Wheel of Forge onderzoek

Stap 1: het project voorstellen

Powerpoint dia's: 1
Werkblad: /

De leerkracht kondigt aan dat de leerlingen uitgenodigd worden om een prototype van een attractie op schaal te ontwerpen.
- Er wordt een draaiende kermisattractie gemaakt met elektromotor.
- Onderzoekjes voeren om omzettingen van energie te ervaren.
- Kenmerken van goede vraagstelling en antwoordformulering inoefenen.

Fun Forge: 
- zelf de (vliegende) stoeltjes ontwerpen
- Lampjes aan de attractie vastmaken.
- Een kassa of ingang voor de attractie ontwerpen.

Stap 2: voorkennis attracties [optioneel]

[ Deze stap is optioneel en kan overgelaten worden. ]

Powerpoint dia's: 2 tot en met 7
Werkblad: /

We gaan voor dit project deels aan de slag met elementen van het vraag gestuurd leren.
Je vindt deze methode op de website: https://vraaggestuurdleren.aimsites.nl/fase1/
Deze stap is een optioneel opstapje naar wero en kan overgelaten worden.

Associaties bij kermisattracties: 
Toon verschillende foto’s van attracties die gebruik maken van hetzelfde principe.
Daarin is steeds een draaiend element met bootjes, stoeltjes, kopjes, … om in te zitten.
Je vindt deze foto’s op de powerpoint Wheel of Forge.

De foto’s illustreren handmatige en mechanisch aangedreven draaimolens.
Er zijn ook nog heel wat extra varianten mogelijk.
De bedoeling is vooral om zo breed mogelijk indrukken op te doen.

Je stelt deze vragen:
- Wat zien we? Let ook op details.
- Hoe werkt dit, denk je?
- Wat gebeurt er?
- Waar denk je aan?
- Wat weet je hier al over?
- Wat wil je te weten komen?

Je kunt dit op verschillende manieren:
1.  Maak een klassikale brainstorm op het bord.
2. Bespreek via een kringgesprek en noteer enkele kernwoorden op het bord. 
3. Laat de leerlingen mondeling in duo’s met elkaar bespreken a.d.h.v. de vragen.
4. Laat de leerlingen hun individuele vrije associaties laten opschrijven op post - its. 
      De woorden die bij elkaar horen worden samen gelegd in een cluster met een titel. 
      Je vindt hier een voorbeeld.
      Klik op de rechtermuisknop en afbeelding openen in nieuw tabblad om de hoge resolutie te zien.

Stap 3: voorkennis elektronica

Powerpoint dia's: 8 tot en met 21
Werkblad: 1

Een onderdeel van de brainstorm zal sowieso naar elektriciteit leiden.
Voor de leerkracht is er een set informatiekaarten.
Daarop wordt de theoretische kennis van elke component kort samengevat.
Deze kaarten doornemen is geen vereiste maar geeft je info over de concepten.
Je kan eerst een brainstorm doen of direct naar de zoekkaarten overgaan.

Brainstorm in duo’s.
Herhaal dat we de attractie op schaal (verkleind) zullen maken. 
Toon de onderzoekskoffer met daarin verschillende elektronische componenten. 
Op de powerpoint is er ook een bijhorende slide.
De leerlingen schrijven hun voorkennis op. 
Dit gebeurt best in duo’s omdat leerlingen elkaar dan activeren.
Je vindt onderaan een voorbeeld van mogelijke associaties.
Klik op de rechtermuisknop en afbeelding openen in nieuw tabblad om de hoge resolutie te zien.

1. Wat weet je hier al over?
2. Welke vragen komen in je op?
3. Waar denk je aan?

Bespreken van de voorkennis. 
Vraag de leerlingen wat ze opgeschreven hebben.
Waar hebben zij aan gedacht waar anderen niet aan dachten?
Misschien hebben de leerlingen al met deze componenten gewerkt? 
Eventueel kunnen vragen die niet in deze koffer aan bod komen verder onderzocht worden in andere lessen of in projectwerk.
Kom tot de vaststelling dat leerlingen hier nog weinig over weten.
Als we een werkend schaalmodel willen maken is er eerst nood aan wat kennis.

Setaarten voor de leerlingen. 
De leerlingen proberen telkens (in duo’s) een set van twee kaarten te maken.
Deze setkaarten vind je bij de downloads.
Concreet: een foto van de fysieke component.
Schematisch: een schematische voorstelling.
Abstract: een verwoording over wat het is en hoe het werkt.

Leerlingen die al wat voorkennis hebben kunnen uitgedaagd worden om 
alle kaarten juist te plaatsen. Ga zelf rond en stel denkvragen om te stimuleren.
- Waarom denk je dat deze set bij elkaar hoort?
- Waarom ben je zeker dat dit past?
- Waar twijfel je over?
- Is er een gelijkenis tussen de foto en het pictogram?
- …

Doe een korte bespreking van de antwoorden. Dit kan via de powerpoint.
Het is voorlopig niet de bedoeling dat kinderen dit memoriseren.
De nieuwgierigheid moet gewekt worden.

Stap 4: wat zijn de gevaren ?

Powerpoint dia's: 22, 23 en 24
Werkblad: 2

Tijdens de brainstorm in stap 2 kwam mogelijk ook de associatie met gevaar naar voren.
Je kunt de kinderen uitleggen dat het werken met twee batterijtjes valt onder:
 "extra laag voltage"
Hierdoor is elektrocutie onmogelijk: ons lichaam biedt namelijk te veel weerstand om bij 1,5 Volt een merkbare stroom te laten ontstaan.

Er is echter wel een ander gevaar. 
Wanneer de plus – en minpool met elkaar verbonden worden gaat er stroom vloeien.
Als er geen verbruiker (lamp, motor, …) aanwezig is wordt de elektrische energie omgezet in warmte – energie.
Tijdens het onderzoeken kan het per ongeluk geboren dat de plus – en minpool elkaar raken. Dan is er een kortsluiting. De batterijen of metalen onderdelen of schakeldraden voelen dan warm aan. Vraag de kinderen hulp in te roepen als dit ze dit opmerken. Volg dan deze stappen:
1. Verwijder de batterijen (als het kan) uit de batterijhouder.
2. Kijk waar de kortsluiting zich bevindt en maak de polen los.
3. Leg de batterijhouder en batterijen aan de kant en kijk na als ze afgekoeld zijn.

In de media hoor je vaak de oproep om de polen van batterijen af te plakken bij het deponeren in een inzameldoos. Als je nieuwe batterijen koopt zitten deze ook altijd goed gescheiden in een doosje. Dit heeft hiermee te maken. Zorg er dus ook voor dat je na het onderzoek alle batterijen uit de houders haalt en goed opbergt.
Dit om lekkage en bandgevaar te vermijden.


 

Stap 5: kennismaking met schakelen

Powerpoint dia's: 25, 26 en 27
Werkblad: /

Vertel de kinderen dat ze in de volgende stap een onderzoek zullen voeren.
Omdat sommige kinderen voor het eerst schakelen verloopt de eerste kaart klassikaal.
De onderzoeksvraag is: hoe laten we 2 lampjes het beste laten branden?

Je kan ervoor kiezen klassikaal of in duo’s te laten werken.
Toon via de powerpoint of aan een modeltafel de serie – en parallelschakeling.
De kinderen maken de schakeling. Het doel hier is schakelen ervaren.

Enkele veelgemaakte fouten:
- De klemmetjes worden op de isolatie gezet in plaats van de geleidende kern.
- Niet alle klemmetjes zijn goed aangesloten.
- De batterij zit omgekeerd in het houdertjes.
- De kinderen gebruiken geen krokodillenklemmetjes (ze houden het draadje zelf vast).

Je kan ook de probleemoplosser gebruiken wanneer de schakeling niet werkt.
Beide schakelingen werken maar het parallel schakelen werkt het beste.
Bij de parallelschakeling verdeelt de stroom (energie) zich over 2 lampen.

Stap 6: het onderzoek voeren

Powerpoint dia's: 28
Werkblad: 3, 4, de onderzoekkaarten en de probleemoplosser

Dit is de belangrijkste stap van de onderzoekkoffer.
Er zijn in totaal 8 vragen met een bijhorend onderzoek in een doos.
Van elke doos vind je 2 exemplaren. Er wordt best in duo’s gewerkt.
Bespreek de werkvorm met de kinderen en toon de bijhorende dia.
Wanneer de leerlingen klaar zijn met een doos, nemen ze een andere.
Vragen 1 tot 4 moeten zeker gezien worden als je met de ontwerpkoffer (box 4) werkt.
Vragen 5 tot 8 zijn uitbreidingsvragen.

Vertel dat bij elke kaart die ze straks maken altijd 1 schakeling de beste is.

Stap 1: materialen op de bank leggen en onderzoeksvraag + instructie lezen.

Stap 2: een mondelinge hypothese maken, wat denk je dat er zal gebeuren en waarom?

Stap 3: de schakelingen maken, tussen elke verbruiker komt een krokodillenklem. 

Stap 4: de vaststellingen met de duo-partner bespreken.

Stap 5: een besluit (antwoord op de vraag) noteren op het werkblad in de bundel.

Wanneer de kinderen een onderzoek gebeurt zijn er verschillende mogelijkheden.

😊 De schakeling werkt: de motor draait, de lamp brandt, …

😐 De schakeling werk niet zo goed: de motor draait traag, de lamp brandt amper, …

☹ De schakeling werkt niet: er gebeurt niks.

Wijs de kinderen op deze mogelijkheden. Wanneer er niks gebeurt en ze toch een andere hypothese hadden, kunnen ze de probleemoplosser toepassen. Zo zijn ze er zeker van dat ze zelf geen fout maakten maar dat de schakeling effectief niet werkt.

De leerkracht biedt tijdens het onderzoek de volgende ondersteuning:

1.  Waakzaam zijn voor kortsluitingen.

2.  Vragen naar de hypothese: ‘Wat zal er gebeuren denk je? Waarom?’

3.  Helpen bij de besluitvorming of theorie: ‘Wat kan je besluiten?’
        Stimuleer de kinderen om de juiste woorden te gebruiken.
        We willen dat de kinderen technisch geletterd zijn.
        De te gebruiken begrippen vind je op de informatiekaarten en in de mindmap.

4.  Helpen met het uitvoeren van de probleemoplosser.

Je kan op verschillende manieren werken met onze kaarten:
- Elk duo maakt zoveel mogelijk kaarten.
- De duo’s maken elk andere kaarten en stellen hun onderzoek aan elkaar voor.
- De duo’s krijgen elk 1 of 2 kaarten en stellen hun onderzoek aan de klas voor.

Stap 7: het onderzoek rapporteren

Powerpoint dia's: 29 en 30
Werkblad: 3 en 4

Wanneer het onderzoek afgelopen is worden de besluiten besproken. Laat bij elk onderzoek de verschillende besluiten verwoorden en bespreek met de klas welk besluit het meest volledig is en de juiste woordenschat gebruikt. Onderstaand een voorbeeld van goede verwoording. De leerlingen mogen hun eigen besluit aanvullen of verfijnen als ze dit willen.

Onderzoek 1: 
Meerdere batterijen in serie geschakeld leveren meer spanning (dus meer elektrische energie) waardoor de snelheid van de motor verhoogt.

Onderzoek 2: 
De snelheid van de motor kan afgeremd worden met een weerstand.
Een extra batterij in serie geschakeld verhoogt de snelheid.

Onderzoek 3: 
Het verschil is dat in de gele motor tandwielen gebruiken worden om de snelheid van de motor aan te passen. De schijf stopt ook direct wanneer de stroomkring open is.

Onderzoek 4: 
De draairichting kan gewisseld worden door de batterij om te wisselen of door de pluspool van de batterij aan te sluiten op de minpool van de motor.

Onderzoek 5: 
Het zonnepaneel levert voldoende elektrische energie om de motor te laten draaien en de zoemer te laten piepen maar is onvoldoende voor de LED of gloeilamp.

Onderzoek 6: 
Met een extra batterij in serie bereikt de gloeilamp meer lichtsterkte. 
Met een weerstand neemt de lichtsterkte van de gloeilamp af.

[Fun Forge] Onderzoek 7: 
De witte LED kan branden met twee batterijen in serie geschakeld.
Het lange pootje moet aangesloten worden aan de pluspool

Opmerking: LEDs met een ander kleur hebben een ander soort schakeling nodig.

[Fun Forge] Onderzoek 8: 
Om twee LEDs te laten branden moet je twee batterijen in serie schakelen.
De LEDs zelf moet je in parallel schakelen.

Extra informatie: 
Wat de leerlingen vooral moeten onthouden voor de volgende stap (het ontwerpen) is dat het aantal batterijen invloed heeft op de snelheid van de motor en dat de draairichting gewisseld kan worden door de polen om te wisselen.

Stap 8: goede vragen stellen [optioneel]

[Deze stap is optioneel en kan overgelaten worden.]

Powerpoint dia's: 31
Werkblad: 4 en 5

Bij een onderzoek gaan we niet impulsief aan de slag. We willen het antwoord op enkele vragen die ons vooruit helpen bij het maken van een kermisattractie op schaal.
De vragen zijn een aanzet om te leren hoe de stroomkring en de verbruikers werken.

Enkele kenmerken van goede vragen staan op het werkblad van de leerlingen:

1.  Ik start met een vraagwoord.
2.  Ik stel een vraag waarop ik geen ja of nee antwoord.
3.  Ik wil één ding te weten komen.
4.  Ik zal iets bijleren, de vraag is nuttig.
5.  Ik gebruik de juiste woorden om dingen te benoemen.

Laat de kinderen oefenen op het herkennen van goede vragen.
Bespreek klassikaal de antwoorden.
‘Wat is volgens jou wel / geen goede vraag?’
‘Waarom wel / niet? Waarover twijfel je? Wat denken de anderen?’

Stap 9: een eigen onderzoeksvraag [optioneel]

[Deze stap is optioneel en kan overgelaten worden.]

Powerpoint dia's: 32
Werkblad: 6

Nadat besproken werd hoe je een goede vraag stelt kunnen de kinderen een vervolgonderzoek doen. Hierbij zijn verschillende mogelijkheden.

1. De kinderen maken nog een extra kaart uit het onderzoek (stap 6).

2. Zoek met de klas een paar onderzoeksvragen.
      Daarna kiest elk duo 1 vraag uit die ze willen onderzoeken.
      Bij voorkeur doen 2 duo’s dezelfde vraag.
      Op die manier krijg je een eerlijk onderzoek: krijgen ze hetzelfde resultaat?

3. De kinderen bedenken zelf een eigen, nieuwe vraag.
      Ze zorgen daarvoor dat dit een goede vraag is. Bespreek deze even samen.
      De tips kan je bekijken op werkblad 4 of op de powerpoint.

Voorbeelden van goede vragen:
1. Hoe kan ik de snelheid van de motor wijzigen?
2. Wat kan ik laten werken op een zonnepaneeltje?
3. Wat gebeurt er bij de motor als ik de rode en zwarte draad omwissel? 
4. Kan ik 2 verschillende dingen laten werken op één stroomkring?
5. Wat gebeurt er als ik een weerstand gebruik?
6. Hoe kan ik meerdere LEDS laten branden?

Opgepast: met lampjes mogen maximaal 2 batterijen gebruikt worden, bij een motor 6.