In deze box worden de concepten drijven, zinken en massa(dichtheid) verkend.
Er worden verschillende proefstukken in het water gelegd.
De proefstukken variëren in oppervlakte, dikte en materiaalsoort.
Tijdens het onderzoek leren de kinderen om één variabele te wijzigen.
De data wordt zo nauwkeurig mogelijk verzameld en enkele malen herhaald.
De resultaten worden genoteerd en er wordt een besluit geformuleerd.
Reken voor deze box 100 à 150 minuten.
Fun Forge?
Dit zijn extra uitdagingen of mogelijkheden tot verdieping van de leerstof.
Ga je met Fun Forge aan de slag, dan voorzie je best de ontwerpkoffer op een andere dag.
De kinderen kunnen na het opdoen van hun ervaringen zelf materialen meebrengen .
Eindtermen lager onderwijs
Eindtermen niet - levende natuur:
1.3 De leerlingen kunnen in een beperkte verzameling van organismen en gangbare materialen gelijkenissen en verschillen ontdekken en op basis van minstens één criterium een eigen ordening aanbrengen en verantwoorden.
1.14 De leerlingen kunnen van courante materialen uit hun omgeving enkele eigenschappen aantonen.
2.1 De leerlingen kunnen van technische systemen uit hun omgeving zeggen uit welke materialen of grondstoffen ze gemaakt zijn.
Eindtermen techniek:
2.6 De leerlingen kunnen illustreren hoe technische systemen onder meer gebaseerd zijn op kennis over eigenschappen van materialen of over natuurlijke verschijnselen.
2.7 De leerlingen kunnen in concrete ervaringen stappen van het technisch proces herkennen (het probleem stellen, oplossingen ontwikkelen, maken, in gebruik nemen, evalueren).
2.8 De leerlingen kunnen technische systemen, het technisch proces, hulpmiddelen en keuzen herkennen binnen verschillende toepassingsgebieden van techniek.
2.9 De leerlingen kunnen een probleem, ontstaan vanuit een behoefte, technisch oplossen door verschillende stappen van het technisch proces te doorlopen.
2.10 De leerlingen kunnen bepalen aan welke vereisten het technisch systeem dat ze willen gebruiken of realiseren, moet voldoen.
2.11 De leerlingen kunnen ideeën genereren voor een ontwerp van een technisch systeem.
2.12 De leerlingen kunnen keuzen maken bij het gebruiken of realiseren van een technisch systeem, rekening houdend met de behoefte, met de vereisten en met de beschikbare hulpmiddelen.
Eindtermen wiskunde:
2.1 De leerlingen kennen de belangrijkste grootheden en maateenheden met betrekking tot lengte, oppervlakte, inhoud, gewicht(massa) tijd, snelheid, temperatuur en hoekgrootte en ze kunnen daarbij de relatie leggen tussen de grootheid en de maateenheid.
2.4 De leerlingen kunnen de functie van de begrippen "schaal" en "gemiddelde" aan de hand van concrete voorbeelden verwoorden.
3.6 De leerlingen kunnen de begrippen symmetrie, gelijkvormigheid en gelijkheid ontdekken in de realiteit. Ze kunnen zelf eenvoudige geometrische figuren maken.
4.2 De leerlingen zijn in staat om de geleerde begrippen, inzichten, procedures, met betrekking tot getallen, meten en meetkunde, zoals in de respectievelijke eindtermen vermeld, efficiënt te hanteren in betekenisvolle toepassingssituaties, zowel binnen als buiten de klas.
Eindtermen sociale vaardigheden:
3. De leerlingen kunnen samenwerken met anderen, zonder onderscheid van sociale achtergrond, geslacht of etnische origine.
We voeren een onderzoek uit om tot de wetenschappelijke inzichten te komen.
Dit is de uitleg voor de leerkrachten van de wetenschappelijke concepten:
Drijven, zweven of zinken?
Dit wordt bepaald door meerdere variabelen, die hier uitgelegd worden.
Zweven is het ondergaan van een voorwerp maar niet naar de bodem zakken.
Oppervlaktespanning water:
Watermoleculen trekken erg hard aan elkaar. Watermoleculen worden omringd door andere watermoleculen. Al deze watermoleculen trekken dus aan elkaar. Bij deze aantrekking worden waterstofbruggen gevormd. Al deze trekkende krachten heffen elkaar op, boven tegen beneden, links tegen rechts. De bovenste laag water grenst aan lucht. Daar wordt dus niet aan de moleculen getrokken. Hierdoor wordt de bovenste laag moleculen sterk naar beneden getrokken. In het midden van de vloeistof worden de moleculen langs alle kanten even sterk aangetrokken. Dit fenomeen noemen we oppervlaktespanning. Die oppervlaktespanning zorgt ervoor dat het wateroppervlak zich als een gespannen vliesje gedraagt.
Massadichtheid van het materiaal:
De verschillende soorten hout hebben een andere massadichtheid. Dit betekent dat hetzelfde volume (lengte, breedte, vorm en hoogte) meer of minder massa bevat.
De massadichtheid van water is 1 gram per cm3. (Hoe zwaar iets is t.o.v. grootte)
Hout met een lagere massadichtheid blijft drijven omdat het dus ‘lichter’ is dan water.
Kurk: ongeveer 0,16 gram voor een plokje van 1 cm3.
Vuren (dennenhout): ongeveer 0,46 gram per plokje van 1 cm3.
Multiplex (berk): ongeveer 0,6 tot 0,9 gram per plokje van 1 cm3.
multiplex (triplex) bestaat uit verschillende dunne laagjes hout.
Hoe hoger de massadichtheid, hoe sneller het plankje zal zinken als je gewicht toevoegt.
De plank van kurk kan dus meer gewicht dragen dan de andere houtsoorten voor ze zinkt.
Het plankje van kurk zal dus meer gewicht verdragen dan de multiplex.
Oppervlakte (grootte) en vorm:
Een groter omvang van het plankje zorgt voor een grotere opwaartse kracht.
Dit is de wet van Archimedes. Het kleinste plankje kan bijgevolg dus
minder gewicht dragen voordat het zinkt dan de grotere plank.
Gewicht of massa:
Het totale gewicht van de boot, inclusief vracht, passagiers en andere lading, moet in balans zijn met de opwaartse kracht. Een boot drijft zolang deze opwaartse kracht groter is dan het totale gewicht. Als er te veel gewicht in de boot zit, waardoor de opwaartse kracht niet meer voldoende is, zal de boot zinken. Tijdens deze test zullen kinderen dit ondervinden doordat ze een beker water of gewichten toevoegen op de plank.
Let op: dit moet steeds op dezelfde plek gebeuren om een eerlijk onderzoek te hebben.
Verloop
Stap 1: brainstorm, de bootjesattractie
Powerpoint dia's: 1, 2, 3 en 4
Werkblad: /
De leerkracht kondigt aan dat de leerlingen uitgenodigd worden om een prototype van een bootje op schaal te ontwerpen voor een watervijver in het pretpark. Het bootje zal moet blijven drijven en een bepaald gewicht kunnen dragen.
Fun Forge:
- Er zit stroming op het water, veroorzaakt door een pomp.
- Er zit een schroef aan het bootje zodat het vooruit vaart.
- Het bootje wordt vooruit getrokken door een kabel (touw).
- De mensen op het bootje moeten zelf peddelen.
Bespreken in duo’s:
De leerlingen denken na over de stappen van het ontwerpproces, ze maken een mindmap. Wat moet er volgens hun allemaal gebeuren om een attractie te ontwerpen?
De duo’s bedenken wat er allemaal gebeuren moet van idee tot uitvoering.
Stap2: het stappenplan bespreken
Powerpoint dia's: 5
Werkblad: /
Er is een klasgesprek waarbij de verschillende stappen van het proces besproken worden. Welke stappen hadden de kinderen zelf gevonden? Waar hadden de kinderen nog niet zelf aan gedacht? of waar dachten ze niet aan? Onderstaand geven we een mogelijk stappenplan dat opgesteld werd door onderzoekers.
STEM stappenplan:
Stap 1: Onderzoeken wat de kenmerken van drijven, zweven en zinken zijn.
Stap 2: De onderzoeksresultaten noteren en rapporteren aan de groep.
Stap 3: Kiezen en verzamelen van de materialen die gebruikt zullen worden.
Stap 4: De beschikbare gereedschappen en technieken lezen of bespreken.
Stap 5: De criteria bepalen waar het bootje aan moet voldoen.
Fun Forge: Denken we aan mensen met beperking of ponton?
Stap 6: Een plan maken, bij voorkeur met schetsen of kernwoorden.
Fun Forge: Werken we met een thema? Vb. door jungle, tijdsband, …
Stap 7: Een simulatie op schaal maken van de attractie in het klein.
Fun Forge: We werken op schaal 1/10 om materialen uit te rekenen.
Stap 8: De simulatie testen in een bak met water.
Stap 9: Indien nodig het ontwerp optimaliseren of extra criteria toevoegen.
Stap 10: Het eigen ontwerp voorstellen aan de groep.
Stap 3: een eerlijk onderzoek voeren voeren
Powerpoint dia's: 4
Werkblad: werkblad 1, 2 en 3
Voorzie per groepje van 2 à 3 kinderen een (transparante) bak met ongeveer 20 cm water.
Lees samen met de kinderen werkblad 1 waarop het onderzoek uitgelegd staat.
Bij het uitvoeren van het onderzoek mogen ze slechts één variabele wijzigen.
Zo kunnen ze de resultaten het best vergelijken.
Metend rekenen:
- Een milliliter water komt overeen met 1 gram. (gewichtjes, maatbekers)
- Het gewicht moet steeds op dezelfde plaats komen, in het midden (symmetrie).
Massadichtheid onderzoeken:
De kinderen nemen plankjes van dezelfde dikte en grootte nemen maar van verschillende houtsoort. Ze onderzoeken hoeveel gram of milliliter dit plankje kan dragen voor het schuin kantelt en begint met zweven.
Grootte onderzoeken:
De kinderen kiezen één houtsoort kiezen en testen bij elke verschillende grootte hoeveel gewicht het plankje kan dragen voordat het schuin kantelt en zweeft.
Een vaste variabele testen:
Zelf een gewicht bepalen (vb. 50 ml) en testen welke plankjes dit kunnen dragen.
Voorspelling:
Moedig aan om voorspellingen te maken. Zal de plank drijven of zinken?
Met wetenschappelijk onderzoek willen we vooral verwonderen en boeien.
De voorspellingen moeten niet elke keer opgeschreven worden.
Hypothese:
Voor de tests beginnen of na een aantal tests kan een hypothese geformuleerd worden.
Dit betekent dat de kinderen dit zo verwoorden: ‘als … dan ...’
Een hypothese verschilt dus van een voorspelling omdat ze niet meer willekeurig is maar een logische redenering.
Theorie:
Nadat de tests afgerond zijn moeten de kinderen een theorie brengen over het drijven en zinken van houten plankjes in verband met het maken van de bootjes.
Fun Forge:
Nadat de kinderen de bestaande plankjes getest hebben kunnen ze een nieuw onderzoek starten waarin ze zelf al ontwerpen aan de slag gaan. Met enkele extra materialen passen ze de vorm van de plankjes aan en testen ze hoeveel gewicht hun ontwerp kan dragen.
Ze doen dit met elastiekjes, want dit materiaal mag niet stuk gemaakt worden.
- Twee verschillende houtsoorten combineren met elastiekjes. (zelf triplex maken)
- Horizontale of verticale balkjes, kurken, stukjes, bamboe, … bevestigen.
- Plankjes met balkjes ertussen combineren. Nieuwe vormen creëren.
- PMD – flesjes (afgesloten met lucht) onder de plankjes vastmaken. Lucht = ± 0,001 g/cm3
Stap 4: begeleiding door de leerkracht
Als leerkracht reik je zelf de leerstof niet aan, de leerlingen ontdekken de leerstof door de verschillende experimenten uit te voeren. Toch zal je als leerkracht de handelingen en de denkpistes van de leerlingen moeten sturen. Hiervoor zijn volgende tips in achting te nemen:
1. Maak voorafgaand aan de les zelf een mindmap met daarin de nodige concepten.
Dit helpt om het denkproces van de leerlingen te sturen.
2. Bouw nadat de mindmap van de leerlingen gemaakt is, op het bord een klasmindmap.
3. Groepeer de klasmindmap met titels (vb. aandrijving, materialen, vormgeving…)
4. Koppel steeds terug naar de mindmap. Dit doe je tijdens het sturen van de
experimenten bij het opbouwen van de onderzoeksvragen.
Als coach begeleid je dit leerproces. Het stellen van correcte vragen is belangrijk om het maximale uit de leerlingen te kunnen halen. Enkele voorbeelden van deze vragen zijn:
- Waarom werkt dat?
- Waarom gebeurt het volgende?
- Hoe komt het dat bv. kurk beter drijft?
- Wat (welke variabele) je en waarom?
Kortom probeer de informatie uit de leerling te halen, zonder het antwoord in de vraag te verwerken. Neem de tijd om de leerlingen te laten antwoorden en vul hun antwoorden niet aan. Ja-neenvragen dien je absoluut te vermijden.
Stap 5: onderzoek rapporteren
Powerpoint dia's: 4
Werkblad: werkblad 1, 2 en 3
De kinderen vertellen wat ze bijgeleerd hebben. Je bouwt een schema op waarbij je de belangrijkste bevindingen noteert in verband met drijven en zinken.
De bijhorende onderzoeksvraag kan zijn:
Welke zaken kan ik aanpassen zodat het bootje meer gewicht kan dragen?
De antwoorden zijn:
- materiaalsoort (kurk, vuren of multiplex)
- grootte van de plankjes (volume)
- vorm van de plankjes
- gewicht van het bootje
- oppervlakte van het plankje
Wie een eigen onderzoek voerde komt ook tot deze besluiten:
- De vorm kan veranderd worden.
- Er kunnen materialen toegevoegd worden met een lichtere massadichtheid.
- Het gewicht moet ook evenredig verdeeld worden.
Materialenlijst
Vul een transparante box met water tot een hoogte van 10 cm.
Neem bij voorkeur een transparante box.
Laat de kinderen bij voorkeur per 2 of per 3 bij één box werken.
Dit is het onderzoeksmateriaal dat in de box voorzien wordt voor 24 kinderen.
Dit is het onderzoeksmateriaal dat je zelf voorziet.
Je kan ook nog andere materialen voorzien: dopjes, stokjes, potjes, ...
