COACH, het ICT gereedschap voor practica en veldwerk voor Onderwijs Bètabreed
CMA Opgericht In 1987 Doel Het onderwijs in de natuurwetenschappen, wiskunde en techniek te verbeteren en te verrijken met innovatieve en aantrekkelijke ICTtoepassingen.
Missie CMA CMA is een breed bèta-didactische organisatie, die goede en diverse ondersteuning biedt aan scholen en docenten bij innovatief bèta-onderwijs. Onze eigen producten worden ontwikkeld op basis van onderwijsonderzoek en try-outs op scholen. De productie wordt gedaan door professionele bedrijven, volgens de ISO-standaarden, wat leidt tot hoogwaardige, moderne producten. Staf 8 personen, waarvan 5 met een academische natuurwetenschappelijke en technische achtergrond
CMA Positie in Nederland De ontwikkeling van CMA hardware en softwareproducten, lesmaterialen, en nascholing van science-docenten op grote schaal, hebben geleid tot een brede implementatie in het gehele onderwijssysteem, met inbedding in lesboeken en examenprogramma s. Internationale positie De Coach software-omgeving is bekend om zijn leidende rol in de ontwikkeling van software voor science. De Coach omgeving integreert gereedschappen voor het science-, techniek- en wiskunde-onderwijs. CMA is betrokken in veel internationale projecten, zowel wetenschappelijk als voor het ondersteunen van andere instituten/landen bij de introductie van ICT in het onderwijs.
CMA Europese projecten CMA neemt deel aan verschillende grote Europese projecten voor onderwijsvernieuwing en ontwikkeling, zoals ICT for IST (ICT for Innovative Science Teachers) KLiC (Kicking Life into the Classroom) ESTABLISH (European Science & Technology in Action Building Links with Industry, Schools & Home
CMA Producten Compleet Computermeetsysteem 1. Hardware Interfaces Sensoren Actuatoren Accessoires 2. Software Coach 6 Leer- en Auteursomgeving 3. Practicumsets Voorbeelden van Experimenten
HARDWARE CMA Interfaces
Lab
Lab Eenvoudige USB meetinterface 2 analoge BT ingangen met sensorherkenning Analoge ingangen kunnen worden gebruikt als tellers Een groot aantal beschikbare sensoren Voeding via USB, geen voedingsadapter nodig
Lab Geheugenbuffer: 32 kb Maximale meetfrequentie: 40 khz Resolutie: 12-bits Computeraansluiting: USB FLASH-geheugen: maakt eenvoudig updaten van interne software (firmware) mogelijk Software: Coach 6 Lite (gratis) of Coach 6 (Licentie)
CoachLab II +
CoachLab II + Multifunctionele meetinterface Voor metingen met een groot aantal sensoren Voor besturen van modellen. Kan alleen gebruikt worden als vaste interface verbonden met een PC Twee analoge BT-ingangen met sensorherkenning Twee 4mm-ingangen Vier 4mm uitgangsparen met regelbare uitgangsniveaus
CoachLab II + Maximale meetfrequentie: 100 khz Resolutie: 12-bit Computerverbinding: USB doorvoersnelheid 125 kb/s Voeding: via voedingsadapter FLASH-geheugen: maakt eenvoudig updaten van interne software (firmware) mogelijk Software: Coach 6 Lite (gratis) of Coach 6 (licentieversie)
VinciLab (2014) NIEUW!
VinciLab Zeer krachtig mobiel meetsysteem, met capacitatief kleuren touchscreen. Voor in de klas of in het veld Met Coach aan boord (eerst meten, later ook modelleren en videometen)
VinciLab Maximale meetfrequentie: 1 MHz (op 4 kanalen tegelijk!) Resolutie: 12-bit Computerverbinding: USB Draait onder Linux Voeding: via batterij Wi-fi en Bluetooth voor communicatie met PC en mobiele apparatuur (bijv. tablet) Software: Coach 6 Lite (gratis) of Coach 6 (licentieversie)
MoLab
MoLab Mobiel grafisch systeem voor gegevensverzameling Klein Windows CE apparaat met eigen processor en geheugen Bediening via het kleuren touchscreen Kan standalone worden gebruikt of met een PC, in de klas of in het veld
MoLab Scherm: 320x240 (3.5 ) kleuren touchscreen Power: Oplaadbare accu (Li-ion 3,7 V, 2300 mah), opladen via USB vanuit de computer of adapter Geheugen: 256 MB Flash ROM en 64 MB gebruikersgeheugen: 32 MB voor het MoLab Coach 6 CE programma (AppFlash), 32 MB for gebruikersgegevens (DataFlash), sleuf voor externe micro SD kaart Ingangen: 4 sensoringangen voor ML sensoren
MoLab Resolutie: 12 tot 16 bit (afhankelijk van de aangesloten sensoren) Meetfrequentie: max. 100 khz (afhankelijk van de aangesloten sensoren) Computerverbinding: USB mini-poort Aansluiting op computer: via een USBpoort, via Windows Mobile Device Centre / Microsoft ActivSync Besturingssysteem: Windows CE OS (opwaardeerbaar)
MoLab datalogger Voedingsadapter (USB) USB kabel 4 Sensor,kabels met 5-pins mini jackplug Reserve pen Rubber beschermingshoes ML11s Temperatuursensor ML14s Lichtsensor ML17f Spanningsensor Handleiding MoLab Pakket
MoLab standalone MoLab wordt bediend via het touchscreen, de knoppen en het programma Coach 6 CE dat op MoLab draait. Coach 6 CE (voorgeïnstalleerd op MoLab) biedt gereedschappen voor verzamelen, bekijken en analyseren van gegevens. Gegevens van de sensoren kunnen worden verwerkt en geanalyseerd met veel tools.
MoLab View Het hulpprogramma MoLab View projecteert het MoLab scherm op een computerscherm bijvoorbeeld tijdesn een demonstratie in de klas.
MoLab met de computer MoLab wordt verbonden met de computer via een USB kabel en wordt aangestuurd via Coach 6 of Coach 6 Lite op de PC.
ML-sensoren MoLab werkt met MLsensoren: digitale, I2C sensoren, de meetwaarden worden door de sensor omgezet naar digitale waarden. compact ze gebruiken 5-pins mini jackpluggen. worden automatisch gedetecteerd door MoLab.
HARDWARE Sensoren
ML-sensoren I2C digitale sensoren van de ML-sensorlijn kunnen worden aangesloten op de ingangen van MoLab. ML-sensoren gebruiken sensorkabels voorzien van een 5-pins mini jackplug. Tot 4 sensoren kunnen gelijktijdig worden gebruikt.
ML Sensoren ML11s Temperatuursensor (- 40.. 125 C) ML14s Lichtsensor (1.. 65535 lux) ML17f Spanningsensor (- 15.. 15V) ML20f Stroomsensor (- 3.. 3 A) ML23f Stroomsensor (-12,5 ma.. 12,5 ma) ML26m Bewegingsdetector (0,15.. 6 m) ML29s Versnellingsensor 3-assig (- 8.. 8 g) ML32f Krachtsensor ( - 80.. 80 N) ML36s Barometer/Hoogtemeter (300.. 1100 hpa) ML39m Gasdruksensor (- 100.. 300 kpa) ML42m ph (0.. 14) ML45m Temperatuursensor (-200.. 1200 C) ML48m Vochtsensor (0.. 100%) ML51m Magneetveldsensor (-1000.. 3000 Gauss)
ML Sensoren (vervolg) ML54f Lichtsluis ML57m Geleidbaarheidsensor ML60m CO2-sensor (0.. 5000 ppm) ML63m Zuurstofsensor (gas) (0.. 100%) ML66m Zoutgehaltesensor (0.. 35) ML69m Stralingsensor ML72m ORP-sensor ML75m Zuurstofsensor (vloeistof) (0.. 15 mg/l) Deze lijn wordt nog verder uitgebreid
BT Sensoren De analoge sensoren van CMA zijn voorzien van een rechtshandige BT-plug (British Telecom) en daarmee kunnen ze direct aangesloten worden op de interfaces CMA Lab, CMA CoachLab II/II+, ULAB interfaces, de Vernier LabPro, de Texas Instruments CBL en CBL2 dataloggers. De digitale sensoren van CMA (nu alleen de bewegingsdetector) zijn voorzien van een linkshandige BT/plug (British Telecom) en kunnen daarmee rechtstreeks worden aangesloten op CMA CoachLab II/II+ and ULAB interfaces, de Vernier LabPro, de Texas Instruments CBL en CBL2 dataloggers. Sensoren met de letter "i" in hun artikelcode zijn zgn. "Intelligente" sensoren. Deze sensoren zijn voorzien van een geheugenchip met informatie over de sensor. Ze worden automatisch herkend door Lab, CoachLab II+ (via BT inputs), VinciLab, CBL2 en LabPro.
USB sensoren Motion USB sensor Voeding: gevoed via USB Software: Coach 6 Lite (gratis) of Coach 6 (Licentie) De Motion kan worden gecombineerd met Lab binnen één activiteit.
Sensoren voor Biologie Basis Temperatuursensor (0511) Hartslagensor (027i) CO 2 -sensor (0661i) Overig CO 2 -sensor (0660i) Geleidbaarheidsensor (0382) ECG-sensor (0668i) Hartslagfrequentiesensor (0375) Lichtsensor (0143i) Zuurstof (gas) sensor (0665i) ph-system (030i +031) Vochtsensor (025i)
Sensoren voor Natuurkunde Basis Temperatuursensoren (0511) en (016i) Krachtsensor (0663i) Geluidsensor (017i) Spanningsensor (0210i) Bewegingsdetector (0664) Overig Versnellingsensor +/-5g (0385) Draaihoeksensor (013i) Ladingsensor (0361i) Stroomsensoren (0221i of 0222i) Lichtsensoren (0141i, 0142i, 0143i) Magneetveldsensor (024i) Lichtsluis met gatenwiel (0662i) Druksensor (023i) Barosensor Stralingsensor (066i)
Sensoren voor Scheikunde Basis 2x Temperatuursensor (0511) ph-sensor (030i +031) Druksensor (023i) Spanningsensor (0210i) Additioneel Colorimeter (0351) Geleidbaarheidssensor (0382) Ion-selectieve sensoren (039x) ORP Sensor (0313i)
HARDWARE Actuatoren
Actuatoren CMA Actuatoren zijn voorzien van 4mm bussen en ze kunnen m.b.v. 4mm snoeren worden aangesloten op de uitgangen van de CMA CoachLab II/II+ interface. 061 Stappenmotortitrator wordt gebruikt voor het doseren van vloeistoffen, bijv. tijdens titraties. 062 Actuatorenset bestaat uit 6 4mm wires, 12V drukknop, lamphouder met 3 gekleurde 12V lampen, 12 V zoemer, 12 V gelijkstroommotor en propeller die op de motor geplaatst kan worden. 063 Schakelmodule met deze module kunnen 230V-apparaten worden geschakeld via de uitgangen van CoachLab II/II+. Hij wordt aangestuurd met een spanning vanaf 3 V (tot 25 V).
HARDWARE Accessories
Accessoires 041 USB Web cam voor directe videoopname in Coach 6. Adapters: 0519 4mm naar BT 0520 BT naar 4 mm BT-BT (Analoog) verlengkabels Plakelektroden voor ECG-sensor 0628i Kabels IEEE1394 kabel voor doorverbinden van Lichtsluizen (0662i) in een serie USB kabel voor het Kruispuntmodel Losse voedingsadapters voor CoachLab II +
Software Coach 6
Ontwikkeling van Coach software Doorlopend ontwikkelproject vanaf 1987, op basis van Ervaringen in de klas, Feedback van docenten/toa s Onderwijs-onderzoek, en Vooraanstaande ICT-mogelijkheden
Hoofdconcept De software biedt een open leeromgeving voor het bèta-onderwijs met een groot assortiment gereedschappen voor onderzoek in brede zin, waardoor leerlingen kunnen werken zoals ook echte wetenschappers doen.
Belangrijke aspecten... Coach verandert de computer in een universeel meet- en onderzoeks- instrument en biedt de leerling een breed scala aan mogelijkheden om te onderzoeken, te meten en te leren van de realiteit waarin we leven (real-life conteksten). Moet gestructureerd worden aangeboden om een onderzoekende houding bij het leren te stimuleren.
Belangrijke aspecten... Werken als een professionele wetenschapper: Verzamelen van real-time meetgegevens van hoge kwaliteit, Bouwen en gebruiken van computermodellen, Vergelijken van meetresultaten met modellen en theorie. Sturen en regelen via programmeren op verschillende niveau s Visualiseren via animaties Universele leeromgeving die breed toepasbaar is in verschillende curricula.
Computermeten (schematisch) Sensor Interface PC Sensor zet een grootheid om in spanningswaarden. Interface voorziet de sensor van voeding en geeft de afgegeven sensorspanning door aan de PC. PC rekent spanning terug naar waarde van de grootheid (op basis van ijktabel) en slaat meetresultaten op. Daarna is weergave naar keuze en bewerking en analyse mogelijk.
1986 1994 Coach 1 4 Integratie van gereedschappen voor : Verzamelen van meetgegevens Gegevensverwerking en -analyse Dynamisch modelleren
1994 2006: Coach 5 Coach Junior voor onderbouw Mogelijkheid om inhoud toe te voegen: tekst, plaatjes, video s Auteursomgeving om multimedia toepassingen te maken (Coach-activiteiten)
2006 heden: Coach 6
Coach 6 Voorziet leerlingen en docenten van gereedschappen voor onderzoekend leren Een software-suite bestaande uit: Verzamelen van meetgegevens Maken van meet- en regelsystemen Video-opname Meten aan video en foto Modelleren van dynamische systemen Bouwen en afspelen van animaties Verwerken en analyseren van gegevens Verslaglegging
Coach 6 Biedt een scala aan mogelijkheden om leerinhouden te presenteren: tekst, afbeeldingen, video s, animaties en webcontent. Biedt auteursgereedschappen om pasklare activiteiten te maken voor leerlingen van basisschool tot universiteit. Kan bij alle bètavakken worden ingezet: biologie, natuurkunde, scheikunde, wiskunde, techniek, ANW, NLT
Coach 6
Meten Online en off-line verzamelen van meetgegevens Ondersteuning voor veel verschillende interfaces en een groot scala aan sensoren en actuatoren Real-time sensorwaarden en berekende grootheden in grafieken, tabellen en meters Meetgemak met veel handige mogelijkheden zoals: Eenvoudige opzet van experimenten Verschillende meetmethoden Uitgebreide sensorbibliotheek sensorijking Synchronisatie van meten met videobeelden
Sturen en regelen Mogelijkheid om programma s te maken en te gebruiken om systemen te besturen De stuuromgeving biedt verschillende programmeermethoden met toenemend niveau: Handmatig besturen Leerknoppen Microwereld-modus Vrij programmeren in CoachTaal.
Onderwijskundige voordelen Computer uitgerust met interface en sensoren wordt een universeel meetinstrument Verzamelen van meetgegevens met een hele kleine of grote tijdsspanne en meetfrequenties Presentatie van de gegevens tijdens de meting maakt directe observatie mogelijk en versterkt de link tussen experiment en resultaten Ogenblikkelijke feedback bevordert kritisch denken; leerlingen hebben meer tijd voor observeren, interpreteren, bediscussiëren en gegevensanalyse. Leerlingen zijn actief betrokken in het leerproces door de mogelijkheid om zelf onderzoek te doen
Videometen Meten aan digitale videobeelden of foto s (aan gebeurtenissen uit de werkelijkheid) Bij een videometing worden gegevens verzameld in de vorm van videopunten die met de muis worden aangeklikt of automatisch worden gevolgd Met de Opname-optie kunnen rechtstreeks videoopnamen worden gemaakt. Verder zijn nog krachtige videogereedschappen beschikbaar: Video-bewerking Perspectiefcorrectie Exporteren van videobestanden
Onderwijskundige voordelen Mogelijkheid om te meten aan de leefomgeving van buiten de klas Grafieken zijn gekoppeld aan de videobeeldjes. Dit helpt leerlingen om de kloof tussen de concrete beweging en de abstracte grafische representatie te overbruggen.
Modelleren Mogelijkheden voor het gebruiken en bouwen van numerieke modellen van continuverandererende (dynamische) systemen. In zulke modellen worden de dynamische veranderingen stap-voor-stap beschreven en berekend. Modelleren biedt mogelijkheden voor het oplossen van realistische problemen die niet analytisch kunnen worden opgelost en anders niet op VO-niveau kunnen worden gedaan).
Modelleren In de grafische modus wordt een modelstructuur gebouwd met grafische symbolen. Deze geeft een visuele representatie van alle modelvariabelen en hun interacties. De wiskundige representatie van een model: differentiaalvgl. en, formules en beginwaarden kunnen worden getoond en bewerkt in de vergelijkingen- en tekstmodus.
Onderwijskundige voordelen Helpt de leerling om zijn vaardigheden tot theorievorming te vergroten Oplossen van complexe, realistische problemen, zonder de beperking van idealisaties Modelstructuur kan eenvoudig aangepast worden voor uitproberen van verschillende ideeën Mogelijkheid om modelresultaten te vergelijken met experimentele gegevens
Auteursomgeving Gereedschappen voor organisatie van de materialen t.b.v. docenten Niveau van de materialen kan worden aangepast voor leerlingen vanaf de basisschool (leeftijd 8-10 jaar) tot propedeuseniveau (leeftijd 20 jaar)
Auteursomgeving Onderwijsontwikkelaars (docenten, methodeschrijvers) kunnen hiermee Coachactiviteiten met hun eigen leerinhouden maken.
Coach 6 Producten Coach 6 Lite Gratis Leerlingversie met ondersteuning van de CMA interfaces voor meten, sturen en regelen en een beperkte groep verwerkingsmogelijkheden. Coach 6 Studio MV Softwarepakket voor Videometen en Modelleren. Bevat ook de auteursomgeving (licentieversie) Coach 6 De volledige versie van het programma (licentieversie) De laatste Coach-versies kunnen worden gedownload van: http://www.cma-science.nl/software/coach6
Voorbeelden Computermetingen
Biologie: Een ECG opnemen De ECG sensor wordt gebruikt om een ECG op te nemen om de elektrische activiteit van het hart te bestuderen. De spiervezels van het hart produceren kleine elektrische spanningen die kunnen worden gemeten via elektrodes op de huid van de polsen.
Biologie: De hartslag meten De hartslagsensor wordt gebruikt om de hartslag te meten en in een grafiek te tonen. Met de hartslagsensor kan de bloedtoevoer in een oorlel (of pink) worden gevolgd. Elke keer dat de hartspier zich samentrekt wordt er bloed in de aderen gepompt. Hierdoor stijgt de bloeddruk en neemt de bloedtoevoer in het oor (pink) toe. De sensor schijnt licht op de oorlel en meet hoeveel licht wordt doorgelaten.
Biologie: Fotosynthese Het proces van fotosynthese onderzoeken. De CO 2 -sensor wordt gebruikt om de productie van CO 2 gas door groene spinaziebladeren te volgen, in het donker en in verschillende verlichtingsomstandigheden.
Biologie: Fotosynthese Het volgen van de fotosynthese over een langere tijdsperiode (72 uur) Bij dit experiment kunnen veel verschillende sensoren zoals voor O 2 (gas), CO 2 (gas), licht, temperatuur en vocht worden gebruikt.
Biologie: Ademhaling bij meelwormen Het proces van ademhaling bij meelwormen volgen De CO 2 -sensor wordt gebruikt om de veranderende CO 2 -niveaus in een gesloten reactievat met levende meelwormen te meten.
Sensoren voor Biologie Voorbeelden van sensoren voor biologie: CO 2 sensor Geleidbaarheidsensor Zuurstofsensor (vloeistof) ECG-sensor Hartslagsensor Lichtsensor Zuurstofsensor (gas) ph-sensor Vochtsensor Spirometer Bloeddruksensor Temperatuursensor Draaihoeksensor (voor volumes)
Scheikunde: Endothermische reacties Meten en tonen van de temperatuur tijdens endotherme en exotherme reacties Tijdens de spontane reactie tussen kristalsoda (Na 2 CO 3.10 H 2 O) en citroenzuur (C 6 H 8 O 7.H 2 O) vindt een flinke temperatuurdaling plaats.
Scheikunde: Vlamtemperaturen Een thermokoppel is een eenvoudige temperatuursensor voor het meten van temperaturen in een groot bereik (van -200 C tot 1400 C) die kan worden gebruikt voor het bestuderen van de temperatuur in vlammen. Op deze manier kunnen temperatuurverschillen tussen verschillende plaatsen van de vlam gemakkelijk gedemonstreerd worden.
Scheikunde: Zuur-basetitraties De ph-sensor kan worden gebruikt om de ph-waarde tijdens zuurbasetitraties te meten. Als zuur wordt toegevoegd aan de base, verandert de ph geleidelijk, totdat de oplossing dicht bij het equivalentiepunt komt. Bij dit punt treedt een snelle verandering van ph op. Het toevoegen van de titrant kan automatisch worden gedaan via de stappenmotorburet die wordt aangestuurd door een programmaatje. Zo kan de hoeveelheid toegevoegde titrant worden gemeten.
Scheikunde: Reactiesnelheid Waarnemen van de reactiesnelheid door de verandering van concentratie te meten met een colorimeter.
Scheikunde: Energie van voedsel Bepalen van de hoeveelheid energie van één aardappelchip door meten van de warmte die vrijkomt tijdens de verbranding ervan. De meting gebeurt met een temperatuursensor die in goed thermisch contact geplaatst is met een calorimeter. De hoeveelheid warmte kan worden berekend via vergelijking met een ijkmeting die gedaan is met een standaard elektrische lamp in plaats Laboratoriumonderwijs van brandende 2015 chip..
Sensoren voor Scheikunde Voorbeelden van sensoren voor Scheikunde: Colorimeter Geleidbaarheidsensor ph-sensor Druksensor (voor gasdruk) Temperatuursensoren Troebelheidsensor Spanningsensor Ion-selectieve sensoren ORP-sensor (oxidatie-reductiepotentiaal) Draaihoeksensor (voor meten van gasvolume)
Natuurkunde: Faseveranderingen Waarnemen van het proces van faseverandering (van vloeistof naar vaste stof) bij de afkoeling van stearinezuur Meten met de temperatuursensor
Natuurkunde: Elektromagnetische inductie Meten van de geïnduceerde spanning door een vallende magneet door een spoel over de uiteinden ervan Onderzoeken hoe de geïnduceerde spanning wordt beïnvloed door het omdraaien van de magneet of door magneten van verschillende sterkte. Alhoewel de proef binnen een halve seconde voorbij is, kan de geïnduceerde spanning worden gemeten via triggering.
Natuurkunde: Verdamping van vloeistoffen Waarnemen van het proces van afkoelen door verdamping van verschillende vloeistoffen (water, alcohol, ether) Meten gebeurt met een temperatuursensor
Natuurkunde: Aanzetten van een lampje Stroomsensor, spanningssensor, lichtsensor (triggering, zelf grafieken maken, nieuwe grootheid berekenen)
Natuurkunde: Zwevingen bij geluid Onderzoeken van de vorm van geluidsgolven en van zwevingen. Zeer korte (tussen 50 en 500 ms) en zeer snelle (50.000 Hz) metingen met de geluidsensor.
Natuurkunde: Meten van de geluidsnelheid De geluidsnelheid bepalen met gebruik van de echomethode. De geluidsensor detecteert het begingeluid en de echo die gereflecteerd wordt van het andere uiteinde. De reistijd van de heen-en-weergaande golf kan worden afgelezen uit de grafiek. Uit de bekende afstand en de reistijd wordt de geluidsnelheid berekend.
Natuurkunde: Wet van Boyle Onderzoeken van de relatie tussen volume en luchtdruk in de spuit (wet van Boyle). De luchtdruk wordt gemeten met de druksensor en de bijbehorende waarde van het luchtvolume wordt afgelezen van de spuit en ingetypt via het toetsenbord.
Natuurkunde: Toestel van Atwood Bepalen van de g door gebruik van het gatenwiel als een toestel van Atwood. Twee massa s worden opgehangen over de katrol aan een draad. De spaken van het wiel blokkeren de lichtsensor, die pulsen genereren als het wiel draait. De pulsen worden geteld en geijkt in een afstand in meters. Er wordt gebruikgemaakt van pulsgestuurde meting: bij iedere puls op de telleringang door de lichtsluis wordt een meting gedaan.
Sensoren voor Natuurkunde Voorbeelden van sensoren voor Natuurkunde: Versnellingsensor Draaihoeksensor Ladingsensor Stroomsensoren Krachtsensor Lichtsensor Magnetisch-veldsensor Bewegingsdetector Lichtsluis met gatenwiel Druksensoren Stralingsensor Geluidsensor Temperatuursensor Spanningsensor