Goede samenwerking en afstelmming tussen docenten van de beta vakken kan ook hier weer winst opleveren! 3

4 Een introductieles technisch ontwerpen 1 Wat ontwerpt een ontwerper? Ontwerpers bedenken en ontwikkelen nieuwe producten. Voorbeelden van producten zijn: een walkman, een koffiezetapparaat, een couveuse, een drankje, een verpakking, een fiets, een verfsoort, een kantoorgebouw enzovoort. Producten worden ontworpen omdat mensen er behoefte aan hebben. Zo is er bijvoorbeeld een vacuümverpakking ontworpen om koffie langer vers te houden. Ontwerpers gaan vaak aan de slag als er een (technisch) probleem bestaat. Veel suikerpatiënten bijvoorbeeld mogen geen frisdranken nuttigen waar suiker in zit. Vandaar dat ontwerpers suikervrije dranken hebben ontwikkeld. Uit deze voorbeelden blijkt al dat er veel verschillende dingen ontworpen worden. Ook zijn er verschillende ontwerpers. Een nieuwe constructie wordt ontworpen door een bouwkundige, een nieuw drankje door een levensmiddelentechnoloog. Voor het oplossen van een bepaald probleem heb je vaak specialistische vakkennis nodig. Wat maakt een ontwerper? Ontwerpers maken het product niet zelf. Ze bedenken en ontwikkelen de plannen die voor de fabricage van een product nodig zijn. Vaak wordt het ontwerp vastgelegd in technische tekeningen, waarbij ook de gebruikte materialen en de bewerkingstechnieken zijn aangegeven. Soms wordt er een prototype gemaakt. In een fabriek worden uiteindelijk de producten gemaakt. Het ontwerpen van een product staat dus niet op zichzelf. Het is een onderdeel van een heel productontwikkelingsproces. Een product kan pas worden ontworpen als eerst is vastgesteld wat voor functies (taken) het moet vervullen, voor welke gebruikers het is bedoeld, in welke aantallen het zal worden gemaakt en op welke verkoopprijs wordt gemikt. Een plan van een onderneming die het nieuwe product daadwerkelijk wil gaan fabriceren bevat een productontwerp, plannen voor het fabricageproces, de inrichting van de fabriek, de milieueisen, de distributie, de marktbenadering en soms zelfs een geheel nieuwe productie- en verkooporganisatie. Waar moet een ontwerper rekening mee houden? Bij productontwerpen moet met allerlei aspecten rekening worden gehouden. De ontwerper heeft te maken met wensen en eisen van verschillende betrokkenen, zoals de consument, de vormgever, de constructeur, de producent en de ondernemer. Vaak moet hij ook nog rekening houden met regels van de overheid. Voor de consument moet het product onder andere gebruiksvriendelijk zijn. Voor de vormgever moet het product bijvoorbeeld een functionele en aantrekkelijke vorm krijgen. De constructeur zal erop letten of het product robuust (dat wil zeggen stevig) te maken is en dus een redelijke levensduur heeft en of het veilig is in het gebruik. De producent moet het snel, vaak in grote aantallen en goedkoop kunnen maken. De ondernemer rekent op een aantrekkelijk rendement. De overheid stelt milieueisen, normen op het gebied van veiligheid en kwaliteit, enz. 1 een bewerking van de Inleiding van deel B van Technisch ontwerpen in de bovenbouw van havo en vwo, uitgegeven door SLO (jan 2000) 4

5 Hoe ga jij ontwerpen? Bij het maken van een technisch ontwerp gaat het erom dat jullie (een deel van) het product- ontwikkelingsproces doorlopen. Jullie moeten een (prototype van een) product ontwerpen, bouwen, testen en evalueren en eventueel suggesties geven voor verbeteringen. Om tot een succesvol ontwerp te komen moeten jullie het productontwikkelingsproces systematisch aanpakken. Je begint met het vaststellen (kiezen) van een probleem of behoefte, meestal komt dat bij je docent vandaan. Dan volgen er fasen of stappen in het productontwikkelingsproces die hieronder zijn samengevat en in een cyclus in beeld gebracht: ONTWERP TESTEN EN ONTWERPPROBLEE M ANALYSEREN EN BESCHRIJVEN ONTWERP REALISERE ONTWERPVOOR STEL PROGRAMMA VAN EISEN (DEEL)UITWERKING EN BEDENKEN Technisch ontwerpen is een cyclisch proces, waarbij soms teruggegaan wordt naar eerdere fasen en vandaar uit eventueel opnieuw begonnen wordt. Bij het uitwerken van de technische opdracht zul je misschien ook terug of juist vooruit willen kijken. Dat komt in de ontwerppraktijk ook regelmatig voor. Doe dat gerust: je ontwerp zal er beter van worden. Bij de stap deeluitwerkingen bedenken is het gebruikelijk om met een ideeëntabel te werken. In de linkerkolom staan taken (wat moet het allemaal kunnen?) en eigenschappen (die gaan over vormgeving, ergonomie, milieu, manier van produceren, enz). Bij uitwerkingen moeten dan steeds 3 of 4 mogelijke uitwerkingen voor die (deel)taak of eigenschap worden ingevuld. Vaak is het handig of zelfs verplicht die met schetsjes toe te lichten. Een voorbeeld van een (niet volledig ingevulde) ideeëntabel voor het ontwerpen van een broodrooster staat hieronder: 5

6 taken/ uitwerkingen eigenschappen verwarmen gloeispiraal brander hete lucht 2 schakelen elektrisch mechanisch elektromagnetisch 3 transporteren mechanisch pneumatisch zwaartekracht enz De meest belovende combinatie van uitwerkingen wordt dan het ontwerpvoorstel. Daarbij moet je wel terugkijken naar het programma van eisen (PvE). Het ontwerp wordt dan vaak eerst in prototype gemaakt, vervolgens getest en mogelijk worden dan verbeteringen voorgesteld. 6