Woord vooraf Techniek is een prachtig huis met vele kamers. Als leerkracht technologische opvoeding bent u uitstekend geplaatst om jongeren met een technische knobbel te begeleiden op hun ontdekkingstocht door dat huis. Maar omdat uw tijd beperkt is, loopt dat niet altijd van een leien dakje. Daarom ontvangt u nu van toekomstopwielen.be de tweede lesbrief voor leerkrachten, het ideale hulpmiddel om techniek en auto s op een leuke manier in uw lessen aan bod te brengen. Achtergrond Dankzij dit theoretische hoofdstukje kan u zich de inhoud van het onderwerp eigen maken en kan u inschatten over welke kennis de leerlingen moeten beschikken om de opdrachten aan te kunnen. Eindtermen Een overzicht van de eindtermen technologische opvoeding die met de opdrachten in deze lesbrief behandeld worden. Opdrachten De eigenlijke opdrachten zijn doorspekt met tips en didactische wenken om de opdracht nog beter in te kleden en te kaderen. De opdrachten variëren in moeilijkheid voor het 1ste en het 2de jaar, maar altijd gaat het om: het opstellen van een schema of overzicht het opsporen van een fout of storing het uitvoeren van een proef of opstelling. De lesbriefonderwerpen: Nummer 1: technisch communiceren (reeds verschenen) Nummer 2: beslissen met poorten en sturingen (nu beschikbaar) Nummer 3: elektrische kringloop (februari 2008) Nummer 4: overbrengingen (mei 2008) Evaluatie Dit laatste hoofdstuk bevat de resultaten of oplossingen van de opdrachten en suggesties voor een nabespreking. Lesbladen De invulbladen voor de leerlingen worden u apart aangeboden. U kan ze makkelijk zelf in de gewenste oplage afdrukken. Vier lesbrieven, vier verschillende onderwerpen die perfect inspelen op de eindtermen van het leerplan. Maar de indeling van de lesbrieven verandert niet. Elke editie heeft vijf vaste hoofdstukken: Log met uw persoonlijke paswoord in op de leerkrachtenpagina van de Garagastensite. Op www.garagasten.be/ leerkrachten kan u zowel de lesbrief als de lesbladen in pdfformaat downloaden. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 1
1 Achtergrond beslissen met poorten en sturingen 1 ste jaar Beslissen met poorten De automatische deur van een supermarkt, een spot die aanspringt zodra iemand in de buurt komt, de verwarming die afslaat zogauw een bepaalde temperatuur bereikt is... allemaal courante voorbeelden van schakelingen met poorten en sturingen. In alledrie de gevallen wordt informatie elektrisch verwerkt, met een openschuivende deur, een brandend licht of een afkoelende verwarming als resultaat. Invoer verwerking uitvoer, dat is het vaste stramien bij beslissen met poorten en sturingen. Het beslissingspaneel: invoer, verwerking, uitvoer Met een beslissingspaneeltje kunnen de leerlingen zelf eenvoudige schakelingen bouwen. Ook dat paneeltje werkt volgens het principe invoer, verwerking en uitvoer. Door de invoerorganen via elektriciteitskabeltjes met de uitvoerorganen te verbinden, bouwen de leerlingen een eenvoudige schakeling. Als ze de drukknop en de lamp verbinden, gaat de lamp branden zogauw de knop is ingedrukt (gesloten stroomkring). Door de invoerorganen met een poort te verbinden en die poort dan weer met een uitvoerorgaan te verbinden, ontstaan ingewikkelder schakelingen waarbij de lamp, de zoemer of het relais pas werken als aan verschillende voorwaarden is voldaan. De EN-poort laat enkel stroom door als z n twee ingangen een signaal ontvangen. Als de poortingangen met de lichtsensor en de schuifschakelaar verbonden zijn en de poortuitgang met de zoemer, dan beslist de poort dat de zoemer pas stroom krijgt als de sensor EN de schakelaar stroom doorlaten. De OF-poort laat stroom door zogauw ze minstens één keer stroom krijgt. Een toepassing hiervan is de centrale verwarming. Die slaat af als de thermostaat vaststelt dat een bepaalde temperatuur bereikt is OF als ze handmatig wordt uitgezet. De NIET-poort draait het ontvangen signaal om. Ontvangt ze stroom dan geeft ze geen stroom door en omgekeerd. Sluit je de drukknop en de zoemer op de NIETpoort aan, dan weerklinkt er gezoem zolang je de knop NIET indrukt. Het linkerdeel van het paneel bevat de invoerorganen: een schuifschakelaar, een lichtsensor, een temperatuursensor en een drukknop. Als het paneel op een batterij of adapter is aangesloten, kan de stroomkring met die invoerorganen geopend of gesloten worden. De sensoren reageren op licht of warmte, de schakelaar en de drukknop worden handmatig bediend. Centraal op het paneel staan drie beslissingsorganen, drie poorten die aangeduid worden met EN, OF en NIET. De EN- en de OF-poort hebben twee stekkerbussen als ingang, de NIET-poort één. Elke poort heeft één stekkerbus als uitgang. Rechts staan een zoemer, een relais en een lamp, dat zijn de uitvoerorganen. De relaisschakelaar opent of sluit een tweede stroomkring en is dus een manier om een elektrisch apparaat, zoals een ventilator, aan te sturen. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 2
1 Achtergrond beslissen met poorten en sturingen Combinaties van poorten 2 De jaar Beslissingen kunnen ook genomen worden door twee of meer poorten die in een vaste volgorde geschakeld zijn. Op het paneel zijn zes combinaties mogelijk door twee poorten te verbinden. EN gevolgd door NIET: beslissing EN-poort wordt omgedraaid OF gevolgd door NIET: beslissing OF-poort wordt omgedraaid NIET voor EN of OF: een van de ingangen van de EN- of OF-poort wordt omgedraaid EN voor OF: OF-poort geeft stroom door als ze een signaal krijgt van de EN-poort of van een invoerorgaan OF voor EN: EN-poort geeft stroom door als ze een signaal krijgt van de OF-poort en van een invoerorgaan De leerlingen van het tweede jaar zetten een stap verder in hun studie van de middelen waarmee gegevens elektronisch verwerkt worden tot informatie. Zij maken kennis met een nieuw beslissingsinstrument: het tellerpaneel. Ook dit paneel bestaat, net als het beslissingpaneel, uit drie delen. Blokschema Om de technische communicatie over schakelingen te vergemakkelijken, geven we de verbindingen verkort weer in een blokschema. De invoerorganen, de poorten en de uitvoerorganen worden aangeduid met een vaste letter (die zijn terug te vinden op de didactische fiche bij deze lesbrief). Verbindingen worden aangeduid met. Het tellerpaneel: invoer, verwerking, uitvoer Links op het paneel staan drie invoerorganen, die alledrie voor impulsen (stroomstoten) zorgen. De impulsgenerator geeft afwisselend stroom en geen stroom. De frequentie van deze impulsen kan verhoogd of verlaagd worden met de draaiknop. De resettoets is een drukknop die een impuls geeft als je ze indrukt, net als de teltoets. De centrale telmodule bevat drie onderdelen. De binaire teller heeft vier telleruitgangen, aangeduid met 8, 4, 2 en 1. De resetingang maakt het mogelijk om de functie van de resettoets door een ander invoerorgaan (bv van het beslissingspaneel) te laten overnemen. De telleringang laat dan weer toe dat een invoerorgaan de taak van de teltoets overneemt. De uitvoer bestaat uit een digitale display die cijfers en enkele letters kan weergeven. Bij het aansluiten van het paneel staat die display op nul. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 3
1 Achtergrond beslissen met poorten en sturingen Werking van het tellerpaneel Bij elke impuls die aan de binaire teller wordt doorgegeven, verhoogt het cijfer op de display met 1. Nu kan je op verschillende manier voor impulsen zorgen. Op de teltoets drukken, is de meest voor de hand liggende manier. Een druk op de toets sluit de stroomkring en geeft een impuls aan de teller. De impulsgenerator doet hetzelfde, maar hij opent en sluit de stroomkring geheel automatisch en met een bepaalde regelmaat. Als je die regelmaat zo afstelt dat er om de seconde een stroomstoot vertrekt, heb je een secondeteller gebouwd. Je moet de generator dan wel aansluiten op de telleringang. Op die ingang kan je overigens ook andere invoerorganen aansluiten, bijvoorbeeld de lichtsensor van het beslissingspaneel. Bij elke verandering van donker naar licht, verhoogt de tellerinhoud dan met 1. Die inhoud wordt met oplichtende ledjes weergegeven op de binaire teller. Als de inhoud 11 is, branden de leds van de telleringangen 8, 2 en 1. Tellerinhoud 6 wordt weergegeven met een oplichtende led bij de ingangen 4 en 2. Om de binaire teller en de display weer op nul te krijgen, volstaat een druk op de resettoets. Als je een invoerorgaan aansluit op de resetingang springen teller en display op nul zogauw dat invoerorgaan een impuls geeft. Een van die mogelijkheden is een poortuitgang verbinden met de telleringang. Dat is een prima manier om handmatig te kunnen starten en stoppen met tellen. Als je de drukknop en de impulsgenerator via de OF-poort met de telleringang verbindt, dan stopt de teller zolang je de knop ingedrukt houdt. Ten slotte kan ook automatisch resetten van praktisch nut zijn in een technische toepassing. Automatisch resetten op de cijfers 1, 2, 4 en 8 kan heel eenvoudig door de betrokken telleruitgang met de resetingang te verbinden. Voor andere getallen is een combinatie met poorten vereist. Blokschema Om de technische communicatie over schakelingen op het tellerpaneel te vergemakkelijken, geven we de verbindingen verkort weer in een blokschema. De invoerorganen en telleruitgangen worden aangeduid met een vaste letter (die zijn terug te vinden op de didactische fiche bij deze lesbrief). Verbindingen worden aangeduid met. Creatief met het tellerpaneel Dankzij de vier uitgangen van de binaire teller kan je ervoor zorgen dat een vooraf bepaalde tellerstand gesignaleerd wordt via de uitvoerorganen van het beslissingspaneel. Als je uitgang 8 aansluit op de lamp, dan gaat de lamp branden zogauw het display op 8 springt. Complexere getallen signaleren kan ook. Maar daar heb je de poorten van het beslissingspaneel voor nodig. Verbind uitgang 4 en uitgang 1 met de ingangen van de EN-poort en verbind de uitgang van die poort met de zoemer, en je hoort een zoemend geluid zodra de display een 5 vertoont. En natuurlijk kunnen niet alleen telleruitgangen op poorten aangesloten worden. Ook met de impulsgenerator en de sensoren en schakelaars van het beslissingspaneel kan dat. Als je de impulsgenerator en de drukknop via de OF-poort met de lamp verbindt, krijg je een knipperlicht als de knop niet is ingedrukt en een continu brandend licht als de knop wel is ingedrukt. De mogelijkheden zijn hier legio. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 4
2 EINDTERMEN A-stroom 1 Kennismaken met techniek en erover reflecteren De leerlingen illustreren het belang van technische tekeningen en andere technische gegevensoverdragers. maken kennis met de activiteiten van technische beroepsbeoefenaars, zowel mannen als vrouwen. 2 Planmatig werken en attitudes aannemen De leerlingen evalueren eigen werk in elke fase van het technologisch proces. raadplegen een handleiding, plan of schema. leren systematisch te werk gaan bij het uitvoeren van een technische opdracht. leren het belang erkennen van de technische beroepen en van technische vaardigheden in de huidige samenleving, zowel voor mannen als voor vrouwen. 3 Enkele technische begrippen verwerven De leerlingen duiden de onderdelen aan van een technisch systeem met behulp van een eenvoudig schema (stuklijst en/of symbolen). herkennen in concrete situaties de meest gebruikte technische tekensymbolen en genormaliseerde afspraken. beschrijven het werkingsprincipe van een toestel met eenvoudige automatische regeling. herkennen de basisbegrippen invoer, verwerking en uitvoer bij gegevensverwerkende systemen. illustreren met een voorbeeld de werking en de functie van verwerkings- of beslissingseenheden (logische poorten) en demonstreren dat op een didactische eenheid. (tweede jaar) demonstreren het principe van een telfunctie op een didactische eenheid. 4 Enkele technische basisvaardigheden beheersen De leerlingen gebruiken voor een eenvoudig praktisch werkstuk het gepaste gereedschap. brengen een eenvoudige tekening over op materiaal. schetsen een eenvoudig technisch voorwerp. maken eenvoudige elektrische verbindingen aan de hand van een schema. passen probleemoplossende technieken toe. verduidelijken een eigen idee met een schets. B-stroom De leerlingen kunnen symbolen lezen die rechtstreeks in verband staan met het gekozen verkenningsgebied. kunnen eenvoudige tekeningen lezen. kunnen bij de opgelegde oefeningen juist, veilig en volgens gepaste regels omgaan met gereedschappen, toestellen of apparaten. Zij kennen ook de juiste benaming, enkele mogelijkheden en beperkingen ervan. kunnen onder begeleiding een opdracht voltooien en de kwaliteit controleren en evalueren. kunnen fouten of gebreken die ze gemaakt hebben herkennen, opzoeken en zo mogelijk herstellen. monteren (demonteren) of construeren of voegen de verschillende delen samen, herkennen de samenhang, benoemen de delen en voeren het geheel precies uit. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 5
3 opdrachten 1 ste jaar 1.2 Zoek de fout: waarom werkt deze schakeling niet? Aanpak Auto s zitten boordevol schakelingen, van heel eenvoudige tot behoorlijk complexe. De opdrachten hieronder zijn daarom heel realistische toepassingen van het schakelpaneel in de autosector. Om het helemaal echt te maken, werken we met blokschema s waarin nogal wat geijkte technische symbolen terugkomen. Om ervoor te zorgen dat er geen misverstanden ontstaan over die symbolen, werden ze allemaal samengebracht op een handige fiche die apart beschikbaar is. Die fiche houden de leerlingen altijd bij de hand zodat ze voortdurend kunnen nagaan of ze de juiste symbolen gebruiken. Mocht u in uw lessen een andere conventie volgen voor het aanduiden van invoerorganen, uitvoerorganen en poorten, dan kan u uw leerlingen die symbolen op hun fiche laten aanpassen. In de tweede opdracht gaan de leerlingen op zoek naar de fout. Een paneelschema is gegeven, maar als de leerlingen de schakeling uitvoeren, hapert er wat. Waarom? Dit is de setting: De temperatuur kan hoog oplopen in een autogarage. Daarom moeten de leerlingen ervoor zorgen dat de airco aanslaat zogauw het te warm wordt en zolang er licht in de werkplaats brandt. Tegelijk zorgen ze ervoor dat de airco altijd handmatig kan worden afgezet. Laat de leerlingen de fouten aanduiden op het schema. Daarna tekenen ze de juiste schakeling op het blokschema en het paneel. 1.1 Hoe brandt de lamp? De eerste opdracht is een eenvoudige toepassing van het principe invoer bewerking uitvoer: Als je de koffer van een auto opent, gaat automatisch een lichtje branden. Als je de koffer weer sluit, dooft ook het lichtje. Hoe ziet het blokschema eruit voor deze schakeling? En het paneelschema? Opmerking: Om te voorkomen dat leerlingen al te creatieve oplossingen in hun schema s uitwerken, is het goed om vooraf in klasverband na te gaan welke invoer- en uitvoerorganen nodig zijn om de opdracht tot een goed einde te brengen. Als iedereen het erover eens is dat een drukknop en een lamp absoluut vereist zijn, kan het individuele denkwerk over de concrete toepassing beginnen. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 6
3 opdrachten 1.3 Bouw zelf een schakeling 2 de jaar In de derde opdracht moeten de leerlingen zelf aan de slag om een schakeling te bouwen. Meteen kunnen ze testen of hun denkwerk klopt. Dit is de opdracht: Het gebeurt wel s dat een chauffeur s ochtends z n wagen parkeert en helemaal vergeet om z n koplampen uit te zetten. Als die lampen de hele dag blijven branden, komt de chauffeur s avonds voor een heel onaangename verrassing te staan: de koplampen hebben alle energie uit de accu verbruikt. Gevolg: de accu kan niet genoeg stroom meer leveren om de auto te starten. Om dat probleem te voorkomen, geven moderne auto s een geluidssignaal als de portieren van de auto geopend worden terwijl de koplampen nog branden. Laat uw leerlingen het blokschema van deze schakeling tekenen. Daarna kan u kiezen. Hebben alle leerlingen een schakelpaneel bij de hand, dan bouwen ze de schakeling van hun blokschema na. Geen schakelpanelen voorradig? Dan laat u uw leerlingen het blokschema vertalen naar het paneelschema. Aanpak Auto s zitten boordevol schakelingen, van heel eenvoudige tot behoorlijk complexe. De opdrachten hieronder zijn daarom heel realistische toepassingen van het schakelpaneel in de autosector. Om het helemaal echt te maken, werken we met blokschema s waarin nogal wat geijkte technische symbolen terugkomen. Om ervoor te zorgen dat er geen misverstanden ontstaan over die symbolen, werden ze allemaal samengebracht op een handige fiche die apart beschikbaar is. Die fiche houden de leerlingen altijd bij de hand zodat ze voortdurend kunnen nagaan of ze de juiste symbolen gebruiken. Mocht u in uw lessen een andere conventie volgen voor het aanduiden van invoerorganen, uitvoerorganen en poorten, dan kan u uw leerlingen die symbolen op hun fiche laten aanpassen. 2.1 Knipperlicht in actie. Opmerking: Ook hier is het goed om vooraf in klasverband na te gaan welke invoer- en uitvoerorganen nodig zijn om de opdracht tot een goed einde te brengen. Als iedereen het eens is over de componenten van de schakeling, kunnen de leerlingen ieder voor zich over de concrete toepassing beginnen nadenken. De eerste opdracht is een mooie toepassing van de impulsgenerator. Die wordt gecombineerd met een van de invoerorganen die de leerlingen nog kennen van het vorige schooljaar. Dit is de opdracht: Als de motor van een auto te heet wordt, is de kans groot dat hij schade oploopt. Zorg er daarom voor dat er in het dashboard een lichtje gaat knipperen als de temperatuur in de motor te hoog wordt. Hoe ziet het blokschema eruit voor deze schakeling? En het paneelschema? Opmerking: Om te voorkomen dat leerlingen al te creatieve oplossingen in hun schema s uitwerken, is het goed om vooraf in klasverband na te gaan welke invoer- en uitvoerorganen nodig zijn om de opdracht tot een goed einde te brengen. Als iedereen het erover eens is dat de impulsgenerator met de temperatuursensor gecombineerd moet worden, kan het individuele denkwerk over de concrete toepassing beginnen. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 7
3 opdrachten 2.2 Zoek de fout: waarom werkt deze schakeling niet? 2.3 Auto s tellen In de tweede opdracht gaan de leerlingen op zoek naar een fout in het gegeven paneelschema. Dit is de opdracht: Als de koplampen van een stilstaande auto de hele dag blijven branden, verbruiken ze alle energie uit de accu. Met als gevolg dat die accu onvoldoende stroom kan leveren om de auto te starten. Om dat probleem te voorkomen, geven moderne auto s een geluidssignaal als de portieren van de auto geopend worden terwijl de koplampen nog branden. Dat signaal hoeft niet meteen te klinken, maar pas als het portier vier seconden lang geopend is. Op die manier krijgt de chauffeur nog de kans om z n verstrooidheid zelf recht te zetten. Bij de derde opdracht moeten de leerlingen bewijzen dat ze zelf een complexe schakeling kunnen bouwen. De oefening leent zich prima voor groepswerk. Verdeel de klas daarom in groepen van drie en zorg ervoor dat elk groepje kan beschikken over een zaklamp, een tennisbal, schakelpanelen en verbindingskabeltjes. Dit is de opdracht: In een fabriekshal schuiven afgewerkte auto s op een transportband voorbij een teller. Zorg ervoor dat er bij elke vijfde auto die voorbijschuift een geluidssignaal weerklinkt. De teller moet dan weer op nul springen. In het schema zitten enkele foute verbindingen, waardoor de schakeling niet naar behoren werkt. Laat uw leerlingen die fouten op het schema aanduiden. Daarna tekenen ze de juiste schakeling op het blokschema en op het paneel. Laat elk groepje beraadslagen over de mogelijke oplossing en laat hen hun voorstel uittekenen in het blokschema (en desgewenst ook in het paneelschema). Daarna kunnen ze de schakeling echt bouwen en nagaan of hun denkwerk klopt. Tip: vertel uw leerlingen dat er mensen zijn wier beroep het is om dit soort problemen op te lossen. De diagnosetechnicus is een kei in elektronica en gewapend met elektrische schema s en een computer gaat hij of zij op zoek naar de oorzaak van een storing in een auto. Tip: Op zoek naar een eenvoudige opstap naar de oefeningen voor het tweede jaar? Laat uw leerlingen dan eerst de opdrachten van het eerste jaar aanpakken. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 8
4 Evaluatie en oplossingen Evaluatie De opdrachtenreeksen hebben de leerlingen inzichten verschaft in elektronische informatieverwerking. Vraag hen ter evaluatie om met eigen woorden uit te leggen welke vaste stappen elektronische informatieverwerking altijd volgt (invoer, verwerking, uitvoer). Kunnen ze dat ook met voorbeelden uit hun eigen leefwereld staven (computer, gsm, cd-speler)? Oplossingen 1.1 Hoe brandt de lamp? 1.2 Zoek de fout: waarom werkt deze schakeling niet? 1.3 Bouw zelf een schakeling LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 9
4 evaluatie en oplossingen 2.1 Knipperlicht in actie 2.2 Zoek de fout: waarom werkt deze schakeling niet? LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 10
4 evaluatie en oplossingen 2.3 Auto s tellen toekomstopwielen.be heeft een hart voor jongeren met technische talenten en zet heel wat acties op touw om hen wegwijs te maken in het technisch onderwijs en de autosector. Maar u als leerkracht laten we evenmin in de kou staan. Ontdek ons educatief pakket voor de tentoonstelling Techniek op Wielen in Autoworld in Brussel. Meer info vindt u op www.toekomstopwielen.be. En natuurlijk is er vanaf dit schooljaar de GaragastenEncyclopedie. Vier keer per jaar verschijnt er een leuk naslagwerkje over een specifiek auto-onderwerp. Laat uw leerlingen zich gratis op deze encyclopedie abonneren via www.garagasten.be. LESBRIEF VOOR LEERKRACHTEN P. 11
S L T D schuifknop lichtsensor temperatuursensor drukknop Z R La zoemer relais lamp I Te Res impulsgenerator telknop resetknop Te1 telleruitgang 1 Te2 telleruitgang 2 Te4 telleruitgang 4 Te8 telleruitgang 8 GARAGASTEN DIDACTISCHE FICHE