Superzuiger Een machine ontwerpen om vuilnis op te ruimen

Transcriptie

1 Superzuiger Een machine ontwerpen om vuilnis op te ruimen Elektrotechniek Elektriciteit Module voor leerlingen van jaar oud VERTAALD DOOR: Dit werk valt onder de Creative Commons Scientix Naamsvermelding-NietCommercieel prijswinnend middel 4.0 Internationale Vergunning 1

2 Inleiding Dit is één van tien TECHNIEK-modules voor het basisonderwijs ontwikkeld om wetenschapsonderwijs te ondersteunen binnen de context van een brede reeks technische ontwerpuitdagingen. Elke module, gebaseerd op het succesvolle onderzoeksgebaseerd onderwijsmodel Techniek is elementair-modelvan het Boston Museum of Science, biedt een ander wetenschappelijk of technisch gebied en vereist slechts goedkope materialen om een door de leerling geleidde wetenschappelijke verkenning en probleemoplossend ontwerp te ondersteunen. De modules zijn ontwikkeld om een grote verscheidenheid aan leerlingen aan te trekken en om vaststaande opvattingen over techniek en technici op de proef te stellen en aldus de deelname aan wetenschap, technologie en techniek door zowel jongensalsmeisjes te verbeteren. Onze pedagogische aanpak Centraal voor elke module is de technische ontwerpcyclus: vragen, bedenken, plannen, maken, verbeteren. Door de nadruk te leggen op de cyclus helpen leerkrachten het onderzoeken door en de creativiteit van hun leerlingen aan te moedigen en geven zij hun leerlingen de ruimte om probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen, inclusief het testen van alternatieve opties, het interpreteren van resultaten en het beoordelen van oplossingen. Taken en uitdagingen zijn ontworpen om zo open mogelijk te zijn, en om 'juiste antwoorden' te vermijden; de moduleontwikkelaars hebben specifiek geprobeerd het wedstrijd-element, dat ervoor kan zorgen dat sommige leerlingen zich afkeren, te vermijden zodat ze de motivatie of de wil om een probleem op te lossen behouden. Een belangrijk doel voor alle modules is om de mogelijkheden tot groepswerk te maximaliseren en om leerlingen te steunen bij het leren samenwerken en hun ideeën effectief leren communiceren. De leerlingen moeten hun ideeën bespreken terwijl ze een nieuw probleem verkennen, uitvogelen wat ze nodig hebben en hun bevindingen delen, oplossingen ontwerpen en daarna verbeteringen aanbrengen. Hoe de modules zijn georganiseerd Elke module begint met Les 0, een algemene, voorbereidende les die standaard is in alle tien modules. De leerkrachten die meer dan één module willen gebruiken doen er goed aan om de eerste keer te beginnen met deze les en de volgende modules te beginnen met les 1. Les 1 introduceert een verhaalcontext of probleem dat de basis vormt van wat er daarna gebeurd: Les 2 focust op verkennen van de wetenschap die de leerling nodig heeft om het probleem op te lossen, terwijl ze in les 3 hun oplossing ontwerpen en bouwen. Tenslotte is les 4 een mogelijkheid om wat ze gedaan hebben te beoordelen, te presenteren en te bespreken. Elke module is echter uniek en sommige modules zijn moeilijker met betrekking tot het wetenschappelijk begrip, en de tijdsduur vereist voor de modules varieert. Waarschijnlijke tijdsspannes en leeftijdsgroepen worden in elk moduleoverzicht aangegeven. De modules zijn ontworpen om flexibel te zijn maar leerkrachten kunnen kiezen welke activiteiten zij willen inbegrijpen en er zijn opties voor het differentiëren van activiteiten om een verscheidenheid aan mogelijkheden te bieden. Ondersteuning voor leerkrachten 2

3 Elke modulegids is geschreven om geschikte wetenschappelijke, technische en pedagogische steun te bieden aan leerkrachten met uiteenlopende ervaringen en expertise. Elke les bevat suggesties en tips voor het ondersteunen van onderzoeksgebaseerd leren en de organisatie en voorbereiding van het klaslokaal. Activiteiten over wetenschap en dingen maken zijn geïllustreerd met fotos. Pedagogische aantekeningen over de wetenschap in de bijlage leggen de wetenschap achter de module uit en bespreken deze, evenals hoe men het begrip van centrale concepten door leerlingen in de specifieke leeftijdsgroep kan ondersteunen. Werkbladen die gekopieerd kunnen worden en sleutels voor het beantwoorden van vragen worden eveneens aangeboden. 3

4 Index Inleiding... 2 Overzicht van de module... 5 Middelen... 6 Les 1 - Een envelop maken Inleiding - 10 minuten - Kleine groep en bespreking met de hele klas Activiteit 1 Wat is een envelop? - 5 minuten, kleine groepjes Activiteit 2 Enveloppen vergelijken met objecten - 15 minuten - kleine groepjes en bespreking met de hele klas Extra werk - optioneel minuten, kleine groepjes Conclusies - 10 minuten - discussie met de hele klas Leerresultaten - ter optionele beoordeling Les 1 - Wat is het technische probleem? Introductie-activiteit - hele klas - 10 minuten De technische uitdaging - hele klas - 10 minuten De VRAGEN fase van de technische ontwerpuitdaging - kleine groepjes - 20 minuten Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Les 2 - Wat moeten we weten? Introductie-activiteit - een haardroger - kleine groepjes - 20 minuten Krijg de motor aan de praat - individueel - 10 minuten Maak een waaier - individueel - 20 minuten Maak een schakelaar - kleine groepjes - 20 minuten (extra activiteit) Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Les 3 - Laten we gaan bouwen! Introductie-activiteit - hele klas - 5 minuten Technische ontwerpuitdaging - De stappen vragen, bedenken en plannen - kleine groepjes - 15 minuten Ontwerpen en maken - kleine groepjes - 60 minuten Conclusie - voltallige klas - 15 minuten Les 4 - Hoe hebben we het gedaan? Introductie-activiteit - hele klas - 5 minuten Presentatie van het werk - hele klas - 60 minuten Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Bijlagen Technische ontwerpcyclus Verhaal om de context te plaatsen Werkblad 1 Les 0 - Techniek? Werkblad 1 Les 0 - Techniek? Notities leerkracht Werkblad 1 Les 1-4 documentatie van het proces van de technische ontwerpuitdaging Werkblad 2 Les 3 - ontwerp en bouw je eigen stofzuiger Wetenschappelijke aantekeningen voor leerkrachten over elektriciteit en stofzuigers De ideeën van sommige leerlingen over elektriciteit en eenvoudige stroomketens Partners

5 Overzicht van de module Duur: 4 uur 45 minuten plus 35 minuten extra activiteiten Leeftijdsgroep: jaar oude leerlingen Beschrijving: door mee te doen aan de uitdaging Laten we opruimen een stofzuiger ontwerpen, zullen leerlingen leren over elektriciteit en elektrotechniek. Wetenschappelijk lesprogramma: deze module houdt verband met het wetenschappelijk lesprogramma over elektriciteit. Technisch gebied: deze module introduceert het gebied elektrotechniek Doelstellingen: in deze module zullen leerlingen leren dat technici een reeks stappen gebruiken, hetgeen het technische ontwerpproces heet, om oplossingen voor problemen te ontwerpen; om problemen en behoeften te identificeren die opgelost kunnen worden door middel van technologie, en om oplossingen te plannen door het technisch ontwerpproces te gebruiken; om stroomketens te begrijpen en de wetenschap die eraan ten grondslag ligt; hoe batterijen, kleine motors en waaiers gebruikt moeten worden; om een kleine stofzuiger te ontwerpen en te maken door te begrijpen hoe deze werkt. De lessen in deze module: Een voorbereidende les gericht op het creëren van bewustzijn over hoe techniek bijdraagt aan ons dagelijks leven op een wijze die niet altijd overduidelijk is. Les 1 introduceert het technische probleem, de context en het technische proces. In Les 2, leid het element 'vragen' in het technisch proces tot het onderzoeken van elektriciteit. Les 3 betrekt leerlingen bij het toepassen van het technisch ontwerpproces om de uitdaging aan te gaan. De uitdaging is om kleine stofzuigers te ontwerpen. In Les 4, is het tijd om het creatieproces van de stofzuigers te beoordelen. Dit is ook het moment voor de leerlingen om te laten zien of ze in staat waren om aan alle criteria te voldoen en om te praten over hoe ze verbeteringen hebben aangebracht. 5

6 Hulpbronnen Lijst van alle materialen en hoeveelheden nodig voor 30 leerlingen. Materiaal Totale Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 Les 4 hoeveel heid Haardroger 1-6 X Kleine motoren 1,5-3V X X Batterijen 4,5V of 3x1,5V of X X 3x AA batterijdoos X X Installatiedraad 1 X X Plastic flessen van 0,5l-2l 15 X Splitpennen 1 doos (x) X Paperclips 1 doos (x) X 6

7 Stukken karton van 10x10 cm 15 (x) X Tang 2-3 (x) X Draadstriptang 2-3 (x) X Schuimrubber X Elastiek (breed) 10 X X Restafval van een perforator Zaag 1 X Lijmpistool 1 X Plakband 1 Lineaal X Scharen 6 X Lolliestokjes 10 X A4 blaadjes 50 X X 7

8 Les 1 - Een envelop maken Wat is techniek? Duur: leerkrachten kunnen kiezen hoe lang ze aan deze les willen besteden afhankelijk van hoeveel ervaring de leerlingen reeds hebben. De inleiding, hoofdactiviteiten en conclusies zullen maximaal 40 minuten duren; een verdere uitbreiding van het werk kan een extra minuten kosten. Doelstellingen, in deze les zullen leerlingen leren dat: technici oplossingen ontwerpen voor problemen met gebruik van een verscheidenheid aan technologieën; technologieën die geschikt zijn voor een specifiek probleem afhangen van de context en beschikbare materialen; gemaakte objecten gecreëerd zijn om problemen op te lossen; technici mannen of vrouwen kunnen zijn. Middelen (voor 30 leerlingen) 8 pakjes kleefnotities 8 setjes met tenminste 5 verschillende soorten enveloppen 8 setjes met tenminste 5 verschillende objecten 8 setjes met verpakkingsvoorbeelden voor optioneel extra werk Kaart, papier, lijm, schaar voor optioneel extra werk Voorbereiding Verzamel een reeks verschillende enveloppen en verpakkingen Print kopieën van werkblad 1 indien deze gebruikt gaat worden Verzamel afbeeldingen voor de introductieactiviteit Werkmethode Kleine groepjes Bespreking met de hele klas Context en achtergrond Deze les is hetzelfde in alle modules en is bedoeld om nadenken over wat technologie is aan te moedigen en om vaststaande opvattingen over technici (in het bijzonder diegenen geassocieerd met gender) en techniek op de proef te stellen. Het beoogd begrip te ontwikkelen dat objecten in de echte wereld ontworpen zijn voor een doel en dat technologie in de breedste zin verband houdt met elk object, systeem of proces dat ontworpen en aangepast is om een specifiek probleem of behoefte aan te pakken. Leerlingen kunnen hierover nadenken door te bespreken welk probleem de technologie achter een specifiek voorwerp (in dit geval een envelop) op dient te lossen. In deze les bespreken zij de reeks technologieën gebruikt om een envelop voor specifiek bedoelde doeleinden te maken. De les is eveneens bedoeld om oordelen over "superieure" versus "inferieure" techniek te vermijden en leerlingen aan te moedigen te begrijpen dat het geschikte technologie is binnen een specifieke context die belangrijk is: de verscheidenheid aan beschikbare materialen zal de technologie bepalen die de technicus toepast om het probleem op te lossen.

9 0.1 Introductie - 10 minuten - bespreking met kleine groep en de hele klas Verdeel de klas in groepjes van 4 en geef elke groep een pakje kleefnotities. Vraag de groepjes om te discussiëren over alle dingen die zij associëren met de woorden "technicus" en "technologie". Zorg ervoor dat alle kinderen binnen de groep als onderdeel van de discussie tenminste één idee op een kleefnotitie schrijven. Nodig elke groep uit om hun kleefnotities op een groot blad te plakken en in het kort hun keuzes uit te leggen aan de rest van de klas. Bewaar de lijst van de hele klas om aan het eind van de les te bekijken. Extra steun voor de bespreking Dit deel van de les kan uitgebreid worden door afbeeldingen van stereotypische en ongebruikelijke voorbeelden van techniek aan te bieden en leerlingen te vragen de afbeeldingen te schikken in groepen die zij wel en niet met techniek associëren. U kunt werkblad 1 gebruiken voor deze activiteit, of de afbeeldingen gebruiken als een demonstratie voor de hele klas. Vraag leerlingen om twee aan twee te werken om te beslissen van welke afbeeldingen zij denken dat die verband houden met techniek en om redenen te geven waarom zij denken dat sommigen wel en andere geen verband houden met techniek. Elk koppel leerlingen zou hun ideeën kunnen delen met een andere koppel en de overeenkomsten en verschillen betreffende hun ideeën kunnen bespreken. U zou deze ideeën kunnen gebruiken als basis voor een bespreking met de hele klas; moedig leerlingen aan om vrij na te denken over wat als techniek telt en wie daarbij betrokken zou kunnen zijn. 0.2 Activiteit1 Wat is een envelop? - 5 minuten, kleine groepjes Organiseer de leerlingen in kleine groepjes om te bespreken wat een envelop is en wat als een envelop beschouwd wordt. Om de discussie vooruit te helpen kunt u een reeks voorbeelden bieden die objecten of materialen bedekken en/of beschermen voor bepaalde doeleinden (zoals op de afbeeldingen). Een belangrijk onderdeel van deze activiteit is het aanmoedigen van de leerlingen om op te merken dat er veel interpretaties zijn van wat een envelop is. Op de afbeeldingen staan een aantal voorbeelden die hun idee van een envelop op de proef zou kunnen stellen: dit is

10 bijvoorbeeld een ruimere interpretatie van wat een envelop is als iets dat een reeks verschillende objecten 'herbergt', 'beschermt', 'op z'n plaats houdt', 'verbergt' of zelfs 'onthult'. 0.3 Activiteit 2 Enveloppen vergelijken met objecten - 15 minuten - kleine groepjes en bespreking met de hele klas Verdeel de klas in groepjes van 4 en geeft ze een reeks 'enveloppen' en objecten die er in zouden passen. Vraag de leerlingen om te selecteren welke enveloppen het meest geschikt zouden zijn voor de objecten en om uit te leggen waarom. De objecten zouden bijvoorbeeld de volgende kunnen zijn: een bril; een certificaat of foto die niet verstuurd moet worden; een kwetsbaar sieraad; een in te leveren DVD; een aantal vertrouwelijke papieren; een schaar. De verscheidenheid objecten en enveloppen kan variëren naar gelang de context en wat u beschikbaar heeft. De volgende vragen kunnen helpen de discussie te begeleiden: Van welk materiaal is de envelop gemaakt? Wat gebruik je om de envelop dicht te maken? Voor wat voor soort objecten zou de envelop gebruikt kunnen worden? Van welke andere materialen zou deze gemaakt kunnen worden? Elke groep zou hun ideeën moeten rapporteren aan de rest van de klas. Er is hier een mogelijkheid voor de leerkracht om de discussie te leiden en te praten over de verschillende technologieën gebruikt in elke gemaakte envelop inclusief de soorten structuur, gebruikte sluitingen(bijv. hersluitbare of permanente sluiting; versterkte delen; geselecteerde interne en externe materialen; hoe de zijkanten dicht gemaakt zijn). Dit iseen beoordelingsactiviteit en kan gebruikt worden om een link te leggen met het technisch ontwerpproces: de discussie zou nadenken over het proces dat technici moeten volgen wanneer ze iets maken om een specifiek probleem op te lossen, kunnen behelzen. 0.4 Extra werk - optioneel minuten, kleine groepjes 1. Presenteer de leerlingen een reeks enveloppen en vraag hen hun ontwerp te beoordelen met betrekking tot de geschiktheid voor het doel (zie afbeelding). De enveloppen kunnen beoordeeld worden met betrekking tot de soorten sluiting en versterking gebruikt, en de mengeling van verschillende materialen die gebruikt is (bijv. noppenfolie, absorbens, kracht - m.a.w. weerstand tegen scheuren). Deze activiteit kan uitgebreid worden door te kijken naar verschillende soorten verpakking gelet op vouwen en hoe deze gebruikt worden om de noodzaak voor hechtmiddelen tijdens het 10

11 fabricatieproces te verminderen (of uit te sluiten). De volgende 3 afbeeldingen demonstreren verpakkingen die geen enkel soort hechtmiddel gebruiken; de productie behelst slechts één soort materiaal en incisies en vouwen voor sluitingen. 2. Verdeel de leerlingen in kleine groepjes om een envelop te ontwerpen en/of te maken om een specifiek geselecteerd object te verzenden. De groepjes zullen een beroep moeten doen op hun eigen begrip van materialen en het proces van een ontwerp maken om een reeks alternatieve ontwerpen te produceren. Deze kunnen daarna beoordeeld worden tijdens een discussie met de hele klas. 0.5 Conclusie - 10 minuten - bespreking met de hele klas Leid een discussie met de voltallige klas gebaseerd op de oorspronkelijke kleefnotities (en waar gepast de groeperingen van de technische afbeeldingen) en herinner de leerlingen eraan hoe hun denken in het begin nu veranderd kan zijn. Vraag de leerlingen om na te denken over wat een technicus doet en wat technologie is. Benadruk dat de meeste dingen die wij gebruiken gemaakt zijn voor een doel en dat technici een reeks vaardigheden gebruiken om oplossingen voor problemen te vinden. Dit behelst nadenken over oplossingen om problemen op te lossen; sommige werken goed en andere zijn minder succesvol - het technisch ontwerpproces is inclusief beoordelen en verbeteren. Dit is niet 'superieure' of 'inferieure' techniek maar geschiktetechnologie die ertoe doet - technici moeten nadenken over de context en beschikbare middelen. 11

12 Er zijn veel soorten techniek, beoefend door veel verschillende soorten mensen van over de hele wereld, en zowel mannen als vrouwen zijn technici. Er kan een verscheidenheid aan alom geaccepteerde definities voor de term 'technicus' en 'technologie' zijn; deze termen worden vaak onderling verwisseld, bijv. techniek kan gezien worden als het gebruik van technologie om een probleem op te lossen. Door te praten over de verhouding tussen techniek, wetenschap en technologie kunnen leerlingen aangemoedigd worden om na te denken over hoe technici tijdens het productieproces van objecten die problemen oplossen, een reeks technologieën gebruiken (inclusief sluitingen, verschillende soorten materialen en componenten in verscheidene systemen) evenals een keur aan wetenschappelijke inzichten. Dit is een mogelijkheid om de discussie open te breken over hoe dingen gemaakt worden en door wie en wat het proces van nadenken over oplossingen voor problemen behelst. 0.6 Leerresultaten - voor optionele beoordeling Aan het eind van deze les zouden leerlingen in staat moeten zijn om:: Te herkennen hoe een reeks systemen, mechanismes, structuren en sluitingen gebruikt worden in voorwerpen op verschillende manieren om een keur aan oplossingen te bieden om problemen op te lossen Begrijpen dat geschikte technologie vaak afhankelijk is van de context en beschikbare materialen. Erkennen dat technici een grotere verscheidenheid aan vaardigheden gebruiken om oplossingen voor problemen te ontwikkelen. Erkennen dat veel verschillende soorten mensen met verschillende interesses en vaardigheden technici kunnen zijn. 12

13 Les 1 - Wat is het technische probleem? Meer te weten komen over de uitdaging Duur: 55 minuten Doelstellingen: in deze les zullen de leerlingen het volgende leren de voornaamste functies van de stofzuiger als een voorbeeld van elektrotechniek; hoe het technisch ontwerpproces een ontwerpuitdaging structureert; dat elektriciteit een vorm van energie is. Middelen (voor 30 leerlingen) Schoolbord Het verhaal van de ontwerpuitdaging (zie bijlage) Voorbereiding Lees over elektrotechniek en de technische ontwerpuitdaging Maak kopieën van Werkblad 1 Werkmethodes Individueel en in groepjes Sleutelideeën tijdens deze les Wat technici doen en hoe zij werken De context van de ontwerpuitdaging wordt geïntroduceerd Context en achtergrond De uitdaging, de context en de ontwerpcyclus worden geïntroduceerd. De leerlingen denken na over welke kennis zij nodig hebben om de uitdaging aan te kunnen gaan. 13

14 1.1 Introductie-activiteit - hele klas - 10 minuten Vertel de leerlingen dat deze module het gebied elektrotechniek introduceert. Vraag de leerlingen om elektrische voorwerpen in het klaslokaal of thuis op te noemen. Wie denken zij dat deze hebben ontwikkeld? Bespreek de rol die elektriciteit en elektrische voorwerpen in ons dagelijks leven spelen. Hoe zou een dag zonder elektriciteit zijn? Elektrotechniek is gebaseerd op ideeën uit de natuurkunde. Het gaat over veel dingen, van de kleinste elektronische componenten in computers en mobiele telefoons tot het genereren en gebruiken van ons toevoersysteem voor elektriciteit. Elektrotechnologie behelst ook telecommunicatie, elektronica, radiotechniek en elektrotechniek. Elektriciteit kan gebruikt worden om energie over te brengen, m.a.w. het gebruik van elektriciteit als een geleider, zoals het stroomnet of elektrische motoren. 1.2 De techniekuitdaging - hele klas - 10 minuten Lees het verhaal over de techniekuitdaging in de bijlage. Vraag de leerlingen of zij denken dat zij het vraagstuk zouden kunnen oplossen. Wat moeten ze weten om dit vraagstuk op te lossen? Schrijf het vraagstuk op het schoolbord. Het vraagstuk is om "een kleine stofzuiger te ontwikkelen". Vertel de leerlingen dat ze nu op dezelfde manier gaan werken als technici. Tip - Informatie voor de leerkracht. De naam "stofzuiger" maakt het erg makkelijk te begrijpen hoe de machine werkt: stofzuigers werken door zuigkracht. (In fact, "suction cleaner" would be a better name than vacuum cleaner, because there's no actual vacuum involved). Het mechanische/elektrische gedeelte is eigenlijk een sterke motor die lucht blaast, gewoonlijk uit de boven- of achterkant van de schoonmaakmachine, waardoor zuigkracht aan de onderkant wordt gecreëerd (waar het stof naar binnen gezogen wordt). Alle stofzuigers werken volgens hetzelfde principe...als je een motor die lucht blaast (bijvoorbeeld een ventilator) bevestigd aan één kant van een object dat een opening aan de andere kant heeft, dan zal dit op dezelfde wijze werken en ervoor zorgen dat lucht eerst in het object stroomt en dan uit via de ventilator. Tip - Als u meer wilt weten over hoe stofzuigers werken dan kunt u eens kijken op deze webpagina's: De VRAGEN fase van de technische ontwerpuitdaging - kleine groepjes - 20 minuten Stap 1 "VRAGEN" van de technische ontwerpuitdaging Gebruik het Werkblad 1, Les 1 (plan voor de technische ontwerpuitdaging). Benadruk dat alle technische uitdagingen met vragen beginnen. Begin met vragen wat de leerlingen moeten weten om een kleine stofzuiger te ontwerpen en te bouwen? Laat de leerlingen werken in kleine groepjes van 4-5 kinderen. Probeer ervoor te zorgen dat de groepjes gemengd zijn qua gender en kundigheid. Laat ze ongeveer 5 minuten bespreken wat ze nodig hebben om het vraagstuk op te lossen. Vraag de leerlingen om alle vragen van hun groepje op het Werkblad 1 in te vullen op de pagina met de VRAGEN-fase Schrijft de vragen van alle groepen op het bord. 14

15 Vragen die gesteld kunnen worden: Hoe kunnen we zuigkracht creëren? Kunnen we een echte stofzuiger bekijken? Welke materialen kunnen we gebruiken? Welke onderdelen zijn nodig? Wat voor soort stof zal onze stofzuiger in staat zijn op te zuigen? Wat zijn de criteria voor succes? Hoe kunnen we een waaier maken? Hoe groot zou de stofzuiger moeten zijn? Moet het wieltjes hebben? Hoe kunnen we een schakelaar maken? 1.4 Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Vat de leerdoelen samen. Bespreek met de leerlingen: Wat heb je geleerd over elektrotechniek? Kun je de verschillende fases van het ontwerpproces beschrijven? Heb je geleerd wat een stofzuiger doet? Vertel de leerlingen dat ze in de volgende les zullen beginnen hun vragen te beantwoorden en dat zij kennis zullen maken met de dingen die nodig zijn om het vraagstuk van het ontwerpen en bouwen van een stofzuiger op te lossen. Vraag leerlingen om de volgende les haardrogers mee te nemen. Ze zullen alleen kijken naar de haardrogers, ze zullen ze niet uit elkaar halen. 15

16 Les 2 - Wat moeten we weten? Meer leren over elektriciteit Duur: 60 minuten (plus 80 minuten extra activiteiten) Doelstellingen: in deze les zullen de leerlingen leren over stroomketens en de richting van stroom; hoe batterijen, kleine motors en waaiers gebruikt moeten worden; over de verschillende onderdelen van een haardroger als een inleiding tot het ontwerpen van een stofzuiger. Middelen (voor 30 leerlingen) 1-6 Haardrogers 30 Kleine motoren 1,5-3V 30 Batterijen 4,5V of 3x1,5V Papier Karton (optioneel) Splitpennen (optioneel) 2-3 Tangen (optioneel) 2-3 Draadkniptangen Draad Paperclips Verlengsnoer Elastiek Voorbereiding Bereid de materialen voor Contoleer de batterijen Vraag de leerlingen om de volgende les haardrogers mee te nemen. Sleutelideeën tijdens deze les Begrijpen welke onderdelen essentieel zijn in een stofzuiger Begrijpen hoe en waarom de onderdelen verbonden kunnen zijn Werkmethode Individueel en in groepjes Context en achtergrond Het element 'vragen' in het technisch proces leidt tot het onderzoeken van een haardroger. Tijdens dit onderzoek ontdekken de leerlingen hoe motoren werken met elektriciteit, over elektrische stroom en hoe ze een waaier kunnen ontwikkelen. Deze kennis kunnen ze later toepassen wanneer ze hun ontwerp voor een stofzuiger gaan ontwikkelen. 16

17 2.1 Introductie-activiteit - een haardroger - kleine groepjes - 20 minuten Begin met uit te leggen waarom ze naar een haardroger gaan kijken terwijl de ontwerpuitdaging bestaat uit het bouwen van een stofzuiger. (Het is praktischer om dit op kleine schaal te doen maar deel een aantal van de functies van het technisch ontwerp van een stofzuiger). Geef elke groep een haardroger maar houd er eveneens een achter om leerlingen de belangrijkste functies te tonen. Laat de leerlingen in groepjes van 4-5 de haardroger bekijken (zonder deze uit elkaar te halen), deze te onderzoeken en stel hen vragen zoals: Wat zien ze? Welke onderdelen zijn nodig voor de haardroger om te werken? De leerkracht moet de volgende onderdelen aanwijzen en vragen stellen zoals waar het voor dient? Wat is het gesitueerd? Verwarmingselement - Waar dient het voor? Warmte wordt gegenereerd door het verwarmingselement en overgezet naar de lucht. Een waaier - Waar dient het voor? De waaier dient om de luchtstroom in de haardroger te genereren. Een motor - Waar dient het voor? Waar is het gesitueerd? De kleine elektrische motor draait, hetgeen de waaier laat draaien. Snoeren - Waar dienen zij voor? De elektrische stroom overzetten. Schakelaar - Waar dient die voor? Basismodellen hebben twee schakelaars, één om deze aan en uit te zetten, en één om de kracht van de luchtstroom te reguleren. Sommige modellen hebben een extra schakelaar die u eveneens de temperatuur van de luchtstroom laat reguleren. Elektriciteit - Waar dient het voor? Levert de stroom die de kleine elektrische motor laat draaien, die op zijn beurt weer de waaier laat draaien. Behuizing/omhulsel - Waar dient het voor? Alle haardrogers hebben een soort warmtesensor dat de stroomketen onderbreekt en de motor laat afslaan wanneer de temperatuur te hoog wordt. Maar dat kan je van de buitenkant niet zien. De leerkracht schrijft alle onderdelen aangedragen door de leerlingen op het schoolbord. Afbeelding: Haardroger. Afbeelding: de afbeelding van een haardroger. Hier zijn een aantal afbeeldingen van een ontmantelde haardroger en de onderdelen - de motor en de waaier die aan de motor vast zit.

18 Afbeelding: ventilator binnen in een haardroger. een haardroger. Afbeelding: de motor binnen in 2.2 Krijg de motor aan de praat - individueel - 10 minuten Belangrijk! Voor het starten De leerkracht legt het verschil uit tussen voltage uit een stopcontact en van een batterij en de belangrijkste boodschap is dat: leerlingen nooit mogen experimenteren met de stroom uit het stopcontact. Batterijen slechts 4,5V bevatten en de voltage in een stopcontact 230V is. Veiligheid dus van groot belang is wanneer er met elektriciteit gewerkt word. Maar wanneer ze werken met batterijen is er geen gevaar. Geef alle leerlingen een motor en een batterij. Vraag hen of ze de motor kunnen laten draaien. De uiteinden van de batterij moeten verbonden zijn met de contactpunten van de motor om een gesloten stroomketen te krijgen. Afbeelding: batterij en motor in contact. Afbeelding: motor met draden aan de contactpunten. Als de leerkracht ziet dat iedereen de motor aan heeft gekregen zullen ze weten dat de leerlingen geleerd hebben hoe ze batterijen moeten verbinden met een motor. Vraag de leerlingen waarom de motor begon te werken toen deze verbonden werd met de batterij. Maak duidelijk aan de leerlingen dat: 18

19 De batterij twee uiteinden heeft, één negatieve en één positieve. Wanneer de motor en de batterij op de juiste wijze verbonden zijn kan de stroom door de motor gaan en begint deze te werken. Ze hebben nu een volledige stroomketen. Een volledige stroomketen is een gesloten baan waarbinnen elektrische stroom loopt of mag lopen. Wanneer de keten onderbroken wordt ontvangt geen van de componenten stroom. Geschiedkundig gezien wordt een stroomketen gedefinieerd als een stroom van het positieve naar het negatieve uiteinde. (De beweging van negatief geladen elektronen binnen een stroomketen loopt in de tegengestelde beweging). Om te simplificeren zegt men dat de elektriciteit van het positieve naar het negatieve uiteinde/pool gaat. 2.3 Maak een waaier - individueel - 20 minuten Nu geeft de leerkracht alle leerlingen een half blaadje A4 papier. Vraag de leerlingen om wind te maken door een papieren waaier te maken. (Ze mogen het papier vouwen of scheuren en het daarna aan de motor vastmaken). Het ontwerp van de waaier is niet belangrijk zolang deze maar lucht verplaatst. Zie de afbeeldingen hieronder. Laat de leerlingen kijken naar de ontwerpen van andere groepen om ideeën op te doen over hoe de waaier er uit zou kunnen zien. Afbeelding: één soort waaier. Afbeelding: de motor in contact met de batterij. Als de bladen van de papieren waaier eraf vallen, neem dan twee kleine elastiekjes, maak een klein gaatje met een naald in het eerste elastiek en verbind deze met de motor; gebruik het andere elastiekje om de waaier vast te maken. Tijdens deze oefening gebruiken de leerlingen alleen papier als materiaal. De focus ligt op hoe verschillen in ontwerp de effectiviteit van de waaier beïnvloeden. Bij het ontwerpen van de stofzuiger staat het de leerlingen vrij om ook andere materialen te gebruiken. De motor kan in beide richtingen elektriciteit geleiden maar hij draait in verschillende richtingen wanneer de polen omgedraaid worden. Vraag de leerlingen om te kijken of ze de waaier in de andere richting kunnen laten draaien. Geef ze een tip; draai de polen om zodat de stroom de andere kant op gaat. 19

20 2.4 Maak een schakelaar - kleine groepjes - 20 minuten (extra activiteit) Middelen (voor 30 leerlingen) o 6-8 Kleine motoren 1,5-3V (één per groep) o 6-8 Batterijen 4,5V of 3x1,5V o Stukken karton o Draad o Paperclips o Splitpennen o 2-3 Tangen o 2-3 Draadstriptangen De leerlingen weten nu hoe ze een stroomketen compleet moeten maken met een motor en een batterij. Laat ze eerst een compleet circuit maken met een batterij, draden en de motor. Daarna kunnen ze de "schakelaar" maken zodat ze de motor aan en uit kunnen zetten. Neem wat stukken karton. Maak twee gaten in het karton zodat de paperclips en splitpennen bevestigd kunnen worden. Kijk naar de afbeelding. Bevestig de twee losse einden van de draden, één aan elke paperclip. Plaats de paperclips zo dat deze elkaar wel/niet aan kunnen raken. Op deze manier is het mogelijk om de motor aan en uit te kunnen zetten. Afbeelding: een schakelaar in een volledige stroomketen. In deze afbeelding gebruikten we een gloeilamp in plaats van een motor. 2.5 Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Vat de leerdoelen samen. Bespreek met de leerlingen: Hebben ze geleerd hoe ze batterijen, kleine motoren en waaiers moeten gebruiken? Kunnen ze de verschillende onderdelen van een stofzuiger identificeren en beschrijven? Vat samen hoe een complete stroomketen gemaakt wordt en in welke richting de stroom gaat. De leerkracht kan eveneens demonstreren hoe we de symbolen gebruiken om de stroomketens te beschrijven met verschillende elektrische componenten: 20

21 Hier zijn een aantal symbolen: M Motor Hier is het schema voor de motor, batterij en schakelaar: Gloeilamp Stroombron Schakelaar 21

22 Les 3 - Laten we gaan bouwen! Ontwerp en bouw je eigen stofzuiger Duur: 95 minuten (110 als de extra activiteit is inbegrepen) Doelstellingen: in deze les zullen de leerlingen het volgende leren: Hoe een motor met een ventilator gebruikt kan worden om lucht door een buis te laten stromen; Het belang van groepswerk voor het bereiken van creatieve oplossingen voor een uitdagend probleem; De technische ontwerpuitdaging te gebruiken om met succes een functionerende stofzuiger te bouwen. Middelen (voor 30 leerlingen) 10 Motoren (1,5-3V) 10 Batterijen 3*1,5V of 4,5V Batterijdoos (afhankelijk van het soort batterij) Werkblad 1. Plan voor de elektronische ontwerpuitdaging Werkblad 2 Draad (installatiedraad) 10 Plastic flessen Karton, van verschillende dikte en afmetingen Lolliestokjes Voorbereiding Maak kopieën van werkblad 2 Zet de bouwmaterialen klaar. Schuimrubber Paperclips Elastiek (breed) Restafval van een perforator 1 Zaag 1 Lijmpistool 1-2 Draadstriptangen 1-2 Tangen Plakband 6 Scharen Werkmethode In kleine groepjes van 2-3 leerlingen Sleutelideeën tijdens deze les Het technische ontwerpproces gebruiken om een stofzuiger te maken. Context en achtergrond De leerlingen werken in groepjes met gebruik van een reeks stappen, het zogenaamde technisch ontwerpproces, om een stofzuiger te ontwerpen. De belangrijkste focus van deze les voor de leerlingen is om een product te creëren om het probleem op te lossen. Refereer opnieuw aan het verhaal/strip uit les 1. Tijdens deze les volgen de leerlingen de stappen 'bedenken', 'plannen', 'maken' en 'verbeteren'. Ze gebruiken de wetenschap die ze in les 2 hebben onderzocht om de uitdaging aan te gaan. 22

23 3.1 Introductie-activiteit - hele klas - 5 minuten Vraag de leerlingen: Hoe kunnen we wat we nu weten over elektriciteit, batterijen, motors en ventilators en onze eigen creativiteit gebruiken om onze eigen stofzuiger te ontwerpen en bouwen? De les is gestructureerd rondom het technisch ontwerpproces om ervoor te zorgen dat de leerlingen hun plan voor een technisch ontwerpproces uit de vorige twee lessen klaar hebben. Ga terug naar het verhaal en het probleem uit Les 1. Vertel de leerlingen dat het nu tijd is om de ontwerpuitdaging aan te gaan. Vertel hen daarna over de ontwerpuitdaging. De activiteit bestaat eruit dat de leerlingen in groepjes een stofzuiger ontwerpen en bouwen. Verdeel de klas in groepjes, 4-5 leerlingen in elke groep waarbij u probeert om ervoor te zorgen dat gender en vaardigheid in elke groep gemengd zijn. De taak is voltooid wanneer de stofzuiger restafval opzuigt. Vertel de leerlingen over de ontwerpuitdaging en begin dan te werken op basis van de stappen in het technisch ontwerpproces, het plan voor het technische ontwerpproces. Het is belangrijk dat de leerlingen hun werk vastleggen in het plan voor het technisch ontwerpproces. Ze kunnen ook foto's nemen van hun vooruitgang terwijl ze bezig zijn de stofzuiger te bouwen. 3.2 Technische ontwerpuitdaging - Stappen vragen, bedenken en plannen - kleine groepjes - 15 minuten Vragen - wat moeten de leerlingen weten? Bijvoorbeeld: Welk materiaal kunnen ze gebruiken? Wat voor soort stof zal onze stofzuiger kunnen opzuigen? Criteria: de stofzuiger moet werken op batterijen en een motor maar de leerlingen kunnen andere materialen gebruiken, zoals plastic flessen, etc. De criteria voor succes zijn: Als het stof of stukjes papier uit de perforator op kan zuigen, dan is het een succes. Bedenken - vraag de leerlingen om verschillende oplossingen te bedenken zoals de afmeting van de stofzuiger, opslag, het plaatsen van de batterij, etc. Geef ze een lijst met materialen die ze kunnen gebruiken. De discussiefase is belangrijk. Plannen - laat elk team één oplossing kiezen en begin met plannen voor de fabricatie. Vertel de leerlingen dat ze geen filters of stofzuigerzak hoeven te maken; het is genoeg als ze het stof in de behuizing kunnen krijgen. Tip en waarschuwing! - De fabricatiefase kan behoorlijk uitdagend zijn voor de leerlingen. Het is een goed idee voor de leerkracht om voorafgaan aan de les een stofzuiger te bouwen en deze mee te nemen zodat de leerlingen kunnen zien hoe het eindproduct eruit zou kunnen zien. Benadruk echter dat hun eigen manier om het te doen belangrijk is. Er is meer dan één manier om een stofzuiger te bouwen. Voordat de activiteit begint zou de leerkracht moeten laten zien hoe men materialen aan elkaar bevestigd.

24 Het is onze suggestie dat de leerkracht laat zien hoe de motor bevestigd moet worden. Zie voorbeelden hieronder bij punt 4.De leerkracht zou eveneens moeten laten zien hoe gereedschap veilig gebruikt kan worden: Laat zien hoe de leerlingen een plastic fles kunnen snijden. Wees voorzichtig wanneer je de schaar en zaag gebruikt. Beiden zijn scherp. Herinner de leerlingen eraan hoe ze de tangen en draadstriptangen moeten gebruiken. 3.3 Ontwerpen en creëren - kleine groepjes - 60 minuten Ontwerpen - elk groepje zou één stofzuiger moeten ontwerpen en maken. Herinner de leerlingen eraan dat ze hun werk/vooruitgang kunnen vastleggen door middel van foto's. Het omhulsel/behuizing Het omhulsel kan gemaakt worden met verschillende soorten flessen. Laat de leerlingen het ontwerp van het omhulsel kiezen. De makkelijkste flessen om te knippen met een schaar of mes zijn zachte plastic flessen, zoals gebruikte water/frisdrankflessen. Maar u kunt elk soort ronde plastic fles gebruiken. Om een gat te maken kunnen de leerlingen een schaar of zaag gebruiken. Afbeelding: de fles knippen. Ontwerp een waaier en bevestig deze aan de motor. De waaier kan gemaakt worden uit verschillende materialen. Één materiaal dat makkelijk is om mee te werken en vorm te geven is karton. Het karton kan verschillende diktes en afmetingen hebben: Het kan van verpakkingen zijn, zoals dozen ontbijtgranen, etc. Laat de leerlingen de waaier ontwerpen en deze aan de motor bevestigen. Als de waaier loslaat van de motor kunt u elastiekjes of plakband gebruiken om deze vast te zetten. Test de waaier Laat de leerlingen de waaier en de motor uitproberen voordat ze de motor op het omhulsel bevestigen. Nu kunnen de leerlingen hun eerdere kennis gebruiken om de motor te verbinden aan de batterijen. Als de waaier in het omhulsel past en deze stof of restafval begint op te zuigen, kunnen ze doorgaan. Als er niet gezogen maar geblazen wordt, probeer dan om de polen die verbinding maken met de motor om te draaien. De motor zal nu de andere kant op draaien en hopelijk zuigen in plaats van blazen. Als de waaier te groot is zullen de leerlingen de waaier aan moeten passen voordat ze verder gaan. Een hand tegen de achterkant van het omhulsel houden maakt het mogelijk te voelen wat er gebeurd. 24

25 Afbeelding: de stofzuiger testen. De motor bevestigen Er zijn meerdere manieren om de motor te bevestigen. De groep kan de motor met hun vingers vasthouden of ze kunnen er voor kiezen om deze aan het omhulsel te bevestigen. Hier zijn een aantal voorbeelden van hoe ze deze kunnen bevestigen. Afbeelding: stozuiger met lolliestokjes en lijm. Afbeelding: stofzuiger met schuimrubber. Tip - denk erom dat lucht door het materiaal van het omhulsel moet kunnen stromen: maak indien nodig wat kleine gaatjes zodat dit mogelijk is. Afbeelding: kleine gaatjes zodat de lucht erdoor kan stromen. 25

26 Bevestig de batterij/batterijdoos De batterij/batterijdoos kan bevestigd worden aan de buitenkant van de fles. De leerlingen kunnen hun kennis gebruiken over hoe ze draad moeten strippen en de batterij aan de motor moeten verbinden. Afbeelding: de batterij kan aan de buitenkant van de fles bevestigd worden. Een schakelaar maken (extra 15 minuten extra werk) De leerlingen kunnen een schakelaar ontwerpen die gebruikt kan worden om de stofzuiger aan en uit te zetten. Hier kunnen de leerlingen hun eerdere kennis over stroomketens (volledig en onvolledig) en materialen die wel/niet elektriciteit kunnen geleiden) gebruiken. Afbeelding: stofzuiger met een schakelaar. Verbeteren - vraag de groepjes om te discussiëren hoe succesvol ze geweest zijn en of er voor de hand liggende verbeteringen zijn die ze zouden kunnen doorvoeren. Herinner de leerlingen eraan Werkblad 1 in te vullen, en het plan voor het technisch ontwerpproces als ze nieuwe ideeën of vragen hebben. 3.4 Conclusie - voltallige klas - 15 minuten Vat de leerdoelen samen. Bespreek met de leerlingen wat ze geleerd hebben over hoe een motor met een waaier gebruikt kan worden om lucht door een buis te laten stromen; en hoe ze een stofzuiger kunnen bouwen en verschillende oplossingen kunnen testen. Laat de leerlingen het klaslokaal opruimen wanneer ze klaar zijn met hun constructies. Vertel ze daarna dat ze in de volgende les hun ontwerpen aan de rest van de klassen zullen demonstreren. 26

27 Les 4 - Hoe hebben we het gedaan? Is de uitdaging gelukt? Duur: 75 minuten Doelstellingen, in deze les zullen de leerlingen het volgende leren: dat er verschillende manieren zijn om een technisch probleem op te lossen; dat heroverwegen en beoordelen op basis van criteria belangrijke aspecten van het technisch ontwerpproces zijn; dat succesvolle techniek afhangt van goede wetenschappelijke kennis. Middelen (voor 30 leerlingen) De door hen ontworpen stofzuigers Voorbereiding De leerlingen moeten de stofzuigers ontworpen in de vorige les meenemen Werkmethode Werken in groepjes en met de hele klas Sleutelideeën tijdens deze les Tijdens deze les denken de leerlingen na over het technisch ontwerpproces en analyseren ze deze en de door hun gemaakte voorwerpen op basis van de overeengekomen criteria. Ze denken ook na over de wetenschappelijke ideeën die zij gebruikt hebben. Context en achtergrond Tijdens deze les worden het proces en het product beoordeeld. Is de uitdaging gelukt? Hoe hebben de leerlingen de wetenschap waar ze over geleerd hebben toegepast en hoe hebben ze gewerkt met de ontwerpcyclus. Dit is eveneens het moment om hun oplossing voor het probleem te presenteren en trots te zijn op wat ze geleerd en gemaakt hebben. 27

28 4.1 Introductie-activiteit - hele klas - 5 minuten Elke groep heeft een stofzuiger die ze ontwerpen en gebouwd hebben. In deze les bespreekt de klas hun verschillende oplossingen en beoordelen ze de producten. De leerkracht dient de klas vertellen hoe ze hun product aan de klas moeten presenteren en hoeveel tijd elk groepje heeft. 4.2 Presentatie van het werk - hele klas - 60 minuten Elk groepje moet de rest van de klas vertellen over hun stofzuiger. De leerkracht kan een discussie vooruit helpen met de volgende vragen: Is er iets dat nog verbeterd kan worden? Had iemand problemen met niet genoeg lucht in de stofzuiger? Waar gaat de lucht erin en eruit? Moet de lucht eruit gaan? Waarom gaat stof de stofzuiger in? Had iemand problemen met de richting van de luchtstroom? Hoe hebben ze die opgelost? Wat is het belangrijkste verschil tussen een haardroger en een stofzuiger? Hoe zet je de stofzuiger aan en uit? Heeft iedereen dezelfde oplossing of zijn er verschillende oplossingen? Waarom stopt en start de stofzuiger? Waarom hebben de meeste stofzuigers een stofzuigerzak en filters? De correcte woorden en termen die de leerlingen moeten gebruiken: Schakelaar Motor Waaier Elektrische kabels Batterij Stroomketen 4.3 Conclusie - voltallige klas - 10 minuten Vat de leerdoelen samen. Bespreek met de leerlingen: wat ze geleerd hebben over verschillende manieren om problemen op te lossen met gebruik van het technisch ontwerpproces. Wat hebben ze geleerd door het maken van hun stofzuiger? Hebben ze iets begrepen dat ze eerder niet begrepen? Bespreek wat voor wetenschappelijke kennis ze opgedaan en toegepast hebben tijdens het maken van hun stofzuiger. Tenslotte, heeft de module hun geïnspireerd om te willen werken als elektrotechnicus? 28

29 Bijlagen Technische ontwerpcyclus 29

30 Verhaal om de context te vormen Je hebt zojuist een fantastisch einde van een schoolfeest in jouw klaslokaal gevierd. Helaas is er erg veel confetti gebruikt en is de ruimte een zootje. De schoonmaker is met vakantie en heeft alle schoonmaakapparaten meegenomen. Er is geen stoffer en blik en het lijkt erop dat opruimen erg lang gaat duren. Je hebt wel een paar motoren, installatiedraad, batterijen en papier gevonden in de wetenschapskast. Je hebt ook een hoopt lege plastic flessen van het feest gevonden. Één van de kinderen suggereerde om een haardroger te gebruiken om alle confetti weg te blazen, maar dit zou alleen maar leiden tot nog meer troep! Kun jij een elektrotechnicus worden om een geschikt schoonmaakapparaat te ontwerpen, te maken en te testen dat alle troep op kan zuigen en jou in staat stelt naar huis te gaan voordat het te laat wordt? 30

31 Werkblad 1 Les 0 - Techniek? 31

32 Werkblad 1 Les 0 - Techniek? Notities leerkracht De afbeeldingen op het werkblad zijn bedoeld om een discussie onder leerlingen aan te moedigen over wat techniek is, wat technici doen en wie betrokken zouden kunnen zijn bij verschillende soorten techniek. De afbeeldingen van de spin en de slak vertegenwoordigen een aantal interessante uitdagingen. De leerlingen zouden bijvoorbeeld kunnen beslissen dat de spin een web aan het bouwen is en dat dit verband zou kunnen houden met andere soorten bouwtechnieken van dieren (zoals een bever die een dam bouwt). Een interessant punt om te maken is dat het gangbaarder is om over techniek na te denken in termen van de gemaakte wereld. We kunnen echter leren door de natuur en het milieu te bestuderen. Bijvoorbeeld: het materiaal dat spinnen gebruiken voor het maken van hun web is gekopieerd om een zeer sterk materiaal (Kevlar) te maken dat veel bruikbare toepassingen kent. Op dezelfde manier heeft de slak een bruikbare strategie ontwikkeld om te bewegen over ruwe ondergronden en haar zachte lichaam te beschermen tegen beschadigingen. Het is een interessante vraag of dit bruikbaar zou zijn om een probleem in de mensenwereld op te lossen (een goed voorbeeld is klittenband dat ontwikkeld werd op basis van de plakkers van de plant klit). Speelgoed kan beschouwd worden als techniek aangezien dit het toepassen van tandwielen demonstreert maar het is interessant om te vragen van welke materialen het gemaakt zou kunnen zijn en wie het eigenlijk maakt. Kans bestaat dat dit leidt tot genderkwesties (veel kinderen uit de klas kunnen denken dat speelgoed gemaakt is voor kinderen door speelgoedontwerpers die mannelijk zijn). Een vergelijkbare kwestie kan zich voordoen wanneer leerlingen discussiëren over het gebreide kledingstuk en de bereide maaltijd - leerlingen kunnen denken dat deze alleen door vrouwen gemaakt zijn en dat deze niet het resultaat van techniek zijn. Een aantal van de andere afbeeldingen van standbeelden of kunstwerken kunnen niet als techniek en zonder enig echt praktisch doel gezien worden. Dit werpt de vraag op over de banden tussen de techniek en kunst en of gemaakte objecten wel of niet een praktisch doel moeten hebben voordat ze als techniek beschouwd kunnen worden. De afbeeldingen zijn bedoeld om betrokkenheid bij en dialoog over techniek te stimuleren. Dit kan leiden tot een discussie over wat techniek behelst, waarbij u ervoor kunt kiezen om de technische ontwerpcyclus te introduceren. 32

33 Werkblad 1 Les 1-4 documentatie van het proces van het proces van technische ontwerpuitdaging Naam: Datum: Vragen Wat is het probleem? Wat Wat zijn is het de behoeften? probleem? Wat Wat hebben zijn de de behoeften? anderen gedaan? Wat hebben de anderen gedaan? Bedenken Wat zijn de beperkingen? Welke Wat zijn mogelijke de beperkingen? oplossingen zouden er kunnen zijn? Brainstorm-ideeën. Welke mogelijke oplossingen zouden er kunnen zijn? Kies Brainstorm-ideeën. de beste. Kies de beste. Plannen Teken een diagram/afbeelding/schets of schrijf je ideeën op. Maak Teken een een lijst diagram/afbeelding/schets met benodigde materialen. of schrijf je ideeën op. Maak een lijst met benodigde materialen. Maken Volg je plan en maak het. Volg je plan en maak het. Verbeteren Test het. Test het. Maak verbeteringen; maak je ontwerp nog beter. Test het. 33

34 Vragen Schrijf al jouw vragen en antwoorden op. Bedenken Brainstorming. Welke oplossingen heb je? Hoe ga je jouw stofzuiger ontwerpen? Welke delen zal je moeten gebruiken? Hoe ga je de onderdelen met elkaar verbinden? Afmeting? Praktische oplossingen? etc. Noteer/teken jouw ideeën. 34

35 Plannen Teken een afbeelding/schets/diagram van jouw beste idee tijdens de stap Bedenken. Leg de details uit en maak een lijst met benodigde materialen om deze te bouwen. Maken Tip! Maak foto's tijdens de productie. Test! Wat gebeurde er toen je jouw ontwerp testte? Welke onderdelen werkten goed? Hoe weet je dat? Welke onderdelen deden het niet? Waarom? Hoe zou je jouw ontwerp kunnen verbeteren? Verbeteren Welke onderdelen van jouw ontwerp moesten verbeterd worden? Hoe weet je dat? Teken/beschrijf of maak een foto van jouw verbeterde ontwerp. Beschrijf de verbeteringen. 35

36 Werkblad 2 Les 3 - ontwerp en bouw je eigen stofzuiger Naam: Datum: a. Houd jouw plan voor een technische ontwerpuitdaging met de stappen vragen, bedenken en plannen gereed. b. Nu is het tijd om jouw eigen stofzuigerte maken, te bouwen. Hieronder is een beschrijving die je kunt volgen. Maar voel je vrij om je eigen ontwerp te maken. c. Denk eraan om elke stap vast te leggen wanneer je aan het bouwen bent door op te schrijven of een foto te maken. d. Kijk, als je wijzigingen aan moet brengen, nieuwe ideeën hebt over het ontwerp of meer vragen hebt die beantwoord moeten worden voordat je verder kunt gaan met bouwen of tijdens het bouwen, in het plan voor het technische ontwerpproces en ga terug naar die stap en schrijf het op (documenteren). e. De taak is voltooid wanneer de stofzuiger restafval opzuigt. 1. Het omhulsel/behuizing Het omhulsel kan gemaakt worden met verschillende soorten flessen. Kies een fles waar de groep het over eens was in de planning en begin met ontwerpen. Om het eerste gat te maken zou je ook een zaag en dan een schaar kunnen gebruiken. Wees voorzichtig! Scharen en zagen zijn scherp. 36

37 2. Ontwerp een waaier en bevestig deze aan de motor. Ontwerp een waaier en bevestig deze daarna aan de motor. Als de waaierloskomt van de motor kun jestukjes elastiek gebruiken aan weerzijden van de waaier. 3. Test de waaier. Probeer de waaier en de motor uit voordat u de motor op het omhulsel begint te bevestigen. Verbind de batterijen aan de motor. Als de waaier in het omhulsel past en het begint "kleine stukjes papier" op te zuigen kunt u doorgaan naar het volgende punt, 4. Als er niet gezogen maar geblazen wordt, probeer dan om de polen die verbinding maken met de motor om te draaien. Als de waaier te groot is zult u de ventilator aan moeten passen voordat u verder gaat. 4. De motor bevestigen Er zijn meerdere manieren om de motor te bevestigen. U en de groep kunnen de motor met jullie vingers vasthouden of jullie kunnen er voor kiezen om deze aan het omhulsel te bevestigen. Denk eraan dat lucht in staat moet zijn door het materiaal te stromen, dus het kan nodig zijn om een paar kleine gaatjes te maken. Probeer uw hand aan de achterkant van het omhulsel te houden om te zien wat er gebeurt. 5. Bevestig de batterij/batterijdoos De batterij/batterijdoos kan bevestigd worden aan de buitenkant van de doos. Gebruik uw kennis om erachter te komen hoe de draden verbonden moeten worden. Denk eraan om je werk te documenteren en in te vullen op werkblad 1, evenals het technisch ontwerpproces, iedere keer dat je een nieuw idee, andere oplossing en/of verbetering bedenkt. Wanneer u tevreden bent met je werk kun je een schakelaar ontwikkelen/maken voor jouw stofzuiger. 6. Een schakelaar maken (optioneel) Gebruik jouw kennis over schakelaars en maak er één voor jouw eigen stofzuiger. 37

38 Wetenschappelijke aantekeningen voor leerkrachten over elektriciteit en stofzuigers. Een aantal belangrijke wetenschappelijke concepten, kennis en vaardigheden inbegrepen in Les 2. een eenvoudige stroomketen bouwen inclusief een batterij, draden, een motor (en waaier) en een schakelaar. Een complete stroomkring is nodig voor elektrische stroom om te stromen. De uiteinden van de batterij moeten verbonden zijn met de contactpunten van de motor om een gesloten stroomketen te krijgen. De batterij heeft twee uiteinden: één negatieve en één positieve. Een eenvoudige stroomketen met een motor gebruiken om een papieren waaier te laten draaien. Het ontwerp van de waaier kan de effectiviteit beïnvloeden. De motor kan in beide richtingen elektriciteit geleiden maar hij draait in verschillende richtingen wanneer de polen omgedraaid worden. Wanneer de keten onderbroken wordt ontvangt geen van de componenten stroom. Er is een verschil tussen stroom uit het stopcontact (230V) en de voltage van een batterij (4,5V). Symbolen en diagrammen worden gebruikt om eenvoudige stroomketens te beschrijven.. Wat is elektriciteit en welke materialen geleiden elektriciteit? Het Griekse woord voor barnsteen is 'elektron', het woord elektriciteit stam hiervan af. De Grieken amuseerden zichzelf door een staf van amber op te wrijven met een doek en dan veertjes, blaadjes, etc. op te rapen: ze wisten niet waarom dit gebeurde. Elektriciteit is een vorm van energie. Het is het verplaatsen van een negatieve lading veroorzaakt door de beweging van elektronen. Al het materiaal is gemaakt van atomen. Een atoom bestaat uit een kern (nucleus) en een omhulsel. De nucleus bestaat uit positief geladen protonen en neutrale neutronen. Hieromheen zijn de 'omhulsels' van bewegende elektronen die negatief geladen zijn. Als je dit verder wilt begrijpen kun je de website hieronder bezoeken: In een atoom zitten net zoveel protonen als elektronen, hetgeen betekent dat deze neutraal is. Wanneer de balancerende kracht tussen de protonen en elektronen verstoord wordt door een kracht van buiten kan een atoom een elektron erbij krijgen of verliezen. Wanneer een atoom een elektron "verliest" betekent de vrije beweging van deze elektronen een stroomketen. In sommige materialen, zoals water en metalen, bewegen de elektronen makkelijk door het materiaal heen. Dit zijn goede geleidersvan elektriciteit. Bijvoorbeeld in het geval van koperdraad zijn sommige elektronen niet gebonden aan specifieke atomen en kunnen ze vrijer bewegen in een zee van elektronen. Dat is waarom koperdraad goed is voor het maken van stroomketens. In andere materialen, zoals plastic en amber, bewegen elektronen niet zo gemakkelijk en als gevolg daarvan stelt het de elektrische stroom niet in staat zich te verplaatsen. Elektriciteit kan omgezet worden naar warmte, licht en beweging. Elektriciteit kan gebruikt worden om technologie te beheren. Het kan aan en uit gezet worden met gebruik van schakelaars en het kan ook energie over lange afstanden verplaatsen. We kunnen elektriciteit echter in principe niet opslaan. 38

39 Over eenvoudige stroomketens Een eenvoudige stroomketen is een gesloten kring waarbinnen elektronen bewegen. Stel u een eenvoudige stroomketen gemaakt van een batterij, een apparaat of component (zoals een motor of gloeilamp) voor verbonden met draden. Wat zorgt ervoor dat de elektronen bewegen? Binnen een batterij is er een chemische reactie die een opbouw van elektronen aan het ene uiteinde creëert (de anode) en een relatief tekort aan elektronen aan de het andere uiteinde (kathode). Dit resulteert in een elektrisch verschil tussen de twee uiteinde (potentiaalverschil). Wanneer de batterij verbonden is, veroorzaakt het potentiaalverschil een verplaatsing van negatieve lading van het ene uiteinde naar het andere (anode naar de kathode). Deze verplaatsing van elektrische stroom is een consequentie van het feit dat elektronen negatief geladen zijn en daarom elkaar zullen afstoten, in die mate dat ze zich verplaatsen richting een plek waar minder negatieve lading is (uiteindelijk de kathode die positief geladen is). Elke component of apparaat binnen de stroomketen zal weerstandcreëren tegen de doorstroom van de negatieve lading. De beweging van de negatieve lading door de component zal ervoor zorgen dat er een overdracht van energie plaatsvindt (een gloeilamp licht op, een motor zal aanslaan en beiden worden warm). De batterij is de stuwende kracht van de keten en uiteindelijk zullen de chemicaliën die de scheiding van de lading binnen de batterij verzorgen opraken en raakt de batterij 'leeg'. Elektrische stroom, voltage, weerstand en energie Een keten is de stroom van elektronen en, als gevolg, de stroom van een negatieve lading binnen een stroomketen; des te meer elektronen bewegen, des te sterker is de stroomketen. Elektrische stroom wordt gemeten in ampères (A) en wordt gedefinieerd als de snelheid van de doorstroom. Hetis een maatstaf voor de hoeveelheid elektrische lading die per tijdseenheid langs een bepaald punt in de stroomketen passeert. Van oudsher werd elektrische stroom weergegeven als bewegend van het positieve uiteinde van een keten naar het negatieve uiteinde. De beweging van negatief geladen elektronen binnen een stroomketen is eigenlijk de tegenoverstelde kant op (van negatief naar positief). De stroomketen begint de stromen het moment dat de batterij verbonden wordt en de schakelaar gesloten is. Als je de stroom meet op elk punt in de stroomketen zal deze dezelfde zijn. Voltageis het verschil tussen ladingen. Voltage wordt gemeten in Volts (V). Elke batterij heeft een voltklasse (in Les 2 gebruiken we 1,5v en 4,5v batterijen). De voltklasse geeft het verschil in lading tussen de twee uiteinden van de batterij weer. Des te groter het verschil, des te groter is de 'energie' die de batterij kan bieden (een 4,5v batterij biedt 3 keer zoveel energie als een 1,5v batterij). Dit verschil (of energie) stelt de elektronen in staat te bewegen om te proberen deze verschillen te compenseren. Een geschiktere naam voor voltage ispotentiaalverschil. Weerstand binnen een stroomketen verhindert de doorvoer van stroom en zorgt ervoor dat de elektronen langzamer bewegen. Apparaten of componenten (zoals een gloeilamp of motor) creëren weerstand voor de stroom. Voor een apparaat om te werken moet de 'energie' van de batterij sterk genoeg zijn om de weerstand die het apparaat creëert te overwinnen. Dit betekent dat apparaten normaliter een voltklasse hebben waar een batterij met gepaste voltklasse bijhoort. Weerstand wordt gemeten in ohm (Ω). Kracht refereert aan de snelheid van de energieoverdracht. Gloeilampen die we gebruiken in onze huizen hebben een krachtklasse gemeten in Watt (W). EenWattstaat gelijk aan één joule energie per seconde. Over stofzuigers De naam "stofzuiger" maakt het erg makkelijk te begrijpen hoe de machine werkt: stofzuigers werken door zuigkracht. Indeed, "Suction cleaner" would be a better name than vacuum cleaner, because there's no actual vacuum involved. Het mechanische/elektrische onderdeel is eigenlijk een motor die lucht blaast, normaliter uit de boven- of achterkant van het apparaat. Dit creëert zuigkracht aan de onderkant (waar de stof naar binnen 39

40 getrokken wordt). Stofzuigers werken allemaal volgens hetzelfde principe... als je een motor aansluit die lucht blaast (bijvoorbeeld een ventilator) bevestigd aan het einde van een object dat een opening aan de andere kant heeft, kan het op dezelfde manier werken. Het zorgt ervoor dat lucht eerst het object instroomt door middel van een waaier, en dan eruit stroom via de boven-/onderkant van het object. Als je meer wilt weten over hoe stofzuigers werken dan kunt u eens kijken op deze webpagina's: Een probleem met het zuigontwerp is dat filters altijd verstopt raken. Moderne stofzuigers overkomen dit probleem door een ontwerp gebaseerd op het principe van een maalstroom. Kom hier meer over te weten op: 40

41 De ideeën van sommige leerlingen over elektriciteit en eenvoudige stroomketens Het denken van kinderen over de natuurlijke wereld komt voort uit hun ervaringen van dag tot dag. Deze kunnen mogelijkerwijs niet de vaststaande specifieke wetenschappelijke zienswijze vertegenwoordigen, maar ze bevatten gewoonlijk verstandige beredeneringen gebaseerd op observatie en interactie. Het bieden van mogelijkheden aan kinderen om hun denken te prikkelen door activiteiten zal eerder hun denkbeelden veranderen dan hen enkel feiten mee te delen. Dit brengt echter wel een pedagogische taak van aanzienlijke omvang met zich mee. Het is extreem veeleisend voor onderwijzers op alle niveau's en voor alle leeftijden om nieuwe ideeën over een specifiek fenomeen een plaats te geven, zeker wanneer deze het gezond verstand lijkt tegen te spreken. Ondanks dat we door onderzoek enig inzicht hebben in de denkbeelden die leerlingen geneigd zijn te hebben over specifieke, conceptuele gebieden in de wetenschap, hebben leerlingen vaak moeite met het verwoorden van hun gedachten en is er dus een behoefte aan enige voorzichtigheid met betrekking tot het maken van aannames met betrekking tot hun manier van denken. Dit benadrukt het belang kinderen mogelijkheden te bieden om te discussiëren over hun ideeën. Ideeën over elektriciteit Over het algemeen zijn kinderen zich goed bewust van de vele toepassingen van elektriciteit in het dagelijks leven, in het bijzonder met betrekking tot het genereren van warmte, licht en beweging (1). De kans is aanzienlijk dat ze enige kennis hebben over de gevaren van elektriciteit maar het is belangrijk om dit door middel van Les 2 alsnog te ontwikkelen. Een aantal kan elektriciteit eventueel associëren met het stopcontact eerder dan batterijen maar de meesten weten dat batterijen belangrijk zijn om apparaten (zoals speelgoed) te laten werken. Allen (2) suggereert om leerlingen ideeën te laten construeren net zoals het volwassen concept van energie. De batterij geeft wat van zijn 'spul' (dat door de leerlingen verschillende dingen genoemd wordt, zoals: elektriciteit, energie, kracht, stroom) om het apparaat te laten werken. Het 'spul' wordt op gemaakt door het apparaat en wanneer de batterij geen 'spul' meer heeft, werkt het niet langer en doet het apparaat het niet meer. De Nuffield Primary Science Teachers Guide (1) demonstreert een reeks ideeën van leerlingen in het basisonderwijs over wat elektriciteit is. Deze zijn inclusief het idee dat het onzichtbaar is, heel snel beweegt en stroomt. Één kind gaf het commentaar: 'Elektriciteit is net als magie'. Aangezien het concept van elektronen en negatieve lading waarschijnlijk te moeilijk is voor leerlingen van deze leeftijd, kan de leerkracht ervoor kiezen om de reeks ideeën over wat elektriciteit is toe te laten, terwijl hij/zij het concept van doorvoer binnen de keten benadrukt. Ideeën over een eenvoudige stroomketen Deze uitdaging vereist dat leerlingen weten dat een complete stroomketen vereist is om een apparaat (de motor) te laten werken. Dit behelst praktijkervaring met het maken van een stroomketen, ervoor te zorgen dat verbindingen voorzichtig gemaakt worden en de resultaten te observeren. Terwijl sommige leerlingen weten dat een batterij twee verbindingspunten hebben, kunnen anderen zich er niet bewust van zijn dat een motor eveneens twee verbindingspunten heeft, of dat het omkeren van de verbindingen tussen de motor en de batterij ervoor zorgt dat de motor de andere kant op draait. Ze moeten eveneens het maken van onderbrekingen in de stroomketen verkennen en ontdekken. Les 2 biedt de mogelijkheid tot het ontwikkelen van technische vaardigheden met het bouwen van een eenvoudige stroomketen. Er is een verschil tussenweten hoecomponenten verbonden moeten worden om een volledige stroomketen te maken enbegrijpen waaromdit gebeurd. Begrijpen waarom is veel uitdagender. Onderzoek wijst uit dat leerlingen een reeks verklaringen hebben voor het gedrag van eenvoudige stroomketens (3). Afbeelding 1 toont de verbindingen nodig voor het maken van een volledige stroomketen om een gloeilamp te laten gloeien. 41

42 Afbeelding 1. Een volledige stroomketen om een gloeilamp te laten Batterij gloeien. _ + Draad A Draad B Gloeilamp Soms hebben kinderen een 'eenpolig model' voor ogen, waarbij zij denken dat alleen één draad stroom levert. Elektriciteit uit het stopcontact lijkt inderdaad maar één draad te hebben, dus dit is begrijpelijk. In dit denkbeeld wordt draad A (in afbeelding 1) vaak gezien als de draad die stroom levert aangezien leerlingen beredeneren dat 'elektriciteit' komt van het positieve uiteinde van de batterij. Ondanks dat ze erachter kunnen komen dat de tweede draad nodig is voor een volledige stroomketen, kunnen ze nog steeds denken dat het geen actieve rol speelt in het laten gloeien van de gloeilamp. Sommige leerlingen beschouwen 'elektriciteit' als iets dat stroomt vanuit beide uiteinden van de batterij. Ze denken wellicht dat er twee verschillende soorten 'elektriciteit' zijn die elkaar in de gloeilamp treffen en ervoor zorgen dat deze gloeit ( het botsende stromingen model). Anderen kunnen er een geconsumeerde stroom model op nahouden waarbij zij denken dat de terugkerende draad minder 'elektriciteit' doorvoert, aangezien een deel opgemaakt is door de gloeilamp (draad B bevat minder. elektriciteit dan draad A). In het wetenschappelijke model is de stroom opgeslagen binnen de stroomketen en bevatten beiden draden dezelfde hoeveelheid stroom (draad A = draad B). Voor veel leerlingen klopt dit niet aangezien zij beredeneren dat er iets gebruiktmoet worden door de gloeilamp. Om te begrijpen waarom stroom in stand gehouden blijft moet de leerling begrijpen dat energie wordt overgedragen naar het apparaat (gloeilamp, motor etc.). De energie van de beweging van de negatieve lading wordt overgedragen als beweging, licht en warmte als het apparaat werkt. De gloeilamp gloeit of de motor draait en beiden worden warm. Dit is een intuitief onaannemelijk en abstract idee dat er lastig is. Wetenschapsleerkrachten gebruiken vaak vergelijkingen om te helpen leerlingen hun observaties te verklaren. Asoko en de Bóo (4) suggereren een reeks vergelijkingen zoals die van een fietsketting waarbij de batterij vertegenwoordigd wordt door de persoon die de fiets trapt en de gloeilamp (of de motor) het fietswiel vertegenwoordigd. Het wiel draait en de gloeilamp 'gloeit'. De instandhouding van stroom wordt geïllustreerd door de bewegende ketting die niet 'op gemaakt' wordt. Echter, alle vergelijkingen hebben hun beperkingen waar de leerkrachten zich bewust van moeten zijn. In de fiets-vergelijking hebben de draden noch de energie een fysieke vertegenwoordiging. De leerkracht zal zijn/haar professionele beoordelingsvermogen moeten gebruiken om te besluiten wat geschikt is voor hun leerlingen. Voor het doel van deze uitdaging kan de leerkracht zich focussen op de technische onderneming van het bouwen van stroomketens. Sommige leerlingen zullen veel ervaring nodig hebben met het bouwen van stroomketen met gebruik van verschillende componenten voordat ze in staat zijn om het idee van een volledige stroomketen zullen kunnen generaliseren. Les 2 maak het ontwikkelen van concepten over de stroom binnen de keten en de overdracht van energie in de hoedanigheid van beweging en warmte in de motor mogelijk. Verder draagt de mogelijkheid om schakelaars te bouwen en in te begrijpen bij aan de kennis over een volledige stroomketen. Referenties (1) Nuffield Primary Science: Teachers Guides (Leeftijd 7-12): Elektricity and Magnetism (1995) HarperCollins Publishers: London 42

43 (2) Allen, M. ( 2010) Misconceptions in Primary Science. Open University Press: Berkshire, England (3) Driver, R., Squires, A., Rushworth, P. & Wood-Robinson, V.(1994) Making Sense of Secondary Science. Routledge : London. (4) Asoko, H. & de Bóo, M. (2001) Analogies & Illustrations: representing ideas in primary science. Association for Science Education: Hertfordshire. 43

44 Partners Bloomfield science Museum Jerusalem The National Museum of Science and Technologie Leonardo da Vinci Wetenschapscentrum NEMO Teknikens hus Techmania Science Center Experimentarium The Eugenides foundation Condervatoire National des Art et Métiers- muse des arts et métiers Science Oxford Het Deutsches Museum Bonn Boston s Museum of Science Netiv Zvulun School Istituto Comprensivo Copernico Daltonschool Neptunus Gränsskolan School De 21st Elementary School Maglegårdsskolen De Moraitis school EE. PU.CHAPTAL Pegasus Primary School KGS Donatusschule MAGLEGÅRDSSKOLEN Gentofte Kommunes skolevæsen ECSITE - Europees netwerk van wetenschapscentra en musea ICASE International Council of Associations for Science Education ARTTIC Manchester Metropolitan University University of the West of England Er zijn 10 lessenreeksen beschikbaar in deze talen: De modules zijn beschikbaar opwww.engineer-project.eutot 2015 en op 44