Een fragiel evenwicht Ontwerp en maak een hangend kunstwerk Mechanica & Evenwicht en krachten Lessenserie voor groep 5 – 8 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Inleiding Deze lessenserie is één van verschillende ENGINEER-lessenseries voor het primair onderwijs. Techniek en technologie staan centraal; hieronder valt het toepassen van wetenschappelijke en praktische kennis om constructies, machines, apparaten, systemen, materialen en processen te ontwerpen, te bouwen en te onderhouden. In elke lessenserie wordt een onderwerp wetenschappelijk en technisch behandeld. De leerlingen werken naar een uitdaging toe, ze lossen een probleem op. De lessenseries zijn zo ontwikkeld dat ze een brede groep leerlingen aanspreken. Ook worden stereotypen die betrekking hebben op techniek en technologie uitgedaagd 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 krijgen. 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, die bestaat uit verkennen, bedenken, plannen, maken en verbeteren. Het benadrukken van de ontwerpcyclus bevordert het stellen van vragen en de creativiteit van de leerlingen. Ook geeft het ruimte aan de leerlingen om hun probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen. Daaronder vallen het testen van alternatieve opties, het interpreteren van resultaten en het evalueren van de oplossingen. De opdrachten en de uitdaging hebben waar mogelijk een open einde. Er zijn vaak meerdere goede antwoorden, om zo de oplossingen en ideeën van de leerlingen zo goed mogelijk tot hun recht te laten komen en hun motivatie 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 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Inhoud Inleiding .......................................................................................................................................................... 1 Overzicht lessenserie ...................................................................................................................................... 3 Benodigdheden ............................................................................................................................................... 4 Les 0 – Techniek en envelop............................................................................................................................ 6 0.1 Inleiding - teams/klassikaal - 10 minuten ................................................................................................. 7 0.2 Wat is een envelop? - teams/klassikaal - 10 minuten .............................................................................. 7 0.3 Welke envelop is geschikt? - teams/klassikaal - 15 minuten .................................................................... 7 0.4 Theezakje - klassikaal – 10 minuten.......................................................................................................... 8 0.5 Afsluiting - klassikaal - 10 minuten ........................................................................................................... 8 Les 1 – Wat is het probleem? .......................................................................................................................... 9 1.1 Inleiding - klassikaal - 20 minuten ........................................................................................................... 10 1.2 Vragen verzamelen - teams - 15 minuten ............................................................................................... 10 1.3 Afsluiting - 5 minuten.............................................................................................................................. 11 Les 2 - Wat moeten we weten? ..................................................................................................................... 12 2.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten ............................................................................................................. 13 2.2 Experimenten - tweetallen - 45 minuten ............................................................................................... 13 2.3 Bespreken van de experimenten - klassikaal - 15 minuten .................................................................... 16 2.4 Hijskraan - klassikaal - 15 minuten.......................................................................................................... 16 2.5 Afsluiting – klassikaal - 5 minuten ........................................................................................................... 17 Les 3 - We gaan bouwen! .............................................................................................................................. 18 3.1 Inleiding - klassikaal - 15 minuten ........................................................................................................... 19 3.2 Ontwerpen, bouwen, testen en verbeteren - tweetallen - 60 minuten ................................................. 19 3.3 Afsluiting - 5 minuten ............................................................................................................................. 20 Les 4 - Hoe ging het? ..................................................................................................................................... 21 4.1 Inleiding - 75 minuten ............................................................................................................................ 22 4.2 Een bouwhandleiding schrijven - individueel - 30 minuten .................................................................... 22 4.3 Afsluiting - 5 minuten.............................................................................................................................. 22 Ontwerpcyclus ...................................................................................................................................................... 23 Verhaal om de context te schetsen ........................................................................................................................ 24 Werkblad 0 Les 0 – Techniek? .......................................................................................................................... 25 Antwoordblad Werkblad 0 Les 0 – Techniek? .................................................................................................. 26 Werkblad 1 Les 1 - Afbeelding 1 ....................................................................................................................... 27 Werkblad 2 Les 1 - Afbeelding 2 ....................................................................................................................... 28 Werkblad 3 Les 1 - Afbeelding 3 ....................................................................................................................... 29 Werkblad 4 Les 2 - Wip, gemaakt van een liniaal ............................................................................................ 30 Werkblad 5 Les 2 - Kleerhanger ....................................................................................................................... 31 Werkblad 6 Les 2 - Bezem ................................................................................................................................ 32 Werkblad 7 Les 2 - Speeltuinwip ...................................................................................................................... 33 Werkblad 8 Les 2 - Hijskraan ............................................................................................................................ 35 Werkblad 9 Les 3 – Ontwerp, maak, test en verbeter ...................................................................................... 36 Wetenschappelijke achtergrond ............................................................................................................................ 38 Ideeën van leerlingen over evenwicht en krachten ................................................................................................ 40 Achtergrondinformatie over mobiles .................................................................................................................... 42 Partners ................................................................................................................................................................ 43 2 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Overzicht lessenserie Tijdsduur: 6 uur en 10 minuten (inclusief les o) Doelgroep: groep 5 - 8 Beschrijving: in deze lessenserie begeven de leerlingen zich op het gebied van de mechanica. Ze maken kennis met de natuurkundige concepten evenwicht en kracht. De uitdaging wordt ingeleid door een verhaal waarin een kunstenaar een ingenieur vraagt hem te helpen met het bouwen van een hangend kunstwerk (mobile) voor de aula van een school. De uitdaging die de leerlingen aangaan moedigt hen aan op een zelfstandige, open, en constructieve manier te werken. De leerlingen vergroten hun vaardigheden voor het ontwerpen en bouwen van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk. Natuur en techniek: deze lessenserie gaat over evenwicht en krachten. Lesdoelen, in deze lessenserie leren de leerlingen: de ontwerpcyclus te gebruiken voor het vergroten van hun vaardigheden om zo een in evenwicht zijn de hangend kunstwerk te ontwerpen en te bouwen; de juiste vragen te stellen, samen te werken en open te staan voor nieuwe ideeën; het belang van de natuurkundige concepten evenwicht, kracht, zwaartepunt en tegengestelde kracht in bouwkundige ontwerpen. 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. De leerlingen onderzoeken de eigenschappen van een hangend kunstwerk/mobile en worden geconfronteerd met de uitdaging een hangend kunstwerk te maken die in evenwicht is. In les 2 leidt de ‘verken’-stap van de ontwerpcyclus tot een onderzoek naar de natuurkundige verschijnselen kracht en evenwicht. Met diverse experimenten bestuderen de leerlingen de eigenschappen van krachten, evenwicht, zwaartepunt en tegengestelde krachten. Om deze kennis te verbreden en te oefenen, worden deze termen geoefend aan de hand van de werking van een hijskraan. In les 3 wordt de ontwerpcyclus toegepast op de uitdaging van deze lessenserie: het bouwen van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk. De leerlingen ontwerpen en bouwen in tweetallen een kunstwerk volgens een eigen idee. In les 4 wordt met name teruggekeken op het bouwproces. De leerlingen laten zien of hun hangend kunstwerk aan alle vastgestelde criteria voldoet. Ze bespreken ook de problemen die ze tegenkwamen bij het bouwen. Ten slotte worden de mobiles in de klas opgehangen en schrijven de leerlingen de verschillende stappen van het bouwproces op. 3 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Benodigdheden Lijst met materialen en benodigde hoeveelheden voor 30 leerlingen. Materiaal De ontwerpcyclus, geprint op een A2-papier A2-papier Pak post-its Set van vijf verschillende soorten enveloppen Set van vijf envelopachtige voorwerpen zoals suikerzakjes, natte doekjes, wondgaasjes, kokers, dvd-doosjes, tandenstoker-envelopjes Set van twee verschillende voorwerpen voor in de bovenstaande enveloppen, zoals een foto, een delicaat sieraad, een dvd of schaar A5 vel Werkblad 1 Les o - Techniek? Werkblad 4 les 2 - Wip, gemaakt van een liniaal Werkblad 5 Les 2 - Kleerhanger Werkblad 6 Les 2 - Bezem Werkblad 7 Les 2 - Speeltuinwip Werkblad 8 Les 2 - Hijskraan Liniaal Paperclips Zeshoekige potloden Wasknijpers Rol touw IJzeren kleerhanger Totaal 1 5 1 5 1 Les 0 1 5 1 5 1 5 5 5 - 15 25 - 75 5 - 15 50 - 150 1 5 - 15 15 15 15 15 15 5 - 15 25 - 75 5- 15 50 - 150 1 5 - 15 Plekken om de kleerhanger aan te hangen (bijvoorbeeld een kledingstang) Bezem Speeltuinwip (optioneel) Fototoestel (optioneel) Bevestigingsmaterialen o Plakband o Vloeibare lijm o IJzerdraad (ongeveer 0,25 cm dik) o Paperclips Gereedschap o Schaar o Waterpas 5 - 15 5 - 15 5 1 1 5 1 ca. 60 5 Les 1 1 Les 2 1 Les 3 1 Les 4 1 1 1 ca. 60 5 5 5 5 100 5 5 5 100 30 2 30 2 4 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Materiaal o Hobbytang met draadschaar o Handboor of priem Armen van de mobile o Satéstokjes o Rietjes o Houten tandenstokers Draad (maak een selectie) o Raffia o Katoengaren o Naaigaren o Nylon (0,15 mm dik) Decoratieve voorwerpen (maak een selectie) o Kraal o Ballon o Natuurmateriaal, zoals stenen, schelpen, kastanjes, eikels, bladeren of takjes. o Ansichtkaart o Schroef o Bout o Piepschuim bal o Kurk o Door de leerlingen zelf meegebracht decoratief voorwerp Totaal 10 Les 0 Les 1 Les 2 Les 3 10 5 5 100 100 100 100 100 100 Les 4 2 bundels 2 2 2 2 bollen 2 klosjes 2 rollen 2 2 2 2 2 2 2 2 2 100 30 30 100 30 30 20 20 20 30 20 20 20 20 30 20 x 5 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Les 0 – Techniek en envelop Wat is techniek? Tijdsduur: 55 minuten Leerdoelen, in deze les leren de leerlingen dat: technici en ingenieurs problemen oplossen met behulp van een scala aan technologieën en materialen; voorwerpen ontworpen zijn met een doel; ze lossen een bepaald probleem op of voorzien in een specifieke behoefte; 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? 5 sets van 5 verschillende soorten enveloppen, bijvoorbeeld o ‘bubbeltjes’-envelop, groot en klein o ‘stevige’ envelop, groot en klein o gewone envelop Voorbereiding Verzamel de enveloppen en voorwerpen. Print voor elk groepje een exemplaar van Werkblad 1 Les o - Techniek? (optioneel). Werkvormen teams klassikaal 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 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. 6 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 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? 7 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License ─ ─ ─ 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. 8 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Les 1 – Wat is het probleem? Achter de uitdaging komen Tijdsduur: 40 minuten Lesdoelen, in deze les: maken de leerlingen kennis met de ‘verken’-stap en de ontwerpcyclus; leren de leerlingen dat ingenieurs problemen oplossen met behulp van de vijf stappen van de ontwerpcyclus: verken, bedenk, ontwerp, maak en verbeter; maken de leerlingen kennis met het fenomeen van hangend kunstwerken. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 5 x Werkbladen 1 - 3 Les 1 Verhaal om de context te schetsen 60 A5 vellen Voorbereiding Verzamel de materialen Print of kopieer de werkbladen Werkvormen Klassikaal Teams Context en achtergrond De ’verken’-stap van de ontwerpcyclus introduceert het onderwerp ‘hangende kunstwerken die in evenwicht zijn’ bij de leerlingen. Ze bekijken een aantal verschillende hangende kunstwerken en bedenken vragen over zaken die ze moeten weten om er zelf een te kunnen maken. 9 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 1.1 Inleiding - klassikaal - 20 minuten Vertel het verhaal (zie Verhaal om de context te schetsen) waarmee de uitdaging wordt geïntroduceerd en vraag de leerlingen in een cirkel te gaan zitten, bijvoorbeeld op stoelen, bankjes of kussens op de grond. Het voordeel van de kring is dat iedereen elkaar kan zien. De cirkel is met name geschikt om op een onderwerp te focussen, klassikaal een discussie te voeren of voorwerpen te presenteren. Vertel de leerlingen dat ze voor kunstenaar Victor de komende lessen in tweetallen een hangend kunstwerk dat in evenwicht is, gaan bouwen. Deel vervolgens een aantal voorbeelden uit (Werkblad 1 - 3) en vraag wat hen opvalt aan deze hangende kunstwerken/ mobiles. Meer afbeeldingen van uitgebalanceerde mobiles: http://pinterest.com/search/pins/?q=mobile Er is bewust gekozen om de term ‘mobile’ niet voor de leerlingen te gebruiken omdat dit de leerlingen wellicht al te veel een beeld geeft van een mogelijke uitkomst. U houdt zich bij deze discussie op de achtergrond en verzamelt alle gedachten van de leerlingen. Alle ideeën, gedachten en suggesties mogen geuit worden. De basisregel is dat niets fout is, niets verboden is en dat aan alles gedacht mag worden en alles met elkaar gedeeld mag worden. Schrijf de genoemde eigenschappen van de hangende kunstwerken op het bord. Aan de karakteristieke onderdelen van mobiles, zoals verschillende lagen, hangende voorwerpen en evenwicht wordt verderop in deze lessenserie aandacht besteed. Leg in het kort de ontwerpcyclus uit. Teken de cirkel van de ontwerpcyclus op het bord (zie bijlage), noem de vijf stappen van de ontwerpcyclus en beschrijf in een paar woorden wat elke stap inhoudt. Verken: stel de juiste vragen die met het probleem te maken hebben. Bedenk: bedenk mogelijke oplossingen. Ontwerp: gebruik een idee of een combinatie van ideeën om je ontwerp te maken. Maak: werk je ontwerp uit en test het om te kijken of het aan je criteria voldoet. Verbeter: verbeter je ontwerp en maak het nog beter, test het opnieuw. Met deze uitdaging (het maken van een hangend kunstwerk) gaan de leerlingen als ingenieur aan de slag. Het werkveld van deze uitdaging is de mechanica. Mechanica is de wetenschap die bestudeert welke krachten op iets inwerken en hoe je die krachten in balans kunt krijgen. Ingenieurs werken ook met de ontwerpcyclus bij het oplossen van problemen en het ontwikkelen van nieuwe producten. 1.2 Vragen verzamelen - teams - 15 minuten De leerlingen gaan nu vragen stellen, vorm hiervoor teams. De leerlingen kunnen op A5 vellen vragen noteren over het bouwen van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk. 10 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Daarna gaat de klas weer in een cirkel zitten en worden alle vragen op de vloer uitgespreid. Kaarten met dezelfde vragen erop kunnen op elkaar gelegd worden. Bevestig alle vellen met plakband op het bord. Verdeel de vragen onder naar: bouwmaterialen decoratieve voorwerpen bevestigingsmethodes armen van de mobile benodigd gereedschap wetenschappelijke achtergrond Bespreek de vragen op het moment waarop ze op de les aansluiten. De inhoudelijke vragen zullen volgende les aan de orde komen. De vragen over materialen komen in les 3 terug. 1.3 Afsluiting - 5 minuten Leg het verband met het inleidende verhaal: tijdens de bouw van zijn hangend kunstwerk liep Victor tegen het probleem aan dat hij het kunstwerk niet goed in evenwicht kreeg. Om net als een echte ingenieur te werken gaan de leerlingen in de volgende les experimenteren. Ze leren de concepten evenwicht, zwaartepunt, kracht en tegengestelde kracht. 11 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Les 2 - Wat moeten we weten? Evenwicht en krachten verkennen Tijdsduur: 85 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: de basis van enkele natuurkundige concepten, kracht, tegengestelde kracht, evenwicht en zwaartepunt; door middel van experimenten deze natuurkundige concepten te onderzoeken; terugblikken op de ontwerpcyclus. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) 15 x Werkblad 4 les 2 - Wip, gemaakt van een liniaal 15 x Werkblad 5 Les 2 - Kleerhanger 15 x Werkblad 6 Les 2 - Bezem 15 x Werkblad 7 Les 2 - Speeltuinwip 15 x Werkblad 8 Les 2 - Hijskraan 5 - 15 linialen 25 - 75 paperclips Voorbereiding Verzamel de materialen Print of kopieer de werkbladen Zorg voor meerdere plekken om de kleerhangers op te hangen. Werkvormen Klassikaal Tweetallen 5 - 15 zeshoekige potloden 5 - 15 ijzeren kleerhangers 50 - 150 wasknijpers Rol touw 5 bezems 5 – 15 plekken om de kleerhanger aan te hangen (bijvoorbeeld een kledingstang) 1 speeltuinwip (optioneel) Context en achtergrond In les 2 gaan de leerlingen verder met de ‘verken’ stap. De natuurkundige theorie komt in deze les aan de orde. Ze voeren verschillende experimenten uit die te maken hebben met de natuurkundige concepten evenwicht, kracht, tegengestelde kracht en zwaartepunt. Gedurende dit proces leren de leerlingen over de fundamentele natuurkundige effecten waarmee ze rekening moeten houden bij de bouw van hun in evenwicht zijnde hangend kunstwerk. 12 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 2.1 Inleiding - klassikaal - 5 minuten Help de leerlingen de kennis die ze eerder hebben opgedaan op te frissen. Herinner de leerlingen aan het probleem van de bouw van een hangend kunstwerk. De leerlingen voeren tijdens deze les diverse experimenten uit die te maken hebben met de concepten evenwicht, zwaartepunt, kracht en tegengestelde kracht. 2.2 Experimenten - tweetallen - 45 minuten Deel de klas in tweetallen op en leg de werkwijze uit: Drie experimenten vinden plaats in het klaslokaal. Het vierde experiment kan alleen uitgevoerd worden als de school een speeltuinwip heeft. Kies zelf hoe u de experimenten aanbiedt. Voor welke mogelijkheid gekozen wordt hangt af van de mate waarin de leerlingen gewend zijn om zelfstandig te experimenteren: o De leerlingen mogen de volgorde kiezen waarin ze de experimenten uitvoeren. Elk tweetal bepaalt zelf wanneer ze binnen de gegeven tijd welk experiment doen. o De leerlingen voeren de experimenten uit in een vastgestelde (roulerende) volgorde. o De leerlingen blijven op hun plek en voeren na elkaar de experimenten uit. Nadat ze een experiment afgerond hebben, geven de leerlingen de materialen door aan het volgende team. Elk experiment heeft een werkblad (Werkbladen 4 - 7 Les 2) waarop staat hoe het experiment gaat en ze hun bevindingen kunnen noteren. 1. Wip, gemaakt van een liniaal Materiaal: zeskantig potlood, liniaal en 5 paperclips. Opdracht: plaats het potlood onder de liniaal. De liniaal moet in balans zijn. Om de liniaal in balans te krijgen, worden er paperclips op de liniaal gelegd. Doel: de balans bepalen van een beweegbaar voorwerp waarop verschillende krachten werken (dit evenwicht is ook van toepassing op een hangend kunstwerk dat in evenwicht is). 13 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 2. Kleerhanger Materiaal: kleerhanger van ijzer, wasknijpers, een stuk touw en een plek om de kleerhanger op te hangen. Opdracht: hang de kleerhanger aan het stuk touw, bevestig een verschillend aantal wasknijpers aan de uiteinden van de kleerhanger. De kleerhanger moet in balans blijven. Doel: de balans bepalen van een beweegbaar voorwerp waarop verschillende krachten werken. 3. Bezem Materiaal: een bezem. Opdracht: steek je handen naar voren en spreid je armen zo wijd mogelijk. Je klasgenoot legt voorzichtig de bezem op je handen. De bezem moet in balans blijven. Kun je beide handen naar het midden van de bezem bewegen? Kun je dat met beide handen tegelijkertijd doen? Is het moeilijker om één hand of beide handen tegelijkertijd te bewegen? Zo ja: welke van de twee handen kun je gemakkelijker bewegen? Waarom? Naar welke kant helt de bezem over? Hoe komt dat? Waarom bevinden je handen zich niet in het midden van de bezem, hoewel de bezem in balans is? Waar ligt het zwaartepunt van een bezem? Tip: om te voorkomen dat leerlingen zich bezeren als de bezem valt of overhelt, is bij dit experiment een geschikte plek in het klaslokaal belangrijk. 14 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 15 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 4. Speeltuinwip (optioneel) Materiaal: speeltuinwip. Opdracht: de wip moet in balans zijn met verschillende aantallen kinderen erop. Doel: bepaal het effect van massaverandering op het evenwicht van wip. Tip: dit experiment kan klassikaal uitgevoerd worden. 2.3 Bespreken van de experimenten - klassikaal - 15 minuten Bespreek de ervaringen van de leerlingen bij de experimenten. Mogelijke vragen: Wat hebben de leerlingen gedaan in dit experiment? Wat hebben ze gezien? Waarom gebeurde dat? Welke verband is er met het bouwen van een uitgebalanceerd hangend kunstwerk? Bespreek de antwoorden en vul ze aan met de belangrijke termen kracht, tegengestelde kracht, zwaartepunt en evenwicht. De massa van een liniaal is gelijkmatig over de lengte van de liniaal verdeeld. De zwaartekracht wordt over de gehele lengte van de liniaal uitgeoefend. Als de liniaal op een vinger balanceert, voelt het alsof het gehele gewicht op dit ene punt in het midden werkt. Dat punt wordt het zwaartepunt genoemd. Alle voorwerpen hebben een zwaartepunt. Dit is de plek waar gemiddeld al het gewicht lijkt te zitten. Een voorwerp blijft staan als het zwaartepunt precies boven of onder de plek zit waar het voorwerp op steunt. Anders valt het voorwerp om. Het zwaartepunt is de plek waarop het voorwerp zou kunnen balanceren. Een hangend kunstwerk is stabiel als alle krachten die op de verschillende onderdelen van het kunstwerk werken, in evenwicht zijn. Leerlingen vinden het vaak moeilijk om uit leggen wat krachten zijn; ze vinden het gemakkelijker te begrijpen wat krachten met voorwerpen doen. Ze weten uit ervaring dat krachten voorwerpen doen bewegen, zowel versnellen als vertragen. Ook weten ze dat krachten de richting van een bewegend voorwerp en de vorm van een voorwerp kunnen veranderen. Bij het maken van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk moeten de leerlingen hun kennis over waar krachten op het kunstwerk inwerken toepassen. 2.4 Hijskraan - klassikaal - 15 minuten Laat de leerlingen de afbeelding van een kraan zien (Werkblad 8 Les 2 – De hijskraan). Is de kraan in balans? Ja, in dit geval wel. Waar wordt er kracht uitgeoefend? Op de lading die aan de loopkat hangt werkt de zwaartekracht. En waar de tegengestelde kracht? De zwaartekracht werkt ook op het contragewicht dat aan de andere kant van de kraan hangt. Wat is de functie van de tegengestelde kracht? Deze krachten moeten in evenwicht zij. Het evenwicht wordt bepaald door het gewicht van zowel de lading als het contragewicht en de afstand tot de mast van zowel de lading als het contragewicht. Zonder contragewicht zou de hijskraan omvallen, denk maar aan het experiment met de bezem. 16 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Waar is het zwaartepunt? Het verschilt waar bij een hijskraan het zwaartepunt kan zitten. Zolang het maar bij de mast zit. Wat heeft deze kraan te maken met het maken van een hangend kunstwerk dat in evenwicht is? Als de leerlingen meerder lagen maken en voorwerpen van verschillend gewicht aan de armen hangen zal het geheel in evenwicht moeten zijn. Tip: op internet staan veel afbeeldingen avn hijskranen enverschillende soorten hijskranen. 2.5 Afsluiting – klassikaal - 5 minuten Laat de leerlingen andere situaties noemen waarbij krachten en evenwicht belangrijk zijn. Bijvoorbeeld: Koorddanser: op een strakgespannen touw blijft de koorddanser in evenwicht door middel van uitgestrekte armen of een balanceerstok. Op het slappe koord houdt de koorddanser zijn evenwicht door het touw heen en weer te bewegen. Voorlader van een tractor: de kracht die de opgetilde lading uitoefent, heeft het gewicht van de tractor zelf als tegengestelde kracht. Balans: deze weegschaal heeft een kantelbare balk waaraan twee schaaltjes zijn bevestigd aan iedere zijde. De krachten die de voorwerpen in de schaaltjes uitoefenen, bepalen of de weegschaal al dan niet in evenwicht is. Vraag de leerlingen ten slotte om voor de volgende les voorwerpen van huis mee te nemen die ze aan hun hangend kunstwerk willen hangen. Bijvoorbeeld: kleine stenen, schelpen, , kralen, takjes, speelgoed of souvenirs. De mobile kan een specifiek onderwerp of thema hebben, zoals het strand, speelgoed, dieren, etc. 17 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Les 3 - We gaan bouwen! Ontwerp en maak een hangend kunstwerk Tijdsduur: 80 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: dat ze voor het ontwerpen en bouwen van hun hangend kunstwerk de achterliggende natuurwetenschappelijke principes kunnen gebruiken; gereedschap op de juiste manier te gebruiken en hun motorische vaardigheden te ontwikkelen; de ‘ontwerp’- en ‘maak’-stappen van de ontwerpcyclus effectief toe te passen. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) Fototoestel (optioneel) 15 x Werkblad 9 Les 3 – Ontwerp, maak, test en verbeter 2 Waterpassen Bevestigingsmaterialen o 5 rollen plakband o 5 flesjes vloeibare lijm o 5 klosjes ijzerdraad (ongeveer 0,25 cm dik) o 100 paperclips Gereedschap o 30 scharen o 10 hobbytangen met draadschaar o 5 handboren of priemen Armen van de mobile o 100 satéprikkers o 100 rietjes o 100 houten tandenstokers Voorbereiding Verzamel de materialen Kopieer het werkblad Zorg voor plekken waar de kunstwerken kunnen hangen Werkvormen Klassikaal Tweetallen Draad (maak een selectie) o 2 bundels raffia o 2 bollen katoengaren o 2 klosjes naaigaren o 2 rollen nylondraad Decoratieve voorwerpen (maak een selectie) o 100 kralen o 30 ballonnen o 20 ansichtkaarten o 30 piepschuim ballen o 20 schroeven o 20 bouten o 20 kurken o 20 natuurmateriaal (bloemen, takjes, stenen, blaadjes ed.) o door de leerlingen zelf meegebrachte voorwerpen Context en achtergrond In les 3 kunnen de leerlingen datgene wat ze geleerd hebben in de praktijk brengen door het ontwerpen en bouwen van hun eigen hangend kunstwerk. Ze zijn nu bij de ‘ontwerp’- en ‘maak’-stappen van de ontwerpcyclus aanbeland. 18 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 3.1 Inleiding - klassikaal - 15 minuten Leg het verband met het inleidende verhaal. Ineke Ingenieur heeft de verschijnselen kracht, tegengestelde kracht, evenwicht en zwaartepunt aan kunstenaar Victor Verfkwast uitgelegd. De leerlingen hebben door hun experimenten meer geleerd over deze verschijnselen. Het hangend kunstwerk dat de leerlingen gaan ontwerpen en bouwen, moet aan een aantal criteria voldoen: Het kunstwerk moet kunnen hangen en is in evenwicht. Het kunstwerk heeft ten minste twee lagen. Elke laag moet in balans zijn. Herinner de leerlingen ook aan de ontwerpcyclus door ze te vragen bij welke stap ze nu denken te zijn. Ze zijn nu bij de ‘ontwerp’- en ‘maak’-stap. Introduceer het materiaal en het gereedschap dat ze kunnen gebruiken. Voor de armen van het hangend kunstwerk: o satéstokjes o rietjes o houten tandenstokers Om te bevestigen: o plakband o vloeibare lijm o ijzerdraad o paperclips Draad: o raffia o katoengaren o naaigaren o nylondraad Decoratieve voorwerpen (maak een selectie) o o o kralen ballonnen natuurmateriaal (bloemen, takjes, stenen, blaadjes ed.) o ansichtkaarten o piepschuim ballen o kurken o schroeven o bouten o kurken o door de leerlingen zelf meegebrachte voorwerpen Gereedschap o scharen o hobbytangen met draadschaar o handboren of priemen o waterpassen Veiligheidsadvies: Ga voorzichtig met gereedschap om. Laat de leerlingen zien hoe het gereedschap gebruikt moet worden. 3.2 Ontwerpen, bouwen, testen en verbeteren - tweetallen - 60 minuten De leerlingen beginnen in tweetallen aan het ontwerp van hun hangend kunstwerk, hiervoor kunnen ze Werkblad 9 Les 3 – Ontwerp, bouw, test en verbeter voor gebruiken. Daarna gaan ze hun ontwerp bouwen. Vervolgens testen ze het en controleren of de kunstwerken aan de gestelde criteria tegemoetkomen. De leerlingen dienen te beslissen over hoe ze gaan controleren of de mobile uitgebalanceerd is. Tip: een manier om dit te doen is door op het bord of op een poster horizontale lijnen te trekken waarmee vergeleken kan worden of de vrij bewegende delen van de mobile recht hangen. Dit 19 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License kan interessante vragen oproepen over evenwicht en de krachten die op de diverse onderdelen van de mobile werken. Ook kunnen ze een waterpas gebruiken. Instructies voor de leerlingen: Gebruik de beschikbare materialen. Houd rekening met de criteria. Hang het kunstwerk regelmatig op, contr0leer of elke laag in balans is. Verbeter het kunstwerk als dat nodig is. Schrijf en teken na elke stap de resultaten in je documentatieschrift. Voor het testen van de mobile hangen de leerlingen hem aan een haakje. Als een tweetal sneller klaar is dan de andere teams dan kunnen ze een variatie in de mobile aanbrengen. Voeg nog een laag toe Voeg twee lagen toe Haal een laag weg Voeg een aantal voorwerpen toe Maak de mobile zodanig dat de voorwerpen verwisseld kunnen worden, maar nog altijd vrij kunnen bewegen Hang een zwaar en een licht voorwerp in dezelfde laag. Tip: maak een foto van het kunstwerk. 3.3 Afsluiting - 5 minuten Laat de leerlingen opruimen. In de volgende les presenteren de tweetallen hun hangend kunstwerk aan de klas en wordt gekeken of aan de criteria is voldaan. 20 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Les 4 - Hoe ging het? Is het probleem opgelost? Tijdsduur: 110 minuten Lesdoelen, in deze les leren de leerlingen: de termen kracht, tegengestelde kracht, evenwicht en zwaartepunt te gebruiken; in te zien dat deze natuurkundige concepten belangrijk zijn om de uitdaging van het bouwen van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk aan te gaan; dat er verschillende oplossingen zijn en dat het de uitdaging gehaald kan worden als de er aan de criteria voldaan wordt. Er is dus niet één enkele, maar meerdere oplossingen voor een probleem. Benodigdheden (voor 30 leerlingen) De hangend kunstwerken van die de leerlingen gemaakt hebben Voorbereiding Hang de hangende kunstwerken in de buurt Werkvormen Tweetallen Klassikaal Individueel Context en achtergrond In deze les worden de zowel het proces als het product geëvalueerd. Is het probleem opgelost? Hoe hebben de leerlingen de verworven kennis toegepast en hoe hebben ze met de ontwerpcyclus gewerkt? Dit is ook het moment waarop ze hun oplossing voor het probleem presenteren én het moment om trots te zijn op wat ze geleerd en gemaakt hebben. 21 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License 4.1 Inleiding - 75 minuten De tweetallen presenteren hun hangend kunstwerk aan de klas. Laat de leerlingen het bouwproces, de verbeteringen en het resultaat beschrijven. Zijn de criteria behaald? Het kunstwerk moet kunnen hangen en is in evenwicht. Het kunstwerk heeft ten minste twee lagen. Elke laag moet in balans zijn. Zorg er ook voor dat de leerlingen de termen kracht, tegengestelde kracht, evenwicht en zwaartepunt in hun presentaties gebruiken. Moedig een klassikale discussie aan maar zie erop toe dat de teams niet een concurrentiestrijd met elkaar aangaan en dat elk ontwerp op zijn eigen manier aan de vastgestelde criteria voldoet. 4.2 Een bouwhandleiding schrijven - individueel - 30 minuten Introduceer de laatste activiteit met een verwijzing naar manieren waarop ingenieurs, zoals Ineke Ingenieur uit het verhaal, hun kennis doorgeven aan anderen. De leerlingen gaan dit doen in de vorm van een bouwhandleiding. De handleiding moet op andere leerlingen gericht zijn. Dus ook leerlingen uit andere klassen, vrienden, broers of zussen moeten de handleiding kunnen gebruiken. Het schrijven van een bouwhandleiding dwingt de leerlingen na te denken over het proces dat ze doorlopen hebben tijdens de bouw van hun hangend kunstwerk en het proces te beschrijven. Ze vermelden eveneens de ontwerpcyclus. 4.3 Afsluiting - 5 minuten Blik terugblik op wat de leerlingen in deze lessenserie geleerd en bereikt hebben. Benadruk de volgende punten: - De leerlingen hebben de termen kracht, zwaartepunt, evenwicht en tegengestelde kracht gebruikt en toegepast en hebben vastgelegd hoe ze hun kunstwerk hebben aangepast. - De leerlingen hebben als echte ingenieurs gewerkt en daarbij de ontwerpcyclus gevolgd. 22 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Ontwerpcyclus 23 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Verhaal om de context te schetsen Het personeel, de directie en de leerlingen van een school hebben besloten dat hun school een ingrijpende make over krijgt. Ze willen dat de school het mooiste gebouw van de stad wordt. Kunstenaar Victor Verfkwast heeft de opdracht gekregen de aula van de school te versieren met een hangend kunstwerk. Het hangend kunstwerk moet opgetuigd worden met diverse uiteenlopende voorwerpen. Victor weet dat deze voorwerpen in evenwicht moeten zijn om het kunstwerk in balans te houden. Victor heeft al een klein model in zijn atelier gemaakt. Maar hij vindt het moeilijk om het kunstwerk uit te balanceren met alle voorwerpen die hij eraan bevestigd heeft. De leerlingen van de school zijn nieuwsgierig naar wat er in hun aula gaat gebeuren, ze overstelpen Victor met vragen en doen talloze suggesties om hem te helpen. Victor beseft dat hij de hulp van een professional nodig heeft. Gelukkig kent hij de moeder van één van de leerlingen, Ineke Ingenieur. Ineke weet veel af van mechanica, dat is de wetenschap die bestudeert welke krachten op iets inwerken en hoe je die krachten in balans kunt krijgen. Hij vraagt haar hulp, Ineke brengt de leerlingen samen met Victor een heleboel achtergrondkennis bij over evenwicht en krachten. Met die kennis kunnen de leerlingen prachtige, uitgebalanceerde hangende kunstwerken bouwen. 24 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Werkblad 0 Les 0 – Techniek? 25 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Antwoordblad Werkblad 0 Les 0 – Techniek? De foto’s zijn bedoeld om de betrokkenheid van de leerlingen te vergroten en ze met elkaar te laten praten over techniek. Dit kan leiden tot een discussie waarin u de ontwerpcyclus kan introduceren. De foto’s van de slak en de spin verdienen extra aandacht. Bij de spin kunnen de leerlingen concluderen dat de spin een web aan het ontwerpen en maken is. Deze conclusie kan meer voorbeelden van ‘techniek van dieren’ oproepen, zoals het bouwen van een dam door bevers. Techniek en technologie worden meestal geassocieerd met de door de mens gemaakt wereld. Maar we kunnen veel leren van oplossingen in de natuur. Voor het ijzersterke en stofachtige materiaal Kevlar heeft bijvoorbeeld het spinrag waarmee spinnen hun web maken als inspiratiebron gediend. Spinrag is heel sterk maar ook heel dun en licht, uiteindelijk is het gelukt om dat na te maken. De slak heeft een goede manier gevonden om zich over ruwe oppervlakten voort te bewegen zonder dat zijn huid stuk gaat. Het kan voor de leerlingen een interessante vaag zijn om te kijken of de oplossing van de slak ook in de mensenwereld handig is. Klittenband is een voorbeeld waarbij een plant (de klit) als voorbeeld diende voor een toepassing in de door mensen gemaakte wereld. Het speelgoed zou als techniek kunnen worden geclassificeerd, bovendien is het een toepassing van een tandwieloverbrenging. Het kan ook interessant zijn om te vragen van welk materiaal het gemaakt kan worden, wie ze ontwerpt en maakt. Vaak denken leerlingen dat mannen dit doen. Ga daar op in door te zeggen dat zowel mannen als vrouwen dit kunnen doen. Ook bij de gebreide trui en het eten kan naar boven komen dat dit vooral een taak voor vrouwen is en dat dit geen techniek is. Gebruik dit als ingang tot een gesprek over vooroordelen met betrekking tot man- of vrouw-taken. De foto’s van beelden en kunstwerken zien leerlingen misschien niet als techniek omdat ze geen doel hebben. Maar moet alle techniek dan een doel hebben? Hier kunnen de leerlingen over discussiëren. 26 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Werkblad 1 Les 1 - Afbeelding 1 Hangende mobile in de stijl van Alexander Calder Bron: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:mobile.jpg Maker: Solipsist 27 Werkblad 2 Les 1 - Afbeelding 2 28 Werkblad 3 Les 1 - Afbeelding 3 29 Werkblad 4 Les 2 - Wip, gemaakt van een liniaal Naam: Datum: Wat heb je nodig? - liniaal - zeskantig potlood - 5 paperclips Aan het werk! 1. Leg de liniaal op het potlood. Breng de liniaal in balans. 2. Leg een paperclip op beide uiteinden van de liniaal. Zorg dat de wip weer in evenwicht is. Waar liggen de paperclips? ………………………………………………… 3. Leg aan een kant 1 paperclip en aan de ander kant 2 paperclips. Zorg dat de wip in evenwicht is. Hoe maak je de wip in evenwicht? …………………………………………………………………………………………………………………… Waar liggen de paperclips? …………………………………………………………………………………………………………………… 4. Doe nu hetzelfde met aan de ene kant 2 paperclips en 3 aan de andere kant. Waar liggen de paperclips? …………………………………………………………………………………………………………………… 5. Kun je uitleggen hoe het in evenwicht brengen van de wip werkt? …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… 30 Werkblad 5 Les 2 - Kleerhanger Naam: Datum: Wat heb je nodig? - ijzeren kleerhanger - stuk touw - iets om de kleerhanger aan op te hangen, zoals een haakje - 10 wasknijpers Aan het werk! 1. Maak het touw aan de kleerhanger vast en hang de kleerhanger op. 2. Breng de kleerhanger met twee wasknijpers in balans. 3. Wat denk je, lukt het jou om de kleerhanger in balans te brengen met aan de ene kant meer wasknijpers dan aan de andere kant? Waar moet je de wasknijpers ophangen? ……………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………. 4. Probeer het uit! Leg uit waarom dit werkte/niet werkte. ……………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………. 31 Werkblad 6 Les 2 - Bezem Naam: Datum: Wat heb je nodig? - Bezem Aan het werk! 1. Leg de bezemsteel op je handen. Zorg ervoor dat de bezemsteel vrij over je handen kan bewegen. Spreid je armen zo wijd mogelijk. 2. Voorspel: naar welke kant helt de bezem over? Naar de kant van de borstel of naar de andere kant? 3. Beweeg je handen langzaam naar het midden van de bezemsteel. Naar welke kant helt de bezem over? …………………………………………………………………………………………………………… Waarom is dit zo? ……………………………………………………………………………………………………………… 32 Werkblad 7 Les 2 - Speeltuinwip Naam: Datum: Wat heb je nodig? - Een speeltuinwip - Een paar kinderen Aan het werk! 1. Voorspel hoe de kinderen moeten zitten om de wip in balans te krijgen. Teken je antwoord. Ga verder op volgende bladzijde. 33 2. Test het uit. Teken de uitkomst 3. Klopte je voorspelling? 34 Werkblad 8 Les 2 - Hijskraan Naam: Datum: Je hebt geëxperimenteerd met kracht, evenwicht en zwaartepunt. Je kunt deze natuurkundige concepten in het dagelijks leven terugvinden, bijvoorbeeld in een bouwkraan. Aan het werk! Bekijk de tekening van de bouwkraan en neem de vragen door. 1. Kun je het zwaartepunt vinden? 2. Waar wordt er kracht uitgeoefend? En waar de tegengestelde kracht? Wat is de functie van de tegengestelde kracht? 3. Is de kraan in balans? 4. Zet deze termen op de juiste plek in de tekening: kracht / tegengestelde kracht / zwaartepunt 35 Werkblad 9 Les 3 – Ontwerp, maak, test en verbeter Namen: Datum: Schrijf hieronder je idee over het ontwerp eruit. Vertel hoe het kunstwerk eruit komt te zien , hoeveel lagen deze krijgt en wat er aan komt te hangen. .……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… Als je wilt, kun je het ontwerp ook tekenen. Maak een lijst met materialen die je wilt gebruiken 1. ………………………………………. 6. ………………………………………………… 2. ………………………………………. 7. ………………………………………………… 3. ………………………………………. 8. ………………………………………………… 4. ………………………………………. 9. …………………………………………………. 5. ………………………………………. 10. ………………………………………………… Ga verder op de volgende bladzijde 36 Test en verbeter Heb je iets verbeterd? Zo ja wat. ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… Hoe ziet het hangend kunstwerk eruit? Teken dit. 37 Wetenschappelijke achtergrond Belangrijke natuurkundige concepten met betrekking tot les 2 Krachten werken op voorwerpen. Vaak worden er meerdere krachten tegelijk op een voorwerp uitgeoefend. Als de krachten op een voorwerp in balans zijn, verandert de situatie niet. Het voorwerp staat stil of blijft met dezelfde snelheid bewegen. Het zwaartepunt is de plek waar het voorwerp zou kunnen balanceren. Gewicht is een kracht. Krachten in evenwicht Een belangrijk punt in les twee is het evenwicht van krachten. Dat kan zowel op niet-bewegende als op bewegende voorwerpen van toepassing zijn. Evenwicht is de toestand waarin een voorwerp in rust is of gelijkmatig in beweging is als gevolg van het evenwicht in de op het voorwerp werkende krachten. Leerlingen vinden het vaak moeilijk om uit leggen wat krachten zijn; ze vinden het gemakkelijker te begrijpen wat krachten met voorwerpen doen. Ze weten uit ervaring dat krachten voorwerpen doen bewegen, zowel versnellen als vertragen. Ook weten ze dat krachten de richting van een bewegend voorwerp en de vorm van een voorwerp kunnen veranderen. Bij het maken van een in evenwicht zijnde hangend kunstwerk moeten de leerlingen hun kennis over waar krachten op het kunstwerk inwerken toepassen. Het laten balanceren van een liniaal op een vinger geeft enig inzicht hierin. De massa van een liniaal is gelijkmatig over de lengte van de liniaal verdeeld. De zwaartekracht wordt over de gehele lengte van de liniaal uitgeoefend. Als de liniaal op een vinger balanceert, voelt het alsof het gehele gewicht op dit ene punt in het midden werkt. Dat punt wordt het zwaartepunt genoemd. Alle voorwerpen hebben een zwaartepunt. Dit is de plek waar gemiddeld al het gewicht lijkt te zitten. Een voorwerp blijft staan als het zwaartepunt precies boven of onder de plek zit waar het voorwerp op steunt. Anders valt het voorwerp om. Het zwaartepunt is de plek waarop het voorwerp zou kunnen balanceren. Een hangend kunstwerk is stabiel als alle krachten die op de verschillende onderdelen van het kunstwerk werken, in evenwicht zijn. Leerlingen hebben wellicht ervaren dat een klein (licht) kind op een wip, met aan de andere kant een zwaarder persoon, de wip in evenwicht kan brengen door verder van het scharnierpunt af te gaan zitten. Het gewicht van beide personen op de wip oefent een kracht rond het scharnierpunt uit. Als het gewicht van de voorwerpen aan beiden zijden van het scharnierpunt even groot is en de voorwerpen zich allebei even ver van het midden af bevinden, is de draaikracht rondom het scharnierpunt aan beide zijden even groot (zie Figuur 1). De twee krachten rond het scharnierpunt werken in tegengestelde richting. Om dit systeem in evenwicht te krijgen, moeten de twee krachten gelijk aan elkaar zijn. De grootte van de kracht die aan beide zijden uitgeoefend wordt, wordt niet alleen bepaald door het gewicht. De totale kracht aan elke kant is het gevolg van het gewicht én de afstand tot het scharnierpunt (Figuur 2). Een verandering van gewicht of afstand tot het scharnierpunt veroorzaakt een verandering in het evenwicht. 38 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Figuur 1. Even grote krachten rondom een scharnierpunt in het midden (het gewicht van beide voorwerpen en de afstand tot het midden zijn even groot). kracht kracht scharnierpunt scharnierpunt kracht kracht Figuur 2. Een nieuw punt van evenwicht: het toegenomen gewicht aan de linkerkant moet in balans gehouden worden door het scharnierpunt te verplaatsen. Het veranderen van gewicht aan de ene kant vereist een toename van de kracht aan de andere kant. Dit kan bereikt worden door de afstand van het gewicht tot het scharnierpunt te vergroten. Figuur 3. Een verdere toename van het gewicht vereist weer een verschuiving van het scharnierpunt om de wip in balans te houden. kracht scharnierpunt kracht Voor alle technische constructies - of dat nu machines, gebouwen of dagelijkse voorwerpen zijn geldt dat krachten en tegengestelde krachten in balans moeten zijn. Een hijskraan bijvoorbeeld, zal omvallen als er geen contragewicht aan hangt dat het opgetilde gewicht in balans houdt. Tijdens het maken van hun mobiles kunnen de leerlingen het verband tussen het gewicht en de afstand onderzoeken. Hierdoor zullen ze beseffen dat de draaikrachten in evenwicht moeten zijn. 39 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Ideeën van leerlingen over evenwicht en krachten De ideeën en mentale modellen van kinderen zijn ontwikkeld uit dagelijks interacties en ervaringen met de wereld om hen heen. De mentale modellen hoeven niet het huidige gevestigde, wetenschappelijke standpunt te vertegenwoordigen, ze zijn gebaseerd op observatie en interactie met de wereld om hen heen. Aangezien mensen door hun ervaringen mentale modellen vormen, zijn nieuwe ervaringen de succesvolste manier om de mentale modellen uit te dagen. Leerlingen van alle niveaus en leeftijden kunnen het buitengewoon moeilijk vinden nieuwe ideeën over een bepaald fenomeen te omarmen, met name als die ideeën tegenstrijdig lijken te zijn met logisch redeneren. Hoewel we door onderzoek enig inzicht hebben gekregen in de ideeën die leerlingen waarschijnlijk hebben over specifieke wetenschappelijke concepten, vinden leerlingen het vaak moeilijk hun gedachten onder woorden te brengen. Enige voorzichtigheid is dus geboden wat betreft het doen van aannames over hun gedachtegang. Gewicht is een kracht Gewicht is de wetenschappelijke term voor een kracht (de aantrekkingskracht tussen een object en de aarde) die in Newton wordt uitgedrukt. In het dagelijks taalgebruik wordt de term gewicht gebruikt voor het aantal kilogrammen van iets. Natuurkundig is dit niet gewicht maar massa. Het gewicht van een voorwerp is gelijk aan de zwaartekracht die op de massa van het voorwerp wordt uitgeoefend. Massa is de maateenheid voor de hoeveelheid ‘materie’ in een voorwerp, die wordt uit gedrukt in kilogrammen. Als bijvoorbeeld astronauten naar de maan vliegen, blijft hun massa hetzelfde, de hoeveelheid ‘materie’ in hun veranderd niet. Echter hun gewicht neemt af, omdat de zwaartekracht op de maan minder is dan op aarde. De astronauten voelen daardoor een kleinere kracht die hen richting het oppervlak van de maan trekt. Het resultaat is dat ze het makkelijk vinden om in de lucht te springen. Het is aangetoond dat leerlingen vaak zwaartekracht als reden noemen voor het naar beneden vallen van voorwerpen. Ze beschouwen zwaartekracht als een ‘naar beneden trekkende’ of ‘aantrekkende’ kracht. Anderen verstaan onder zwaartekracht het naar beneden duwen van voorwerpen. Wellicht koppelen ze zwaartekracht aan lucht en associëren ze het niet met het gewicht (of massa) van een voorwerp. Krachten in evenwicht: niet-bewegende voorwerpen Kinderen denken vaak dat op niet-bewegende voorwerpen geen krachten inwerken en begrijpen niet dat krachten nodig zijn om het voorwerp op aarde in een stilstaande positie te houden. Om dat te begrijpen helpt het om de leerlingen die krachten te laten voelen. Zo kunnen ze evenwicht bij een reeks voorwerpen onderzoeken en hun eigen evenwicht veranderen om krachten te voelen. Wat belangrijk is, is dat ze snappen dat een voorwerp niet zozeer niet beweegt omdat er geen krachten op inwerken, maar dat de krachten in evenwicht zijn. Bij een niet-bewegend drijvend voorwerp is er sprake van twee krachten: de neerwaarts werkende zwaartekracht en de opwaarts werkende (normaal)kracht. Deze krachten zijn gelijk aan elkaar en in evenwicht. Dit zien we ook bij een potje touwtrekken waarbij, ondanks dat er aan beide kanten kracht uitgeoefend en getrokken wordt, het touw niet beweegt als de krachten in beide richtingen even groot zijn. Krachten in evenwicht: bewegende voorwerpen Het gebruiken van een kracht om een niet-bewegend voorwerp te bewegen kan ertoe leiden dat leerlingen denken dat als ze een kracht bij een voorwerp gebruiken om het in beweging te krijgen, 40 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License het voorwerp blijft bewegen totdat de toegepaste kracht ‘opraakt’. Als ze bijvoorbeeld een bal in de lucht gooien, kunnen ze redeneren dat de kracht die ze de bal hebben gegeven in de bal blijft tot hij opraakt (dus dat de kracht door de beweging van het voorwerp opgebruikt wordt in plaats van dat de kracht op het voorwerp blijft inwerken). Dit lijkt op het eerste gezicht volkomen logisch en gevoelsmatig te kloppen, maar het strookt niet met de wetenschappelijke uitleg. Bij een voorwerp dat in een rechte lijn beweegt en niet versnelt of vertraagt, zijn de krachten die op het voorwerp inwerken in evenwicht. Dit is soms moeilijk te bevatten. Het kan helpen om leerlingen voorbeelden uit het dagelijks leven te geven om te laten zien. Ze weten bijvoorbeeld dat als ze van een steile helling naar beneden fietsen voortdurend de rem moeten gebruiken om niet te snel te gaan. Dit is een belangrijk gegeven: om een bewegend voorwerp af te remmen moet er de hele tijd een kracht op uitgeoefend worden. Dit geldt ook voor een voorwerp dat versnelt: er moet een kracht zijn die er gedurende de gehele versnelling op werkt. Als je bijvoorbeeld op een vlakke ondergrond fietst, moet je voortdurend een kracht op de pedalen uitoefenen om steeds sneller te gaan. Op een voorwerp dat uit de lucht valt, wordt constant zwaartekracht uitgeoefend, zodat het versnelt naarmate het dichter bij de aarde komt. Dit betekent dat het voorwerp steeds sneller zou gaan totdat het de grond raakt, maar dit gebeurt niet omdat een andere kracht, de luchtweerstand, toeneemt en uiteindelijk even groot wordt als de zwaartekracht. Het onderzoeken van een parachutesprong kan dit verduidelijken. Met de experimenten in deze lessenserie kunnen leerlingen enkele van hun ideeën over krachten onderzoeken. De experimenten kunnen gebruikt worden om het begrip van de leerlingen te vergroten over hoe ingenieurs hun kennis over krachten gebruiken om eenvoudige machines die specifieke taken kunnen verrichten te ontwerpen en te maken. Door het aangaan van de uitdaging leren de leerlingen meer over verschillende manieren waarop krachten overgebracht kunnen worden, hoe simpele machines beweging voor specifieke doeleinden kunnen omzetten en hoe mechanismen beweging kunnen versnellen of vertragen. Referenties (1) Nuffield Primary Science Teachers’ Guide: Forces and Movement. Ages 7-12. (1995) HarperCollins Publishers: Londen. 41 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Achtergrondinformatie over mobiles Mobiles kennen we vooral als speelgoed. Ze werden voor het eerst als kunstvoorwerpen gemaakt in de jaren 20 van de vorige eeuw en werden populair in de kunst van de jaren 50 en 60. Ze behoren tot het genre van de kinetische kunst. De belangrijkste eigenschap van mobiles is dat ze zonder motor bewegen. Marcel Duchamp bedacht de term ‘mobile’, die hij voor het eerst voor zijn eerste readymade kunstobject Fietswiel (1913) gebruikte. Marcel Duchamp (1887-1968), een Frans-Amerikaanse kunstenaar, begon zijn carrière op vijftienjarige leeftijd als impressionistisch schilder. Zijn artistieke stijl veranderde radicaal nadat hij in 1912 het Deutsches Museum (München, Duitsland) en de Paris Air Show (Frankrijk) had bezocht. Hij was zo geïnspireerd door technologie en industriële productie dat hij met de traditionele conventies brak en de eerste zogeheten readymades maakte. Voor hem werd de keuze voor een voorwerp een inspirerende daad die direct tot het definitieve kunstvoorwerp leidde. Readymades zijn alledaagse voorwerpen die tot kunst verheven worden door kleine aanpassingen of door de context van het voorwerp te veranderen. Alexander Calder (1898-1976) was een Amerikaanse ingenieur, beeldhouwer en kunstenaar. In zijn kunstwerken combineerde hij abstractie met beweging. Zijn eerste bewegende beelden waren speelgoedstukken van ijzer en een grote hoeveelheid andere materialen, waarvan hij de werking aan zijn vrienden liet zien. Vanaf 1930 bouwde hij zijn eerste mobiles, beïnvloed door de Parijse kunstscene. Alexander Calder onderscheidde 3 soorten mobiles: - de staande mobile - de hangende mobile - de muurmobile Kinetische kunst (‘kinesis’ is het Griekse woord voor beweging) is een kunstvorm waarbij beweging een integraal onderdeel van de kunst vormt. De beweging wordt veroorzaakt door natuurlijke krachten, zoals wind en water, of door mechanische of zelfs computergestuurde middelen. De kunstenaars voegen vaak wetenschappelijke of technische aspecten aan hun werk toe. Aan het begin van de jaren 20 begonnen enkele kunstenaars te experimenteren met dynamische kunst. In dit tijdperk van snelle technologische ontwikkelingen, met toenemende industrialisatie en de wereldwijde verspreiding van massavervoer, zoals auto’s en vliegtuigen, begonnen de kunstenaars hun statische kunstwerken te transformeren. Ze voegden dynamische beweging aan hun werk toe en gebruikten tijd als een expressie-element. Bovendien daagde deze ontwikkeling kijkers uit actief bij deze nieuwe kunstwerken betrokken te zijn om ze volledig te kunnen begrijpen. Beroemde kinetisch kunstenaars: - Marcel Duchamp (Hangende mobile) (1887-1968) - Alexander Calder (1898-1976) - George Rickey (1907-2002) - Adolf Luther (1912-1990) - Nicolas Schöffer (1912-1992) - Jean Tinguely (1925-1991) - Jörg-Tilmann Hinz (*1947) 42 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License Partners Bloomfield science Museum Jerusalem The National Museum of Science and Technology “Leonardo da Vinci” Science Centre NEMO Teknikens hus Techmania Science Center Experimentarium The Eugenides foundation Condervatoire National des Art et Métiers- muse des arts et métiers Science Oxford The Deutsches Museum Bonn Boston’s Museum of Science Netiv Zvulun – School Istituto Comprensivo Copernico Daltonschool Neptunus Gränsskolan School The 21st Elementary School Maglegårdsskolen The Moraitis school EE. PU. CHAPTAL Pegasus Primary School KGS Donatusschule MAGLEGÅRDSSKOLEN Gentofte Kommunes skolevæsen ECSITE – European Network of Science Centres and Museums ICASE – International Council of Associations for Science Education ARTTIC Manchester Metropolitan University University of the West of England Er zijn 10 lessenseries beschikbaar in deze talen: De Nederlandse lessenseries staan op www.e-NEMO.nl De Engelse lessenseries staan tot 2015 op www.engineer-project.eu en op www.scientix.eu 43 This document is produced under the EC contract № 288989 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
© Copyright 2024 ExpyDoc
