Klaar? Blazen maar! Meet hoeveel lucht je uitademt Biomedische technologie & menselijk lichaamademhalingsstelsel Lessenserie voor groep 7 8
Inleiding Deze lessenserie is één van verschillende ENGINEER lessenseries voor het primair onderwijs. Techniek en technologie staan centraal; het toepassen van wetenschappelijke en praktische kennis om constructies, machines, apparaten, systemen, materialen en processen te ontwerpen, bouwen en onderhouden. In elke lessenserie wordt een onderwerp wetenschappelijk en een technisch onderwerp behandeld. De leerlingen werken naar een uitdaging toe. De lessenseries zijn zo ontwikkeld dat ze een brede groep leerlingen aanspreken. Ook worden stereotypen die betrekking hebben op techniek en technologie uit gedaagd en wordt getracht de participatie van zowel jongens als meisjes in te wetenschap en techniek te versterken. De benodigde materialen zijn goedkoop en makkelijk te verkrijgen. Het materiaal is gebaseerd op het succesvolle Engineering is Elementary programma van het Science museum in Boston. De didactiek In de lessenseries wordt uitgegaan van ontwerpend leren. Hierbij staat de ontwerpcyclus centraal: verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter. Het benadrukken van de ontwerpcyclus helpt leerkrachten om bij leerlingen het stellen van vragen en de creativiteit te bevorderen. Ook geeft het ruimte aan de leerlingen om hun probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen, waaronder het testen van alternatieve opties, het interpreteren van resultaten en het evalueren van hun oplossingen. De opdrachten en de uitdaging hebben waar mogelijk een open einde. Slechts één mogelijkheid tot een goed antwoord is zoveel mogelijk vermeden om zo de oplossingen en ideeën van de leerlingen zo goed mogelijk tot hun recht te laten komen en de motivatie van de leerlingen hoog te houden. Een belangrijk doel van de lessenseries is om de leerlingen te ondersteunen in het leren van samenwerken en effectief communiceren. Organisatie van de lessenseries Elke lessenserie begint met les 0, een voorbereidende les die op alle lessenseries van toepassing is. Les 1 introduceert de context en het probleem en geeft daarmee de basis voor de volgende lessen; les 2 richt zich op de kennis die de leerlingen nodig hebben om het probleem op te lossen; in les 3 ontwerpen en maken de leerlingen hun oplossing. Tenslotte evalueren de leerlingen hun product in les 4, waarop zij vervolgens deze presenteren en discussiëren wat ze gedaan hebben. Elke lessenserie is uniek, de lessenseries variëren in tijdsduur en het benodigde wetenschappelijke begrip. Leerkrachten ondersteuning Elke lesbeschrijving bevat suggesties en tips voor ontwerpend- en onderzoekend leren, de organisatie in de klas, voorbereiding en bevat kopieerbare werkbladen met antwoorden. 1
Inhoudsopgave Inleiding... 1 Overzicht lessenserie... 3 Benodigdheden... 4 Les 0 Techniek en envelop... 7 0.1 Inleiding - teams/klassikaal - 10 minuten... 8 0.2 Wat is een envelop? - teams/klassikaal - 10 minuten... 8 0.3 Welke envelop is geschikt? - teams/klassikaal - 15 minuten... 8 0.4 Theezakje - klassikaal 10 minuten... 9 0.5 Afsluiting klassikaal - 10 minuten... 9 Les 1 - Wat is het probleem?... 10 1.1 Inleiding klassikaal - 20 minuten... 11 1.2 De ontwerpcyclus introduceren - klassikaal - 5 minuten... 11 1.3 De uitdaging - klassikaal - 15 minuten... 12 1.4 Afsluiting - klassikaal - 5 minuten... 12 Les 2 - Wat moeten we weten?... 13 2.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten... 14 2.2 Experiment met een spuit - klassikaal/tweetal - 5 minuten... 14 2.3 Lucht neemt ruimte in (deel 1) - demonstratie - 10 minuten... 14 2.4 Lucht neemt ruimte in (deel 2) - demonstratie - 10 minuten... 15 2.5 De ademhaling - klassikaal - 10 minuten... 15 2.6 Ademhalingsstelsel - individueel/klassikaal - 10 minuten... 16 2.7 Wat is volume en hoe kun je het meten? - klassikaal - 5 minuten... 16 2.8 Experiment: het meten van het volume van vloeistoffen - teams - 10 minuten... 17 2.9 Het meten van vaste stoffen - demonstratie - 10 minuten... 17 2.10 Afsluiting - klassikaal - 5 minuten... 17 Les 3 - We gaan bouwen!... 19 3.1 Inleiding klassikaal - 5 minuten... 20 3.2 Uitademingsvolume meten (apparaat door de leerkracht gemaakt) - demonstratie - 10 minuten... 20 3.3 De uitdaging - teams - 75 minuten... 21 3.4 Afronding - klassikaal - 5 minuten... 22 Les 4 - Hoe ging het?... 23 4.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten... 24 4.2 Presentatie voorbereiden - teams - 20 minuten... 24 4.3 Instrumenten presenteren - teams - 40 minuten... 24 4.4 Verbetering van de instrumenten - klassikaal - 10 minuten... 24 4.5 Afronding - klassikaal/individueel - 10 minuten... 25 4.6 Optionele activiteit: de spirometer - klassikaal - 10 minuten... 25 Verhaal om de context te schetsen - Hoe kunnen we Sara helpen?... 26 Ontwerpcyclus... 27 Het ademhalingsstelsel... 28 Werkblad 1 Les 0 Techniek?... 29 Antwoordblad - Werkblad 1 Les 0 Techniek?... 30 Werkblad 2 Les 3 Bedenk en ontwerp... 31 Werkblad 3 Les 4 De resultaten... 33 Werkblad 4 Les 4 De ontwerpcyclus... 35 Wetenschappelijke achtergrond... 36 Ideeën van leerlingen over het ademhalingsstelsel en volume... 39 Partners... 41 2
Overzicht lessenserie Tijdsduur: 5 uur en 25 minuten (inclusief les 1 en optionele activiteiten) Doelgroep: groep 7 8 Beschrijving: de leerlingen worden aan de hand van een verhaal uitdaagt een biomedisch instrument of meetmethode te ontwerpen dat meet hoeveel lucht er tijdens één uitademing wordt uitgeademd. Door de ontwerpcyclus te gebruiken gaan de leerlingen als echte ingenieurs te werk. Natuur en techniek: deze lessenserie gaat over het menselijk lichaam, met name het ademhalingsstelsel, het concept volume en methodes om volume te meten. Lesdoelen, in deze lessenserie leren de leerlingen dat: een biomedisch ingenieur apparatuur en instrumenten ontwikkelt voor de diagnose en behandeling van ziekten; ademen uit twee fases bestaat, inademen en uitademen; lucht ruimte inneemt en dat het volume van die ruimte gemeten kan worden; het volume de ruimte is die een stof inneemt; de ontwerpcyclus gebruikt kan worden om een biomedisch instrument te maken. De lessen in deze serie zijn: Les 0 maakt de leerlingen ervan bewust dat techniek en technologie op een niet altijd even zichtbare manier een bijdrage leveren aan ons dagelijks leven. In les 1 worden het probleem, de context en de ontwerpcyclus geïntroduceerd. In les 2 leidt de verken -stap van de ontwerpcyclus tot een onderzoek naar het ademhalingsstelsel, het concept volume en verschillende methodes om volume te meten. In les 3 gaan de leerlingen met behulp van de ontwerpcyclus de uitdaging aan: een instrument ontwerpen dat het maximale volume lucht in hun longen meet dat na één diepe inademing uitgestoten kan worden. Dit kan een instrument zijn maar ook een meetmethode. In les 4 is het tijd om het proces te evalueren. Dit is ook het moment waarop de leerlingen laten zien of ze aan de criteria voldaan hebben en vertellen hoe ze verbeteringen hebben aangebracht. 3
Benodigdheden Lijst met alle materialen en benodigde aantallen voor 30 leerlingen. Materiaal Totaal Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 Les 4 A2-poster met daarop de verschillende 1 1 1 1 1 1 stappen van de ontwerpcyclus (zie bijlage) A2-papier 5 5 Werkblad 1 Les o - Techniek? 5 5 Pak post-its 1 1 Set van vijf verschillende soorten enveloppen 5 5 Set van vijf envelopachtige voorwerpen zoals 1 1 suikerzakjes, natte doekjes, wondgaasjes, kokers, dvd-doosjes, tandenstokerenvelopjes Set van twee verschillende voorwerpen voor 5 5 in de bovenstaande enveloppen, zoals een foto, een delicaat sieraad, een dvd of schaar Bril (bij drogisten zijn vaak goedkope 10 10 (lees)brillen te koop) Spuit (50 ml) 15 15 5 Doorzichtige frisdrankfles met een gat in de zijkant (0,5 cm diameter) en een ballon er in. 2 2 Ballon 2 2 Doorzichtig plakband 1 1 Zakdoek of keukenpapier 1 1 Rietje, smal (4-5 mm doorsnede) 30 30 Rietje, breed (1-1,5 cm doorsnede) 30 30 Levensmiddelenkleurstof (optioneel) 1 1 Voedingsmiddelenflessen met het volume 6 6 erop vermeld (melkflessen, frisdrankflessen etc.) Schaar 5 1 5 Grote steen aan een touwtje (of ander zwaar voorwerp dat nat mag worden, bv een homp boetseerklei) 1 1 4
Materiaal Totaal Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 Les 4 Doorzichtige plastic fles (inhoud 4 liter) 1 1 Flexibele plastic slang (doorsnede 1 cm, 50 cm) 6 6 Grote afwasteil 5 1 5 Keukenmaatbekers 5 5 5 Markeerstift 5 1 5 Werkblad 2 Les 3 Bedenk en ontwerp 5 5 Maatcilinders (0,5 en 1 liter) 10 (5 van elke inhoud) 10 (5 van elke inhoud) Plastic flessen met het volume erop vermeld (2 liter en 3 liter) 10 (5 van elk volume) 10 (5 van elk volume) 5
Materiaal Totaal Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 Les 4 Plastic zakjes van verschillende grootte (bijvoorbeeld van 0,5 en 4 liter) 20 (10 van elke grootte) 20 (10 van elke grootte) Emmer met maatverdeling 3 3 Trechter 6 5 Dik elastiek 30 30 Stanley mes 1 1 Handdoek 5 5 Plakband of schilders tape 5 rollen 5 rollen Werkblad 2 Les 3 Bedenk en ontwerp Werkblad 3 Les 4 De resultaten 6 6 Werkblad 4 Les 4 De ontwerpcyclus 30 30 6
Les 0 Techniek en envelop Wat is techniek? Tijdsduur: 55 minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen dat: voorwerpen ontworpen zijn met een doel; ze lossen een bepaald probleem op of voorzien in een specifieke behoefte; technici en ingenieurs problemen oplossen met behulp van een scala aan technologieën en materialen; zowel mannen als vrouwen technici en ingenieurs kunnen zijn. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) Ontwerpcyclus, geprint op een groot vel papier (A2) 1 pak post-its 5 vellen A2-papier 5 x Werkblad 1 Les 0 - Techniek? (optioneel) 5 sets van 5 verschillende soorten enveloppen, bijvoorbeeld o bubbeltjes -envelop, groot en klein o stevige envelop, groot en klein o gewone envelop 5 envelopachtige voorwerpen bijvoorbeeld: o suikerzakje o per stuk verpakte natte doekjes o per stuk verpakte wondgaasjes o koker o dvd-doosje o tandenstoker-envelopje 5 sets van 2 verschillende voorwerpen voor in de enveloppen, zoals een foto, een delicaat sieraad, een dvd of schaar Voorbereiding Verzamel de enveloppen en voorwerpen. Print voor elk groepje een exemplaar van Werkblad 1 Les o - Techniek? (optioneel). Werkvormen teams klassikaal Context en achtergrond Deze les is hetzelfde voor alle lessenseries en is bedoeld om leerlingen bewust te maken van techniek en na te laten denken over techniek. Ook stereotype beelden van technici en ingenieurs met betrekking tot gender worden behandeld. Het doel is dat de leerlingen begrijpen dat voorwerpen ontworpen zijn met een doel; ze lossen een bepaald probleem op of voorzien in een specifieke behoefte. Techniek en technologie hebben betrekking op ieder voorwerp, systeem of proces dat is ontworpen en aangepast voor een specifiek probleem. De les is ook bedoeld om waardeoordelen van 'high tech' versus 'low tech' te voorkomen. Het gaat om de juiste technologie voor een bepaald probleem afhankelijk van de context en de beschikbare materialen. In deze les bekijken en onderzoeken de leerlingen enveloppen en envelopachtige voorwerpen als vormen van techniek. 7
0.1 Inleiding - teams/klassikaal - 10 minuten In deze les werken de leerlingen in teams. Geef elk team een stapeltje post-its. Vraag de leerlingen alle dingen te bespreken die ze associëren met de term techniek. Elke leerling schrijft één idee op een post-it. Nodig daarna elk team uit hun post-its op een groot vel te plakken en hun keuze kort toe te lichten. Het vel met alle post-its komt aan het eind van de les terug. Tip - dit deel van de les kan uitgebreid worden door enerzijds foto s te laten zien van stereotype beelden van techniek en anderzijds onalledaagse voorbeelden van techniek. Vraag de leerlingen vervolgens de foto s bij elkaar te leggen die ze wel en niet met techniek associëren. Werkblad 1 Les 0 kan hierbij gebruikt worden. 0.2 Wat is een envelop? - teams/klassikaal - 10 minuten Geef ieder team een set enveloppen en een envelopachtig voorwerp laat ze deze onderzoeken. Het doel van dit lesonderdeel is de leerlingen te laten discussiëren over wat ze onder een envelop verstaan. Mogelijke vragen die ze daarbij kunnen stellen zijn: Zijn dit enveloppen? Waarom wel of niet? Wat is een envelop? Bespreek de gedachtes en meningen van de leerlingen klassikaal. Tip spoor de leerlingen aan om te discussiëren over wat eigenlijk onder een envelop kan worden verstaan. Is het iets dat beschermt, op zijn plek houdt, bedekt, verbergt of nog iets anders? 0.3 Welke envelop is geschikt? - teams/klassikaal - 15 minuten Geef elk team een set enveloppen en twee voorwerpen. Vraag ze de enveloppen te kiezen die ze het meest geschikt vinden voor de voorwerpen. Laat elk team hun ideeën aan de klas vertellen. Leid het gesprek en bespreek de diverse technologieën die voor de betreffende envelop gebruikt zijn; materialen, sluitingen en functie. Mogelijke vragen die de leerlingen hierbij kunnen stellen zijn: Is dit de meest ideale envelop voor het voorwerp? Denk aan vorm, materiaal en gewicht. Van welk materiaal is de envelop gemaakt? 8
Is dit materiaal het meest geschikt? Voor welke verschillende voorwerpen kan de envelop gebruikt worden? Waarom ziet de envelop eruit zoals hij eruit ziet? Concludeer dat alles is ontworpen voor een bepaalde functie. Bij het ontwerpen en bedenken is hiermee rekening gehouden. Vraag of dit het enige waarmee rekening is gehouden. Waarschijnlijk hebben geld, tijd, gewicht e.d. ook een rol gespeeld voor de producent. Tip - mogelijke voorwerpen voor in de enveloppen: foto die niet gebogen mag worden, een delicaat sieraad, een dvd of schaar. U kunt de voorwerpen aanpassen aan wat aansluit bij uw leerlingen of een ander project in de klas. 0.4 Theezakje - klassikaal 10 minuten Pak het theezakje, een alledaags voorwerp waarvoor geen ingewikkelde technologie nodig is geweest. Toch is hier heel goed over nagedacht. Bespreek met de klas waarom het theezakje eruit ziet zoals het eruit ziet. Daarbij kunnen de volgende dingen aan bod komen: De thee zit vaak nog in een ander papieren zakje. Waarschijnlijk zodat de thee er niet snel uitvalt (bescherming) maar je kunt er ook aan zien welke smaak de thee heeft. Het zakje is niet met lijm dichtgemaakt. Waarschijnlijk omdat dat niet goed voor je is, het zakje zit vast met kleine gaatjes in het papier. Op deze manier is het licht. Het papier is dun, dus goedkoper in materiaal en vervoerskosten, maar niet zo dun dat het te snel scheurt. Het daadwerkelijke theezakje is gemaakt van papier met hele kleine gaatjes zodat de smaak en kleur erdoor kan, maar niet de theeblaadjes. Het daadwerkelijke theezakje is groot genoeg dat er thee in kan voor één kopje thee en dat de blaadjes kunnen zwellen. Over zo iets simpels als een theezakje is dus heel goed nagedacht. Ook bij het ontwikkelen van een theezakje is de ontwerpcyclus gebruikt. 0.5 Afsluiting klassikaal - 10 minuten Kom terug op de verzameling post-its. Denken de leerlingen nu anders over techniek? Techniek is alles dat door mensen gemaakt is met als doel een probleem op te lossen of een behoefte te vervullen. Benadruk dat daarnaast de meeste dingen die mensen gebruiken, gemaakt zijn voor een bepaald doel en dat ingenieurs verschillende vaardigheden gebruiken om oplossingen te vinden voor vraagstukken en problemen. Tip - het is niet nodig dat de leerlingen een definitie leren van wat techniek is, het is belangrijker dat ze het beeld hebben dat techniek niet alleen een tablet, computer of huiskraan is maar ook een tandenborstel, haarclipje en een potlood. 9
Les 1 - Wat is het probleem? Achter de uitdaging komen Tijdsduur: 45 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: wat biomedische technologie inhoudt en het belang ervan voor de geneeskunde; hoe de ontwerpcyclus gebruikt kan worden voor het ontwerpen en maken van biomedische instrumenten; dat biomedische technologie kan helpen bij het oplossen van medische problemen die uiteindelijk invloed hebben op ons dagelijkse leven. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) ontwerpcyclus, geprint op een groot vel papier (A2) 10 brillen Voorbereiding Leg de materialen klaar. Werkvormen Klassikaal Belangrijkste punten van deze les Medische instrumenten worden ontworpen en gemaakt via de ontwerpcyclus. Het werk van een biomedisch ingenieur bestaat uit het ontwikkelen van apparatuur en instrumenten voor de diagnose en behandeling van ziekten. Context en achtergrond In deze les wordt het probleem en de uitdaging van deze lessenserie geïntroduceerd; bedenk een methode om te meten hoeveel lucht er wordt uitgeademd na één diepe inademing en voer dit uit. Eerst maken de leerlingen kennis met het werkveld van de biomedische technologie en de ontwerpcyclus door middel van het onderzoeken van een bekend biomedisch instrument: de bril. 10
1.1 Inleiding klassikaal - 20 minuten In de vorige les hebben de leerlingen geleerd wat techniek en technologie is en wat ingenieurs en technici doen. Techniek is niet één werkveld, maar vind je overal terug: elektrotechniek, bouwkunde, civiele techniek etc. In deze lessenserie ligt de focus op biomedische technologie. Vraag de leerlingen of iemand daar wel eens van gehoord heeft en schrijf de antwoorden op het bord. Biomedische technologie is een multidisciplinair werkveld waarin de kennis en middelen van verschillende wetenschapsgebieden worden toegepast. Het werk van een biomedisch ingenieur bestaat uit het ontwikkelen van apparatuur en instrumenten voor de diagnose en behandeling van ziekten. Een voorbeeld van het werk van een biomedisch ingenieur is het maken van een bril. Om het werk van een biomedisch ingenieur beter te begrijpen, gaan de leerlingen een bril onderzoeken. Laat een aantal brillen in de klas rondgaan en laat de leerlingen de bril onderzoeken. Geef ze de gelegenheid de brillen even op te zetten. Zo krijgen ze een idee van hoe het is om voorwerpen onscherp of vervormd te zien. Bespreek hierna hun bevindingen. Mogelijke vragen: Welk probleem lost een bril op? Een bril wordt gebruikt om een visuele handicap te verhelpen. Bijvoorbeeld bijziendheid (voorwerpen ver weg niet scherp zien, maar wel nabij gelegen voorwerpen) en verziendheid. Waar moet een ingenieur veel vanaf weten om het probleem van een visuele handicap op te lossen? Oogheelkunde en de fysiologie van het oog. Optica, de werking van holle en bolle lenzen. Materialen, eigenschappen zoals duurzaamheid, sterkte, gewicht en prijs. Ergonomie en ontwerp, mooie en comfortabele brilontwerpen. De ingenieur houdt rekening met het beschikbare budget, de tijd, materialen en mankracht. Nadat alle gegevens verzameld zijn, komt een ontwikkelteam van ingenieurs en andere experts bij elkaar. Ze bedenken ideeën om het probleem van de visuele handicap op te lossen. Als ze een oplossing bedacht hebben waarover ze het allemaal eens zijn, ontwerpen, maken en testen ze een prototype. Als dat prototype niet voldoet, bijvoorbeeld omdat het glas gemakkelijk breekt, of omdat voorwerpen op afstand wazig worden of de bril niet lekker zit, zal het ontwikkelteam de bril proberen te verbeteren. Net zolang tot ze een product hebben waar ze tevreden over zijn. Ze kunnen bijvoorbeeld de vorm van de lens of het materiaal van het montuur aanpassen. Het ontwerpproces voor het maken van een bril is meestal niet zo eenvoudig als hierboven geschetst wordt. Soms moeten ingenieurs een paar stappen in de ontwerpcyclus teruggaan. Bijvoorbeeld om meer informatie te verzamelen, verschillende prototypes te maken of betere ideeën te bedenken. 1.2 De ontwerpcyclus introduceren - klassikaal - 5 minuten Introduceer de ontwerpcyclus bij de leerlingen als een cyclus die ingenieurs en technici gebruiken als ze een product ontwikkelen. In de volgende lessen gaan de leerlingen als echte 11
ingenieurs en technici aan het werk en doorlopen ze de hele cyclus om een probleem op te lossen. Het doel: het probleem en de criteria vaststellen. Verken: informatie verzamelen. Bedenk: ideeën bedenken en de beste oplossing kiezen. Ontwerp: de gekozen oplossing ontwerpen. Maak: het ontwerp volgen en maken. Verbeter: test en verbeter. Tip: hang de ontwerpcyclus op een goed zichtbare plek gedurende de lessenserie. Geef in elke les aan met welke stap(pen) de klas bezig is. Tip: het is belangrijk dat de leerlingen begrijpen dat de ontwerpcyclus niet rechtlijnig is. Het is altijd mogelijk terug te gaan naar een eerdere stap, het is een cyclus. 1.3 De uitdaging - klassikaal - 15 minuten Introduceer de uitdaging door aan de leerlingen het verhaal van Sara voor te lezen (zie de bijlage). De uitdaging is: bedenk een methode of een instrument om te meten hoeveel lucht er wordt uitgeademd na één diepe inademing en voer dit uit. Bespreek de uitdaging. Sara s probleem heeft met het ademhalingsstelsel te maken. Waar in het lichaam zit dat? Welke problemen of ziekten kennen jullie die te maken hebben met het ademhalingsstelsel? Laat de leerlingen hierop antwoorden, maar ze hoeven niet het juist antwoord te geven wat het probleem van Sara betreft. 1.4 Afsluiting - klassikaal - 5 minuten Vraag een van de leerlingen, het doel te noemen en schrijf de uitdaging op het bord: bedenk een methode of instrument om te meten hoeveel lucht je uitademt na één diepe inademing en voer dit uit. Vertel de leerlingen dat ze vanaf nu als ingenieurs en technici aan het werk gaan en dat ze in de volgende les beginnen met de verken -stap. Ze gaan daarbij vragen stellen en informatie verzamelen die hen helpt de uitdaging aan te gaan. 12
Les 2 - Wat moeten we weten? Lucht, het ademhalingsstelsel en volume onderzoeken Tijdsduur: 65 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: de werking van het ademhalingsstelsel; de fases van het ademhalingsproces (in- en uitademen); het begrip volume en manieren om dat te meten. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 15 spuiten (50 ml) 2 doorzichtige frisdrankflessen met een gat aan de zijkant (0,5 cm diameter) 2 ballonnen 1 rolletje plakband 1 schaar 1 zakdoek of keukenpapier 1 teil 1 glas 30 smalle rietjes (4-5 mm doorsnede) 30 brede rietjes (1-1,5 cm doorsnede) 6 voedingsmiddelenflessen met het volume erop vermeld (bv, melkflessen, frisdrankflessen etc.) 6 keukenmaatbekers 1 grote steen aan een touwtje (of een homp boetseerklei) 1 afwasteil 1 markeerstift levensmiddelenkleurstof (optioneel) Voorbereiding Maak een gat in de zijkant van twee doorzichtige frisdrankflessen (ongeveer 0,5 cm). Hang een ballon in elke fles (zie foto bij 2.3) Materialen en gereedschappen klaarleggen. De volgende filmpjes bekijken: De zakdoek die niet nat wordt - http://youtu.be/9n5rki61o-u De Wet van Archimedes 1 - http://youtu.be/ryx1elgjqea De Wet van Archimedes 2 - http://youtu.be/kykh-9-qs1m Werkvormen Klassikaal Demonstratie Tweetal Teams Belangrijkste punten in deze les Lucht neemt ruimte in. Volume (inhoud) is de ruimte die een stof inneemt. Context en achtergrond In deze les doen te leerlingen kennis op dat hen helpt het probleem op te lossen. Ze ervaren dat lucht volume heeft en hoe je het volume van vloeistoffen en vaste stoffen kan meten. 13
2.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten Vertel de leerlingen dat ze in deze les meer te weten komen over het ademhalingsstelsel. Welke informatie hebben ze nodig voordat ze aan de uitdaging kunnen beginnen? Luister naar de antwoorden van de leerlingen en schrijf ze op het bord. Dit zijn een aantal suggesties: Hoe adem je? Hoe werkt het ademhalingsstelsel? Hoe meet je het volume van lucht? Wat is volume? Geef aan bij welke stap de leerlingen nu zijn: de stap van het verzamelen van informatie de verken -stap. 2.2 Experiment met een spuit - klassikaal/tweetal - 5 minuten Vraag de leerlingen wat we in ademen. Lucht. Kun je lucht zien? Kun je het voelen? Laat de leerlingen suggesties doen over wanneer je lucht kunt voelen. Bijvoorbeeld bij wind of het uitblazen van lucht. Geef vervolgens elk tweetal een spuit en vraag ze die met lucht te vullen. Als ze de zuiger naar beneden duwen, wordt de lucht eruit geperst. De leerlingen voelen de lucht eruit stromen. Laat ze de spuit weer vullen met lucht. Als ze met een vinger de opening van de spuit dichthouden en dan de zuiger naar beneden duwen wordt de lucht samengeperst. Kunnen ze de zuiger nu helemaal naar beneden drukken? Nee, dat lukt niet. De lucht neemt ruimte in geeft een tegendruk. De lucht kan wel enigszins samengeperst worden. 2.3 Lucht neemt ruimte in (deel 1) - demonstratie - 10 minuten Laat twee leerlingen voor de klas een experiment demonstreren. Gebruik hiervoor twee doorzichtige flessen, in elke fles wordt een ballon gehangen. Aan de zijkant van beide flessen zit een gat, maar bij één fles is het gat dichtgeplakt met plakband. Vraag twee leerlingen om de ballonnen op te blazen. Wat gebeurt er? Alleen de leerling met de fles zonder plakband lukt het om de ballon op te blazen. Hoe kan dat? Waarom lukt het de ene leerling wel en de andere niet om de ballon op te blazen? Luister goed naar de antwoorden van de leerlingen en nodig ook andere leerlingen uit de ballonnen op te blazen. Hoe zou hun uitleg getest kunnen worden? Luister naar de suggesties van de leerlingen en probeer ze uit te voeren. Haal dan het plakband van de fles af en laat ze nog een keer proberen de ballon op te blazen. Uitleg: de lucht in de fles neemt ruimte in. Als je de ballon (probeert) op te blazen kan de lucht rondom de ballon bij de gesloten fles nergens naar toe, waardoor het lastiger is om de ballon op te blazen. Als er een gat in de fles zit, wordt de lucht door het gat naar buiten geduwd, hierdoor kan het volume van de ballon vergroot worden. 14
2.4 Lucht neemt ruimte in (deel 2) - demonstratie - 10 minuten Hoe kan een droge zakdoek in een bak met water geduwd worden zonder nat te worden? Luister naar de suggesties van de leerlingen, voer ze vervolgens uit en bespreek wat er gebeurt. Leg de zakdoek uiteindelijk op de bodem van een glas, zodat hij er niet meer uit kan vallen. Draai het glas om en dompel het in de bak met water. Haal hem vervolgens weer uit het water en laat de (droge) zakdoek aan de klas zien. Uitleg: de lucht in de maatbeker neemt ruimte in en voorkomt dat er water in de maatbeker stroomt en de zakdoek natmaakt. Tip: bekijk een filmpje van deze activiteit op http://youtu.be/9n5rki61o-u. 2.5 De ademhaling - klassikaal - 10 minuten Hoe komt lucht in je longen terecht? Om de leerlingen die vraag te laten beantwoorden, geeft u ze een opdracht: Doe je ogen dicht, ontspan je lichaam, adem diep in en zuig de lucht in je longen. Adem uit. Wat zorgde ervoor dat je in- en uitademde? Je activeert je ribspieren en de middenrifspier. Wat gebeurt er precies als we inademen? 1. Als het middenrif (de spier die de borstholte van de buikholte scheidt) samentrekt, wordt hij platter en gaat hij omlaag. Daarnaast trekken de ribspieren de ribben omhoog en naar buiten. 2. Het volume van de borstkas neemt toe. 3. De luchtdruk in de longen neemt af. 4. Lucht van buiten stroomt de luchtwegen en de longen binnen om de druk weer gelijk te maken. Je kunt je longen net zolang met lucht vullen tot er geen ruimte meer is. Wat gebeurt er precies als we uitademen? 1. De spieren van het ademhalingsstelsel ontspannen: het middenrif komt weer omhoog, de ribspieren keren terug naar hun oorspronkelijke positie en de ribben zakken weer omlaag. 2. Het volume van de borstkas neemt af. 3. De luchtdruk in de longen neemt toe. 4. Lucht wordt door de longen uitgestoten naar buiten (waar de druk lager is). De leerlingen dienen over enige basiskennis van het ademhalingsstelsel te beschikken. Vertel de leerlingen hierover aan de hand van de poster (Het ademhalingsstelsel) die in de bijlage te vinden is. Lucht stroomt via onze neus naar de longen stroomt, waar het bloed van zuurstof wordt voorzien. De zuurstof in het bloed is nodig voor de groei en het onderhoud van ons lichaam. Andersom wordt koolstofdioxide uit het bloed gehaald en afgegeven aan de lucht. Het in- en uitademen wordt geregeld door een beweging van het middenrif. Als dit systeem niet goed werkt, kunnen we niet goed ademhalen. Zoals Sara uit het verhaal. 15
2.6 Ademhalingsstelsel - individueel/klassikaal - 10 minuten Wat kan de luchtstroom in het ademhalingsstelsel beïnvloeden? Laat de leerlingen suggesties doen en vul dit zelf met extra informatie aan. Stofdeeltjes, rook, roetdeeltjes etc. die in de luchtwegen terechtkomen en zich daar vastzetten, kunnen tot een vernauwing van de luchtwegen leiden. Als een groot voorwerp van buitenaf de luchtwegen binnendringt, kan dat zelfs verstikking veroorzaken omdat lucht niet langer de longen bereikt. Andere factoren die van invloed kunnen zijn op de luchtstroom: het vernauwen van de luchtwegen als gevolg van spasmen van de aanwezige spieren, vochtopname in de weefsels, zwellingen en de productie van slijm. Om het begrip luchtstroom en factoren die de stroom in het ademhalingsstelsel beïnvloeden te begrijpen, kunnen de leerlingen een eenvoudig experiment uitvoeren. Ze proberen lucht door rietjes van dezelfde lengte, maar met een verschillende doorsnede te krijgen. Geef elke leerlingen een breed en een smal rietje. Vraag ze diep in te ademen en in één keer alle lucht door een rietje te blazen. En dan door het andere rietje. Wat ervaren ze? Ze zullen erachter komen dat dit meer moeite en tijd kost bij een smal rietje (eventueel kunnen ze de tijd opnemen met een klok of stopwatch). Dit experiment toont de verplaatsing van lucht aan door gezonde luchtwegen vergeleken met de verplaatsing van lucht door nauwere luchtwegen. Hoe nauwer de luchtwegen (bijvoorbeeld doordat er slijm in zit, of dat het weefsel is opgezet, etc.) hoe moeilijker het is om lucht in en uit te ademen. Tip: als de leerlingen de astma-inhalator noemen, kunt u ze vertellen dat de inhalator (of eigenlijk het medicijn dat de inhaler afgeeft) zwellingen van de ademhalingsbuizen laat afnemen. Aangezien de zwelling een vernauwing van het ademhalingsstelsel veroorzaakt zullen de buizen weer wijder worden, met een normale ademhaling als gevolg. 2.7 Wat is volume en hoe kun je het meten? - klassikaal - 5 minuten Om het probleem op te kunnen lossen moeten de leerlingen informatie verzamelen over het begrip volume. Wat is volume? Hoe kan volume gemeten worden? Leg, nadat u naar de antwoorden van de leerlingen geluisterd hebt, de definitie van volume uit en schrijf hem op het bord. Volume is de ruimte die een stof inneemt. Volume wordt meestal gemeten in liters of in kubieke centimeters (1 cm x 1 cm x 1 cm). 1 liter = 1.000 kubieke centimeter. De hoeveelheden worden op het meetinstrument aangegeven in passende meeteenheden. Op een liniaal bijvoorbeeld staat doorgaans bij elke millimeter een markering; op een thermometer bij elke 0,1 graad Celsius en op een maatbeker bij elke 0,1 liter. Laat verschillende flessen waarop het volume is aangegeven rondgaan (bijvoorbeeld olijfolie-, stroop-, ketchup-, frisdrankflessen). Wat is het volume van elke fles? 16
Tip: geef gevorderde leerlingen een extra fles die ze moeten wegen in plaats van het volume ervan te bepalen. Start daarna een discussie waarbij de nadruk ligt op het verschil tussen die twee. 2.8 Experiment: het meten van het volume van vloeistoffen - teams - 10 minuten Hoe meet je het volume van een vloeistof? Laat de leerlingen hierop antwoorden. Geef ze vervolgens de opdracht om 10 ml af te meten in twee verschillende meetinstrumenten. Bijvoorbeeld het spuitje en een (keuken)maatbeker. De leerlingen zullen opmerken dat dezelfde hoeveelheid water (in dit geval 10 ml) in een smal instrument (de spuit) en in een wijd instrument (de maatbeker) hetzelfde volume inneemt, hoewel deze instrumenten qua uiterlijk aardig van elkaar verschillen. Laat de leerlingen vervolgens nog een aantal hoeveelheden af meten en bepalen welk instrument hier het handigst voor is. 2.9 Het meten van vaste stoffen - demonstratie - 10 minuten Een van de methodes om het volume van een vaste stof te meten, is gebaseerd op het onderdompelen van dat object in een vloeistof. Als gevolg daarvan zal het niveau van de vloeistof stijgen. De stijging van de vloeistof is dan gelijk aan het volume van het voorwerp. Demonstreer dit: Laat een uit een vaste stof bestaand voorwerp (bijvoorbeeld een steen of een stuk boetseerklei) in een doorzichtige maatbeker/vaas/cilinder/bak met water zinken. (markeer het oorspronkelijke niveau met een markeerstift). Wat gebeurt er met het waterniveau? Als de meetbeker tot de rand gevuld is, kan het water dat er overheen stroomt in een andere maatbeker opgevangen worden en kan het volume ervan gemeten worden. Als er op de maatbeker markeringen van de volumematen staan, kan het volume afgelezen worden. Het ondergedompelde voorwerp heeft de plaats ingenomen van het water dat over de rand stroomde. Deze plaats is gelijk aan het volume van het voorwerp. Tip: bekijk de experimenten op http://youtu.be/kykh-9-qs1m en http://youtu.be/ryx1elgjqea Tip: maak bij deze experimenten gebruik van gekleurd water. En maak een touwtje aan het voorwerp. 2.10 Afsluiting - klassikaal - 5 minuten Vertel de leerlingen dat ze in deze les informatie verzameld hebben (de Verken -stap) die hen helpt bij het oplossen van het probleem. Ze hebben geleerd over het ademhalingsstelsel en het begrip volume. Ze weten hoe ze het volume van vloeistoffen en vaste stoffen kunnen meten. 17
Tip: herhaal Sara s probleem en de uitdaging waar de leerlingen voor staan. Sara wil weten waarom ze zoveel moeite met ademen heeft, dus de leerlingen moeten ervoor zorgen dat er een diagnose bij haar gesteld kan worden. De uitdaging: bedenk een methode om te meten hoeveel lucht er wordt uitgeademd na één diepe inademhaling. 18
Les 3 - We gaan bouwen! Ontwerp jouw instrument voor het meten van het maximale uitademingsvolume Tijdsduur: 95 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: met gereedschap en diverse materialen een methode (dit kan een instrument zijn) te ontwerpen dat meet hoeveel lucht er wordt uitgeademd na één diepe inademing; de in les 2 verworven wetenschappelijke kennis en inzicht toe te passen voor het ontwerpen van een meetmethode of biomedisch instrument; de ontwerpcyclus te gebruiken om het probleem op te lossen. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 1 poster van de ontwerpcyclus 1 plastic fles met een inhoud van ongeveer 4 liter 6 flexibele plastic slangen, 1 cm doorsnede, 50 cm lang (1 per team, 1 als demonstratie) 5 afwasteilen (1 per team) 5 spuiten (1 per team) 5 keukenmaatbekers (1 per team) 5 maatcilinders, 1 liter (1 per team) 5 markeerstiften (1 per team) 5 flessen van 3 liter (1 per team, volume erop vermelden) 5 flessen van 2 liter (1 per team, volume erop vermelden) 10 plastic zakken van ongeveer 0,5 liter (2 per team) 10 plastic zaken van ongeveer 4 liter (2 per team) 3 emmers met maatverdeling ( 1 per twee teams) 5 trechters (1 per team) 30 dikke elastiekjes (6 per team) 5 rollen schilders tape of plakband (1 per team) 5 handdoeken (1 per team) 5 scharen 1 stanleymes 5 Werkblad 2 Les 3 Bedenk en ontwerp 5 Werkblad 3 Les 3 De resultaten Voorbereiding Kopieer de werkbladen. Leg de materialen en gereedschappen klaar. Kijk het filmpje Uitademingsvolume meten - http://youtu.be/cnewh2hubbw. Werkvorm Klassikaal Demonstratie Teams Belangrijkste punten van deze les Onder teamwerk vallen samenwerking en brainstormen. De ontwerpcyclus houdt ook in: uitproberen en van fouten leren. Context en achtergrond In deze les doorlopen de leerlingen de verken -, ontwerp -, maak - en verbeter - stappen. Om het probleem op te lossen, gebruiken ze de wetenschappelijke kennis die ze in de vorige les opgedaan hebben. 19
3.1 Inleiding klassikaal - 5 minuten Herinner de leerlingen aan het doel: Sara helpen door het bedenken en uitvoeren van een methode om te meten hoeveel lucht er wordt uitgeademd na één inademing. Dit kan een instrument zijn maar ook een meetmethode. Uiteindelijk doen de leerlingen drie metingen voor een betrouwbare uitkomst. Wijs op de poster van de ontwerpcyclus verschillende punten aan. Zoals het doel, en de stap die de leerlingen al doorlopen hebben (verken). Laat ze ook de stappen zien die ze nog gaan doorlopen: bedenk, ontwerp, maak en wellicht verbeter. 3.2 Uitademingsvolume meten (apparaat door de leerkracht gemaakt) - demonstratie - 10 minuten Herinner de leerlingen eraan dat ze tot nu toe methodes geleerd hebben om het volume van vloeistoffen en vaste stoffen te meten. Is het ook mogelijk om deze methodes te gebruiken om het volume van lucht te meten? Laat de leerlingen erover nadenken, geef het antwoord nog niet. Tip: bekijk het volgende filmpje voordat u het experiment in de klas uitvoert. http://youtu.be/cnewh2hubbw Laat de leerlingen zien hoe het volume van de uitgeademde lucht gemeten kan worden. Vul de kom/teil met 10 cm water. Vul de plastic fles tot aan de rand met water. Bedek de opening van de fles met de hand, zodat er geen water uit kan stromen. Zet de fles op de kop in de kom, met de opening in het water. Stop het uiteinde van de flexibele slang in de fles, onder het waterniveau in de fles. Voorkom knikken die de slang afknellen. Schuif aan het andere uiteinde een klein, smal pijpje in de buis. Adem diep in en blaas vervolgens zo hard mogelijk in het smalle pijpje, zodat de uitgeblazen lucht in de fles terechtkomt. Hoeveel lucht is er uitgestoten? Maak hiervoor een schatting van het volume lucht dat de plaats van water in de fles heeft ingenomen. Is het volume uitgestoten lucht bijvoorbeeld gelijk aan ongeveer de helft van het volume van de fles? Of een derde? Dit experiment wordt uitgevoerd zonder de fles te kalibreren. Als de leerlingen eenmaal doorhebben dat ze het volume op deze manier ongeveer kunnen meten, kunt u ze vragen hoe ze erachter komen hoeveel lucht er precies is uitgestoten. Laat de leerlingen antwoorden, vat dat samen en vertel ze dat het apparaat gekalibreerd moet worden, zodat het exacte volume gemeten kan worden. Hoeveelheden worden op meetinstrumenten aangegeven in passende meeteenheden. Bij het ontwerpen van een meetinstrument is het essentieel markeringen aan te brengen die de juiste eenheid aangeven. Daarnaast moet het meetbereik geschikt zijn voor de experimenten. Voor het opmeten van een laptop gebruik u een liniaal, maar voor het meten 20
van de afstand tussen uw huis en school gebruikt u geen liniaal, maar bijvoorbeeld een landmeter. Evenzo zult u voor het meten van het volume in een kleine ballon een ander apparaat gebruiken dan voor het meten van het volume lucht in uw longen. Tip: de longen zijn nooit helemaal leeg. Er blijft altijd een restvolume aan lucht aanwezig. De achtergebleven lucht voorkomt dat de luchtblaasjes (alveoli) en bronchioli aan elkaar vastplakken. 3.3 De uitdaging - teams - 75 minuten Verdeel de klas in teams (bij de materialen is uitgegaan van 5 teams) en benadruk het belang van teamwork, naar de ideeën van de andere teamleden luisteren en samenwerken. Laat de materialen en het gereedschap zien dat de leerlingen tot hun beschikking hebben om de uitdaging aan te gaan. 1 flexibele plastic slang per team 1 afwasteil per team 1 spuit per team (uit les 2) 1 keukenmaatbeker per team 1 maatcilinder van 1 liter per team 1 fles van 3 liter per team (deze willen de leerlingen wellicht open knippen, let hierop de veiligheid en snij de fles eventueel zelf open met een stanleymes) 1 fles van 2 liter per team (deze willen de leerlingen wellicht open knippen, let hierop de veiligheid en snij de fles eventueel zelf open met een stanleymes) 2 plastic zakken van ongeveer 0,5 liter per team 2 plastic zaken van ongeveer 4 liter per team 1 emmer met maatverdeling per twee teams 1 trechter per team 6 dikke elastiekjes per team 1 rol schilders tape of plakband per team 1 handdoek per team 1 markeerstift per team 1 schaar per team Schrijf de verschillende stappen van het teamwerk op het bord: Groepsdiscussie: vragen stellen en twee ideeën bedenken totdat ze het allemaal over één oplossing eens zijn. De leerlingen kunnen Werkblad 2 Les 3 Bedenk en ontwerp gebruiken. Toestemming van de leerkracht krijgen om met bouwen te beginnen. De materialen van de centrale tafel pakken. Het instrument maken en testen of de meetmethode bedenken en testen. Voor de nauwkeurigheid wordt elke meeting drie keer uitgevoerd en dan gemiddeld. Dit kunnen de leerlingen noteren op Werkblad 3 Les 3 De resultaten. Opruimen en het klaslokaal schoonmaken 21
De leerlingen gebruiken de beschikbare materialen en gereedschap om het instrument te ontwerpen en het vervolgens te bouwen. Controleer elke stap van het proces, zodat u de leerlingen kunt helpen een goed functionerend instrument te maken. Tip: zorg ervoor dat de leerlingen de leerlingen op de hygiëne letten tijdens het bouwen en uitproberen van het prototype. 3.4 Afronding - klassikaal - 5 minuten Kijk samen met de klas terug op de ontwerpstappen van de ontwerpcyclus. Benoem de Verken -, Ontwerp, Maak en Verbeter -stappen. Sluit de les af en vertel in grote lijnen wat over de manier waarop de klas in teams heeft samengewerkt. De leerlingen hebben creativiteit getoond, ze hebben dingen uitgeprobeerd en van hun fouten geleerd. Mislukkingen en teleurstellingen zijn inherent zijn aan het werk van een ingenieur. In de volgende les presenteren de teams de instrumenten en/of meetmethodes aan de klas. 22
Les 4 - Hoe ging het? Is het probleem opgelost? Tijdsduur: 85 minuten (95 minuten inclusief de optionele activiteit) Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: dat er meerdere oplossingen voor een probleem zijn; de instrumenten/meetmethodes te evalueren die ze volgens de vastgestelde criteria ontworpen en gebouwd hebben. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) De door de leerlingen gebouwde meetinstrumenten Poster van de ontwerpcyclus 30 x Werkblad 4 Les 4 De ontwerpcyclus Voorbereiding Werkblad kopiëren Werkvormen Klassikaal Teams Belangrijkste punten in deze les Nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en gebruiksgemak zijn belangrijke factoren bij het ontwerpen en bouwen van meetinstrumenten. Context en achtergrond In deze les onderzoeken de leerlingen de meetinstrumenten en/of de meetmethodes die ze ontworpen en gebouwd hebben. Ze presenteren het aan de rest van de klas. Ook bedenken de leerlingen suggesties voor verbeteringen. De les wordt afgesloten met een samenvatting van de hele lessenserie: de cirkel is rond en er wordt teruggekeken naar de eerste les, het verhaal van Sara en de introductie in het werkveld van de biomedische technologie. 23
4.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten Vertel over de stappen van de ontwerpcyclus die ze in de vorige les doorlopen hebben. Verwijs naar het proces van uitproberen en van fouten leren, dat bij het werk van een ingenieur hoort. 4.2 Presentatie voorbereiden - teams - 20 minuten In de vorige les hebben de leerlingen hun instrument/meetmethode getest, de resultaten van de metingen staan op Werkblad 3 Les 3 De resultaten. Vanwege de nauwkeurigheid is elke meting drie keer uitgevoerd en dan gemiddeld. Elk team bereidt een korte presentatie van 2 à 3 minuten voor over het instrument/meetmethode dat ze ontwikkeld hebben. De leerlingen dienen tijdens hun presentatie iets over het volgende te vertellen: De (wetenschappelijke) principes waarop de oplossing gebaseerd is. Andere oplossingen die aan het begin van de ontwerpfase geopperd zijn. De criteria die aan het begin vastgesteld zijn: o nauwkeurigheid van de meting o of het instrument makkelijk te bouwen is o of het instrument opnieuw te gebruiken is 4.3 Instrumenten presenteren - teams - 40 minuten Elk team presenteert zijn instrument/meetmethode aan de klas en laat zien hoe het werkt. Begeleid de leerlingen tijdens de presentaties. Besteed ook aandacht aan mogelijke oorzaken van verschillen tussen uitkomsten. Verschillen in uitademingsvolume worden doorgaans veroorzaakt door geslacht, leeftijd en lengte. Er zouden afgezien daarvan geen grote verschillen te zien moeten zijn in de meetresultaten. Als dat wel het geval is, moet nadrukkelijk verteld worden dat deze niet door een lichamelijke afwijking veroorzaakt hoeven te worden, het kan ook een van onderstaande oorzaken hebben: Het gebruik van verschillende meetmethodes met verschillende betrouwbaarheidsniveaus. Niet iedereen heeft op dezelfde manier gemeten. Ook zijn er altijd onnauwkeurigheid foutjes. Onnauwkeurigheid van de metingen als gevolg van de kwaliteit van het instrument. 4.4 Verbetering van de instrumenten - klassikaal - 10 minuten Vraag de leerlingen: Waren jullie meetresultaten steeds hetzelfde of waren er grote verschillen? Hoe kunnen jullie het meetinstrument of de meetmethode verbeteren? Was jullie instrument gemakkelijk te bedienen en opnieuw in te stellen? Schrijf de criteria op het bord, zodat de leerlingen de kwaliteit van hun instrumenten kunnen bepalen. Ze kunnen suggesties opperen en u kunt indien nodig op- en aanmerkingen toevoegen. Suggesties voor criteria ter verbetering van de instrumenten: Gebruiksgemak en benodigde insteltijd. 24
Nauwkeurigheid van de meting (vergeleken met het volume van volgens de literatuur goed werkende longen). Uiterlijk van het instrument. 4.5 Afronding - klassikaal/individueel - 10 minuten Deel Werkblad 4 Les 4 De ontwerpcyclus uit. Laat de leerlingen ieder een eigen werkblad invullen en neem volgens klassikaal de antwoorden door. Bespreek daarbij de stappen van de ontwerpcyclus en wijs ze aan op de poster. 4.6 Optionele activiteit: de spirometer - klassikaal - 10 minuten Beslis op basis van de belangstelling en het begripsniveau van de leerlingen of u de lessenserie uitbreidt met deze praktijktoepassing van de biomedische technologie. Vertel de leerlingen dat ze een instrument gebouwd hebben voor het meten van het maximale uitademingsvolume (of een methode bedacht hebben). Het is bekend dat het longvolume samenhangt met geslacht, lengte en leeftijd, maar ook eventueel met zeldzame longziekten. Zoals de leerlingen in de eerste les te horen hebben gekregen, lijdt Sara uit het verhaal aan kortademigheid. Biomedische instrumenten in het ziekenhuis kunnen extra gegevens meten, zoals het longvolume in verschillende situaties (bij inspanning en in rust), de snelheid van de luchtstroom en de tijd die de lucht nodig heeft om de longen te bereiken of te verlaten. Door al deze gegevens af te wegen krijgt de dokter informatie over het functioneren van de longen en kan hij een diagnose stellen. Deze meetinstrumenten zijn ontworpen en gebouwd door ingenieurs die in de biomedische technologie werken. Een van de instrumenten, dat gebruikt wordt om het longvolume te meten, is de zogenoemde spirometer. Het meet onder andere het longvolume. Het wordt gebruikt om ademhalingsmoeilijkheden vast te stellen, zoals een luchtwegvernauwing en problemen met de luchtstroomsnelheid die kunnen voorkomen bij astma en andere longaandoeningen. Tijdens het onderzoek ademt de patiënt hard uit in het instrument. Zo wordt het longvolume gemeten en berekend. De arts bekijkt de resultaten, zodat hij kan vaststellen of er iets aan de hand is en zo ja, wat. 25
Verhaal om de context te schetsen - Hoe kunnen we Sara helpen? Sara, jij bent aan de beurt! Sara stond op en liep naar de kamer van de dokter. Ze was een beetje zenuwachtig. De dokter lachte en vroeg haar te gaan zitten. Hallo, Sara, ik ben Michiel en ik ben een dokter. Mijn specialisatie is het ademhalingsstelsel. Wat kan ik voor je doen? Het begon allemaal twee weken geleden, legde Sara uit. Ik kreeg pijn in mijn borstkas toen we in de pauze met een bal aan het spelen waren. Ik moest stoppen met spelen om op adem te komen en bij het inademen hoorde ik een piepend geluid in m n keel. Een paar dagen geleden, ging ze verder, toen ik met mijn vriendinnen onderweg was naar de supermarkt, reed er een bus voorbij waar wolken zwarte rook uitkwamen. Iedereen begon te hoesten, maar ik hoestte het hardst van iedereen. De dokter luisterde aandachtig en zei: Ik begrijp dat je ademhalingsmoeilijkheden hebt. We zullen moeten uitzoeken waardoor dat komt. Sara schrok. Maar ik ga morgen op schoolreisje en dat wil ik niet missen! De dokter lachte. Maak je geen zorgen, Sara. We moeten gewoon een eenvoudig onderzoek uitvoeren, iets wat je zelf tijdens het schoolreisje kunt doen. Wat moet ik doen dan? vroeg ze. Ik geef je een instrument mee waarmee je de hoeveelheid lucht die je uitademt kunt meten. En ik geef je ook een klein notitieboekje mee. Een week lang moet je één keer per dag heel diep inademen en zo hard als je kunt in het meetinstrument uitademen en het resultaat opschrijven. Kom over een week weer terug en laat me dan zien wat je in het notitieboekje hebt opgeschreven. Met die resultaten kan ik een diagnose stellen. Sara vond het helemaal niet eng klinken. Ze stopte het meetinstrument en het notitieboekje in haar tas. Maakt u zich geen zorgen, dokter, zei ze. Ik zal de resultaten opschrijven, zoals u gevraagd hebt. U kunt op mij rekenen. De dokter lachte weer en zei gedag. Sara s moeder stond buiten te wachten. Sara liet haar het meetinstrument en het notitieboekje zien en legde uit wat ze van de dokter moest doen. De volgende ochtend stond Sara vroeg op om alle voorbereidingen te treffen voor het schoolreisje. Natuurlijk wist ze nog wat de dokter gezegd had. Ze stopte het meetinstrument en het notitieboekje in haar tas. En ook een pen, zodat ze de resultaten kon opschrijven. Met een grote rugzak om haastte ze zich naar school, waar ze het meetinstrument aan haar vriendinnen liet zien. Op dat moment kwam de bus aan en alle kinderen stapten in. Sara legde het meetinstrument bovenop haar andere spullen in de rugzak, legde die in het grote bagagerek en ging toen snel naast haar beste vriendin Marlies zitten. Het schoolreisje was heel erg leuk. Toen de bus stopte, vroeg de reisleider alle leerlingen hun flesje met water uit hun tas te halen en veel water te drinken. Ook Sara opende haar tas om haar flesje water eruit te halen. Tot haar grote afgrijzen zag ze dat het meetinstrument gebroken was. Het moet tijdens de reis platgedrukt zijn tussen de andere tassen. Met tranen in haar ogen haalde Sara voorzichtig alle stukjes een voor een uit haar rugzak. Hoe moest ze nu haar uitademingsvolume meten? De dokter zou vreselijk teleurgesteld zijn. Maak je niet druk, Sara, zei Marlies, terwijl al haar vriendinnen om hen heen kwamen staan. We helpen je een oplossing te vinden. Ik weet zeker dat we een manier kunnen vinden om je uitademingsvolume te meten, zelfs zonder het instrument dat je van de dokter hebt gekregen. Vertel de leerlingen dat ze in de volgende lessen Sara gaan helpen een manier te vinden om te meten hoeveel lucht ze uitademt. 26