Groep 7 & 8 Team van maximaal 4 leerlingen Lesbrief voor leerkracht Uitdaging Ontwerp en bouw een installatie waarmee in 1 minuut zoveel mogelijk water wordt afgevoerd naar een 30 centimeter hoger gelegen niveau. Inleiding In deze uitdaging staat het transport van water centraal. De leerlingen krijgen de opdracht om een installatie te bouwen waarmee ze binnen één minuut zoveel mogelijk water van een laag naar een hoger niveau kunnen transporteren. De basismaterialen zijn twee speciekuipen, waarvan er één gevuld is met water en een aantal bakstenen. Aanvullende materialen zijn naar eigen inzicht in te zetten. Essentieel is het gebruik van een techniek om het water omhoog te verplaatsen. De lesbrief bevat alle informatie die je nodig hebt om de uitdaging in de klas aan te gaan. Achter deze lesbrief tref je aanwijzingen aan die van belang zijn voor deelname aan het Techniek Toernooi. Hier lees je onder andere aan welke voorwaarden de installatie moet voldoen. Doelstellingen De leerlingen: Ontdekken en onderzoeken verschillende manieren van watertransport. Experimenteren met verschillende (deel)oplossingen voor een installatie om water naar een hoger gelegen niveau af te voeren. Handige materialen: Twee speciekuipen (ongeveer 90 liter). Enkele bakstenen. Water. Voor de installatie: Het materiaal voor het maken van de installatie is vrij, maar er mogen geen kant-enklare producten worden gebruikt. Het gebruik van elektriciteit of brandstof is niet toegestaan voor de aandrijving van de installatie. Voor de presentatie: Alles is toegestaan. Zorg bij de wedstrijd zelf voor presentatiemiddelen (fotoverslag, digitale presentatie etc.) maar houd er rekening mee dat er geen elektriciteit en internet beschikbaar is tijdens de wedstrijd. Een digitale camera en ander materiaal voor het maken van het fotoverslag. Voorbereiding: Lees de lesbrief en de achtergrondinformatie goed door. Je vindt de achtergrondinformatie, tips en antwoorden op veel gestelde vragen op www.techniektoernooi.nl. Verbreed en verdiep uw kennis van de sleutelwoorden, bijvoorbeeld met behulp van informatie op internet (www.wikipedia.nl, www.encyclo.nl, www.google.nl, www.encyclopedoe.nl). Zoek afbeeldingen en filmpjes over de afvoer van water. Op www.techniektoernooi.nl vind je links naar geschikte filmpjes voor groep 7-8. Bekijk op de website van het Nederlands Openluchtmuseum (www.openluchtmuseum.nl) de informatie over de poldermolen (nummer 23 op de plattegrond). Verzamel de bovengenoemde materialen. 2
Sleutelwoorden De afwatering: Afwatering is het afvoeren (bijvoorbeeld met behulp van een pomp) van water dat via een stelsel van sloten, kanalen en boezems naar een lozingspunt (zoals een rivier) is getransporteerd. Bemalen: Bemalen is het droogmaken, leegpompen van een polder of bouwput. De droogmakerij: Een droogmakerij is een bemalen gebied (polder) dat van oorsprong een meer of drasland was. De emmerketting: Een emmerketting is een ketting waaraan emmers zijn bevestigd om bagger en zand van de waterbodem te scheppen. Het is het belangrijkste onderdeel van een emmerbaggermolen. Het gemaal: Een gemaal is een installatie om water van een lager naar een hoger niveau te transporteren. De ontwatering: Ontwatering (of drainage) is het afvoeren van water uit de bodem via drains, sloten of greppels. De poldermolen: Een poldermolen is een windmolen die water van een lager niveau naar een hoger niveau transporteert. De pomp: Een pomp is een werktuig dat een vloeistof of gas verplaatst. Het scheprad: Een scheprad is een wateropvoerwerktuig, een installatie die water naar een hoger niveau vervoert. De schroef van Archimedes: De schroef van Archimedes (of waterschroef) is een uitvinding van Archimedes waarmee o.a. vloeistoffen kunnen worden getransporteerd. De schroef is in een buis gemonteerd. Zowel de schroef als de buis draait rond. De vijzel: Een vijzel (of wormschroef) is vergelijkbaar met de schroef van Archimedes, maar draait niet in een buis. Activiteiten op school Een techniekles bestaat uit verschillende fasen. De leerlingen maken kennis met de uitdaging (Introductie), verkennen/onderzoeken deze uitdaging en bedenken verschillende oplossingen (Ontdek en onderzoek), kiezen de beste oplossing, testen en verfijnen deze (Ontwerp, maak en test) en presenteren de oplossing (Presenteer). Onderstaande lesopbouw zorgt voor een gedegen voorbereiding op het Techniek Toernooi. Introductie Vertel dat de leerlingen gaan deelnemen aan het Techniek Toernooi met de uitdaging Hoge stroming. Vraag aan de leerlingen of ze weten waaraan ons land de naam Nederland te danken heeft (een groot deel van Nederland ligt beneden de zeespiegel) en of ze weten hoe we ons land droog houden, zodat we geen natte voeten krijgen (duinen, dijken, polders, afwatering, ). Toon een filmpje over de afvoer van water (www.techniektoernooi.nl). Bespreek het begrip de afwatering. Wat weten de leerlingen hier al van? Hoe kun je water afvoeren? Maak samen een woordweb. Bespreek de sleutelwoorden met de leerlingen. Gebruik afbeeldingen om de woorden de droogmakerij, de emmerketting, het gemaal, de poldermolen, de pomp, het scheprad, de schroef van Archimedes en de vijzel uit te leggen. Vul een speciekuip met water en enkele bakstenen. Hoe kan het water afgevoerd worden? Analyseer het probleem en vul het woordweb aan. Herhaal hierbij de sleutelwoorden. Sluit de introductie af met de onderzoeksvraag: Hoe kan het water getransporteerd worden naar een hoger gelegen niveau? (afwateren). 3
Ontdek en onderzoek Plaats de twee speciekuipen (waarvan één voor twee derde gevuld met water en enkele bakstenen) in de klas. Het hoogteverschil is 30 cm (bodemniveau). De horizontale afstand tussen de kuipen bedraagt 25 cm. Verdeel de klas in groepjes van maximaal vier leerlingen. Elk groepje gaat aan de slag met het vinden van een oplossing voor het probleem. Zij bedenken, ontdekken en onderzoeken hoe je water naar een hoger gelegen niveau kunt transporteren. Verdeel in elke groep de rollen. De leerlingen denken allemaal na over de oplossingen. Om dit proces goed te laten verlopen, is het handig om te werken met de volgende rollen: De voorzitter zorgt ervoor dat iedereen aan het woord komt. De tijdbewaker bewaakt de tijd. De verslaggever schrijft op wat er besproken wordt. De fotograaf legt het proces van ontdekken en onderzoeken vast. De leerlingen verkennen de onderzoeksvraag (het probleem) en bedenken deelvragen. Denk hierbij aan vragen als: Voor welke manier van water afvoeren kiezen wij? Welk materiaal hebben we daarbij nodig? Wat zijn de nadelen van de stenen in de speciekuip? De leerlingen bedenken een testopzet: Wat hebben ze allemaal nodig om de deelvragen te kunnen beantwoorden? Hoe wordt er eerlijk gemeten? Ze verzamelen de materialen en meetinstrumenten. De leerlingen bedenken verschillende oplossingen. In deze aanrommel fase opperen ze ideeën, proberen deze uit en bespreken de voor- en nadelen. Ze doen voorspellingen en formuleren verwachtingen. Hierbij maken ze gebruik van de achtergrondinformatie die in de introductiefase is aangeboden. Stimuleer de leerlingen om verder onderzoek te doen, bijvoorbeeld op internet (zie www.techniektoernooi.nl voor een overzicht van geschikte websites). Ontwerp, maak en test Het beste idee wordt uitgewerkt. Eerst maken de leerlingen een ontwerp (schets) van de installatie waarmee ze het water kunnen afvoeren naar een hoger niveau. In hun ontwerp nemen ze de resultaten mee uit de ontdek- en onderzoekfase. Vervolgens werken ze de schets uit in een werkend prototype. De leerlingen testen de installatie, meten de resultaten, noteren hun waarnemingen en trekken conclusies. Ze verbeteren de installatie indien nodig. Het is mogelijk dat er daarbij teruggegaan wordt naar de fase Ontdek en onderzoek. Herhaal het testen en verbeteren net zo lang tot de meest ideale oplossing ontwikkeld is. Deze oplossing wordt gepresenteerd tijdens het Techniek Toernooi. Presenteer Tijdens alle fasen is door de verslaggever en de fotograaf vastgelegd wat er gebeurd is, wat er besproken is, waarom bepaalde ideeën wel of niet werkten. De leerlingen verwerken dit in een presentatie van maximaal 3 minuten. Deze presentatie kan verschillende vormen hebben, zowel digitaal (PowerPoint, Prezi, filmpje, digitaal fotoverslag, ) als op papier (poster, fotocollage, fotoboek, ). Let op, er is geen elektriciteit en internet beschikbaar tijdens de wedstrijd. Indien een computer nodig is voor de presentatie, moet het team zelf een opgeladen laptop meenemen naar de wedstrijddag. Gebruik deze presentatie als middel om terug te kijken op het proces. Tijdens het Techniek Toernooi gaat het om het inzicht geven in het proces van ontdekken, onderzoeken, ontwerpen en maken. In de klas kan ook aandacht worden besteed aan de samenwerking in de groepjes. Tip: tijdens het proces hebben de leerlingen vaak zeer rijke en inspirerende gesprekken. Verwerk mooie quotes en bijzondere leerervaringen in de presentatie en gebruik deze tijdens de reflectie op het proces. De presentatie kan tevens worden ingezet als middel om de leerstof te verdiepen. Hoe hebben echte wetenschappers en ontwerpers het probleem aangepakt? 4
Ga de uitdaging aan op het Techniek Toernooi! De wedstrijd Ontwerp en bouw een installatie waarmee in 1 minuut zoveel mogelijk water wordt afgevoerd naar een 30 cm hoger gelegen niveau. De opstelling Een speciekuip is voor twee derde gevuld met water en enkele bakstenen. Het aantal gebruikte bakstenen zal de jury per toernooi variëren om de moeilijkheidsgraad van de uitdaging te verhogen. Een tweede speciekuip staat 30 cm hoger (bodemniveau) en 25 cm vanaf de eerste speciekuip. 25 centimeter 1/3 2/3 30 centimeter Het verloop van de wedstrijd Bij binnenkomst gaat ieder team naar de tafel waar zijn teamnummer bij staat. Achter deze tafel wordt de laatste hand gelegd aan de installatie waarmee het water kan worden afgevoerd. Eventueel tijdens de reis opgelopen schade kan in deze voorbereidingstijd hersteld worden. De tafel is ook bedoeld om het proces te presenteren aan de jury. De organisatie maakt een foto van de opstelling. Daarna moeten de leerlingen wachten tot de jury langskomt. Houd er rekening mee dat het laatste team ongeveer een half uur moet wachten. De jury komt langs om de presentatie te beoordelen. De presentatie mag niet langer duren dan 3 minuten. Wanneer alle teams zijn beoordeeld, worden de teams om de beurt uitgenodigd om naar de wedstrijd arena te komen. In de wedstrijdarena staan enkele opstellingen zoals hierboven beschreven. Er kunnen dus meerdere teams tegelijk deelnemen. Begeleiders zijn niet toegestaan in de wedstrijdarena, maar er is genoeg ruimte rondom de arena. Ieder team krijgt 5 minuten de tijd om de waterkuip naar eigen inzicht in te richten en de installatie op te stellen. Voorwaarde is dat er geen stenen meer dan 10 cm boven de rand van de kuip uitsteken. Na 5 minuten start het team op een teken van de jury met het afvoeren van het water. Na 1 minuut wordt het afwateren gestopt en meet de jury de hoeveelheid afgevoerd water. Het team dat het meeste water in 1 minuut heeft afgevoerd, wint. Wat heb je op school nodig? Zie bij Handige materialen in de lesbrief. De organisatie zorgt voor: Een speciekuip voor twee derde gevuld met water en een aantal bakstenen. 5
Een lege speciekuip. (zie de opstelling hier boven). Wat mag er wel? De stenen mogen in de kuip verplaatst worden, maar niet meer dan 10 cm boven de rand van de speciekuip uitsteken. Wat mag er niet? Er mogen geen kant-en-klare producten worden gebruikt; onderdelen van niet-professionele apparatuur is wel toegestaan. Het water mag niet met de handen verplaatst worden. Kijk voor meer informatie regelmatig op de website www.techniektoernooi.nl bij de rubriek Vraag & Antwoord. Tijdens de wedstrijd mogen de kinderen niet door hun begeleiders worden geholpen. Wat doet de jury? Waar let de jury op? Voldoen het team en de installatie aan de voorwaarden? Wat is het meetbare resultaat? Dit wordt gemeten met een meetlat of een weegschaal. De jury zal het fotoverslag of de presentatie van de voorbereidingen op de wedstrijd in de beoordeling betrekken. Neem de presentatie dus mee naar de wedstrijd. De jury vindt het belangrijk om inzicht te krijgen in het proces van idee naar ontwerp naar uitvoering en gebruikt het verslag onder andere om de voorbereiding en de eigen inbreng van de leerlingen te beoordelen. Wie wint? Het team dat in 1 minuut het meeste water transporteert naar de 30 centimeter hoger gelegen afvoerkuip wint, mits naar het oordeel van de jury aan alle voorwaarden is voldaan. De tweede en derde prijs zijn voor de teams die net iets minder water getransporteerd hebben dan de nummer 1. Het team dat de meest originele oplossing heeft bedacht, wordt beloond met de originaliteitprijs. Per team kan maar één prijs worden gewonnen. Belangrijk! De kuipen staan opgesteld in een ruimte waar meerdere teams zijn. Instrueer de leerlingen rekening te houden met de andere teams (sportiviteit!). Eventuele kleine wijzigingen in de regels en randvoorwaarden in de lesbrief worden gepubliceerd op de website van het Techniek Toernooi (www.techniektoernooi.nl) onder Vraag & Antwoord en eventueel per e-mail gecommuniceerd aan de teams die zich voor de desbetreffende uitdaging hebben aangemeld. Neem in geval van twijfel over de regels en voorwaarden contact op met de organisatie van het Techniek Toernooi (techniek@techniektoernooi.nl). Voorkom teleurstellingen op de wedstrijddag! Veel succes! Techniek Toernooi 2014 6