Lesbrief ontwerpend leren Gebruik deze lesbrief bij de proef Zonneoven en de Leerkrachtgids Ontwerpend leren met chemie.
Inleiding Deze lesbrief geeft verdieping en een lessuggestie rondom de ontwerpopdracht: Maak een caleidoscoop die één voorwerp zowel zes als acht keer kan laten zien. Lesopzet Doelgroep groep 5 t/m 8 Tijd 120 minuten Concepten en contexten zonne-energie, warmte, weerkaatsing, spiegels, brandpunt Leerdoelen kinderen leren samenwerken, creatief en innovatief denken, presenteren, kritisch denken en probleem oplossen (21st century skills). Samenvatting van de les verkennen van het onderwerp, in groepjes van drie of vier het programma van eisen invullen, ontwerp maken, prototype bouwen en testen. Link naar de proef www.c3.nl/kids/zonneoven Link naar leerkrachtgids www.c3.nl/onderwijsmiddelen/leerkrachtgids-snoep BELANGRIJK! Voor deze les heb je zonlicht nodig. Deze lesbrief volgt de methodiek van ontwerpend leren, zoals dat beschreven wordt in de leerkrachtgids Ontwerpend leren met chemie. Hij geeft sturing bij het ontwerpend leren en suggereert vragen die je als leerkracht kunt stellen over het onderwerp van deze proef. Tussen de vierkante haken [ ] vind je suggesties voor mogelijke antwoorden. Lesplan 1. Probleem constateren De zon straalt niet alleen licht uit, maar ook warmte. Dat voel je als je buiten lekker in de zon zit. Kun je deze warmte ook gebruiken om mee te koken? Hoe kun je dat doen? TIP: ga naar buiten met een thermometer en meet met de leerlingen de temperatuur op een plek in de zon en een plek in de schaduw. Wat is het verschil? Zorg dat je uit de wind staat. Bespreek de opdracht: Maak een zonneoven waarmee je een blikje water kunt verwarmen. 1 van 10
2. Verkennen Bespreek met de leerlingen - Een zonneoven kun je maken door zonnestralen te laten weerkaatsen op een spiegelend oppervlak. Het licht en de warmte worden allebei weerkaatst. - Een hol, rond voorwerp zorgt ervoor dat alle weerkaatste zonnestralen in hetzelfde punt komen (zie achtergrondinformatie). Welk voorwerp kun je gebruiken? [slakom, vergiet] Bekijk wat er gebeurt als je een lichtstraal op een spiegelend oppervlak laat vallen. Je kunt zonlicht gebruiken, maar dat is heel fel. Een goede zaklamp kan ook. Of maak een lichtbundel door een kartonnetje met een gaatje tussen de lamp en de spiegel te houden. Gebruik verschillende spiegelende voorwerpen. Bijvoorbeeld een (soep)lepel, een (bot) mes en een klein make-up spiegeltje. Stel daarbij de volgende vragen: - Wat gebeurt er? - Hoe loopt de lichtstraal? - Zie je verschil tussen verschillende voorwerpen? - Bekijk je spiegelbeeld in een lepel. Wat zie je? TIP: Laat zien dat als je het spiegeltje kantelt of draait, het licht van de weerspiegeling verplaatst. Laat de kinderen even met de spiegeltjes spelen. De basis voor deze proef is een ronde, holle schaal of vergiet, bekleed met aluminiumfolie. Vierkante zonneovens bestaan ook, maar een ronde holle heeft de meeste kans van slagen. Om de zonneoven te optimaliseren, kun je bij het ontwerpen de volgende vragen stellen: - Hoe krijg de zonnestralen gebundeld in het midden van de oven? - Waar zet je het blikje water neer? [in het midden? Op welke hoogte?] - Hoeveel water ga je verwarmen? - Hoe en hoe vaak test je of het water warm is geworden? - Ga je de zonneoven afdekken (met huishoudfolie)? - Kun je ook zonnestralen die buiten je oven vallen tóch naar het midden van de oven sturen? Programma van eisen Voordat je een ontwerp maakt, bepaal je eerst de eisen waaraan het ontwerp moet voldoen. Het is belangrijk dat deze eisen meetbaar zijn. In de tabel hieronder staan enkele voorbeeldeisen. Laat de leerlingen werkblad 1 invullen. Daar schrijven ze achter elke eis hoe ze meten of hun zonneoven ook echt voldoet aan de eis. # Wat is de eis? Hoe kun je dat testen? 1 Het water in het blikje wordt warm. Meet de temperatuur voordat je het blikje water in de zonneoven zet en na een uur in de zonneoven nog eens. (Vaker meten kan ook!) 2 Je moet zonlicht gebruiken Test of de oven het ook doet in de schaduw 3 De opwarming duurt geen maanden Meet hoe lang het duurt voordat het water in het blikje warm wordt 4 Er valt zoveel mogelijk zonlicht op het blikje. Probeer met spiegels en verschillende vormen hoe je zoveel mogelijk lichtbundels naar het blikje kunt sturen. Extra spiegels buiten de oven of een grotere kom kan natuurlijk ook. 5 Zet blikjes met evenveel water op verschillende Zonlichtstralen komen samen in één punt, het plekken in de zonneoven. Na een uur in de zon blikje moet in het brandpunt staan. de temperatuur in elk blikje meten. 2 van 10
In deze stap kun je als leerkracht voor twee verschillende werkvormen kiezen. Bij de ene stuur jij de les, bij de ander geef je de leerlingen meer vrijheid en sturen zij mee. Lessituatie 1 Lessituatie 2 De opdracht is in beide gevallen hetzelfde: Maak een zonneoven waarmee je een blikje water kunt verwarmen. Jij stelt het programma van eisen vast. Klassikaal bespreek je oplossingen voor elke eis en bedenk je hoe getest kan worden of aan de eis is voldaan. De leerlingen kiezen zelf eisen waaraan het ontwerp moet voldoen. Daarna bedenken ze in groepjes oplossingen en bespreken ze hoe getest kan worden of het ontwerp aan de eis voldoet. Mochten kinderen vastlopen kun je de volgende vragen stellen: - Hoe gebruik je een zonneoven? - Wat moet een zonneoven doen? - Wat heb je nodig om een zonneoven te maken? - Hoe kan ik controleren of de zonneoven werkt? Voordat de kinderen doorgaan met het maken van de zonneoven, controleer je of hun eisen en testen haalbaar zijn. Oplossingen bedenken Om één of meer oplossingen voor elke eis te bedenken, gaan de leerlingen brainstormen. De volgende regels zijn van toepassing bij brainstormen: - Alle ideeën zijn goed, niet gelijk oordelen - Laat je groepsgenoten uitpraten - Combineer ideeën - Teken je ideeën In de tabel hieronder staan enkele voorbeelden. Eis Oplossingen 1 2 Het blikje in het brandpunt Het water in het blikje wordt Het blikje zwart verven of plaatsen. Niet teveel water in warm. isoleren het blikje doen. Het blikje water kan niet Op twee wasknijpers zetten. Op een bolletje klei vastzetten. omvallen. 3. Ontwerp maken Om tot een ontwerp te komen moeten de leerlingen nu voor elke eis de beste oplossing kiezen. Deze oplossingen samen worden gecombineerd in één tekening (werkblad 3). Zo zien ze of de combinatie ook echt te realiseren is. Voordat de kinderen hun prototype gaan bouwen controleer je of hun ontwerp gemaakt kan worden. Klopt de constructie? Is al het materiaal aanwezig? Kan het binnen de gestelde tijd gemaakt worden? Als jij akkoord bent en de tekening te realiseren is, mogen de leerlingen naar stap 4 en het prototype gaan bouwen! Een prototype is de eerste versie van het product. 3 van 10
4. Product maken De leerlingen bouwen het product aan de hand van hun schets. Tip: Om alle zonnestralen naar één punt weerkaatsen, is het belangrijk dat het aluminiumfolie goed glad gestreken is. 5. Testen en evalueren Nu het prototype af is, testen de leerlingen of het voldoet aan de eisen die ze eerder hebben gesteld. Is het niet gelukt om aan alle eisen te voldoen of werkt de zonneoven niet zoals bedoeld? Laat ze dan een plan maken om het te verbeteren. Tijdens de wachttijd kunnen de leerlingen elkaars zonneoven bekijken. In welke oven zal de temperatuur van het water het meest/snelst stijgen? Je kunt ook om de vijf of tien minuten de temperatuur van het water meten. Ook kun je tijdens het wachten alvast aan de presentatie beginnen. 6. Presenteren In de leerkrachtgids staan ideeën voor een originele manier van presenteren. 7. Verdiepen/verbreden Hoe kun je de zonneoven nog beter laten werken? [denk aan een de grootte van de schaal, het moment van de dag, de plek van het blikje, afdekken met bijv. huishoudfolie]. Kun je ook iets eetbaars verwarmen? [bijvoorbeeld een marshmallow doet het goed. Sommige kinderen denken aan barbecueën en willen vlees verwarmen, dat wordt vaak niet goed gaar!] Kun je ook een bordspel maken waarvan jij warm wordt waarin lichtstralen en spiegels een rol spelen? Benodigdheden en toetsing Benodigdheden en veiligheid Een zonnige dag! Per groepje - Grote, hoge, ronde slakom of een vergiet - Aluminiumfolie - Plakband - Wasknijpers of klei - 2 Lege snoepblikjes met deksel - Maatbeker - Water - Buitenthermometer (0-100 C) Extra materialen voor nóg mooiere ontwerpen: kartonnen dozen, veel aluminiumfolie, klei, zwarte verf, huishoudfolie TIP: verwarm een marshmallow in plaats van een blikje water. Schijnt de zon toch niet? Gebruik dat een felle lamp als zon (Halogeenlamp van 500 Watt, verkrijgbaar bij de bouwmarkt). LET OP! Deze lamp kan heel heet worden. 4 van 10
Verwerking/toetsing/beoordeling Beoordeel de voortgang van de leerlingen op de leerdoelen samenwerken, creatief en innovatief denken, presenteren, kritisch denken, probleem oplossen. Ook de mate waarin zij zich kunnen uitdrukken rondom dit onderwerp kan een beoordelingscriterium zijn. Colofon Deze lesbrief Zonneoven is een uitgave van: Ontwikkeling: Juke Loman & Stichting C3 Uiteraard is door Stichting C3 veel zorg aan deze lesbrief besteed. Stichting C3 aanvaardt echter geen aansprakelijkheid voor schade die eventueel is ontstaan bij het geven van een experimenteermiddag. Voor deze lesbrief van Stichting C3 geldt een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Internationaal licentie (zie http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/). Stichting C3, September 2015 5 van 10
Achtergrondinformatie Werking Zonnestralen zijn rechte lijnen. Als een zonnestraal een glanzend oppervlak zoals aluminiumfolie raakt, weerkaatst de straal. Doordat de slakom hol is, worden alle zonnestralen die het aluminiumfolie in de kom raken, weerkaatst naar het midden. Ze komen samen in één punt. Natuurkundigen noemen dit het brandpunt. Hier wordt het heel warm door het licht en de warmte van al die stralen bij elkaar. Het blikje met water staat in het brandpunt en warmt daardoor sneller op dan een blikje dat naast de slakom staat. Zonneovens in arme landen In landen waar het heel warm is, maar waar de mensen erg arm zijn, wordt de warmte van de zon gebruikt om mee te koken. Er is daar vaak weinig aardgas of elektriciteit. Hout kunnen ze soms wel gebruiken. Maar zonneovens kunnen ook een goed alternatief zijn. Een letterlijk brandpunt Met een sterke loep kun je ook laten zien dat er een brandpunt ontstaat. Een loep weerspiegelt de zonnestralen niet maar buigt ze naar elkaar toe aan de andere kant van de loep. Het is een bekend, maar gevaarlijk proefje: Door met een loep zonlicht te richten op een vel papier, kun je een gaatje branden in het papier. Een letterlijk brandpunt dus. Wees er voorzichtig mee om dit proefje te laten zien of te vertellen. Het is natuurlijk niet bedoeling dat er brandjes ontstaan op het schoolplein! Hoek van inval Als een lichtbundel een vlakke verticale spiegel raakt geldt de regel: de hoek van inval is de hoek van weerkaatsing. In de figuur hiernaast zijn θi en θr dus gelijk. Daardoor kun je voorspellen hoe een invallende lichtbundel weerkaatst zal worden. TIP: bekijk met de klas dit filmpje over zonne-energie in het algemeen http://www.schooltv.nl/video/zonne-energie-energie-van-de-toekomst/. 6 van 10
Werkblad 1: Programma van Eisen Leerling 1: Leerling 2: Leerling 3: Leerling 4: # Wat is de eis? Hoe kun je dat testen? 1 2 3 4 5 Handtekening docent ter goedkeuring: 7 van 10
Werkblad 2: Oplossingen bedenken Groepsnaam: Leerling 1: Leerling 2: Leerling 3: Leerling 4: Eis 1. Oplossingen 1 2 3 2. 3. 4. 5. 8 van 10
Werkblad 3: Ontwerptekening Groepsnaam: Leerling 1: Leerling 2: Leerling 3: Leerling 4: Teken hier je concept ontwerp: Handtekening docent ter goedkeuring: 9 van 10