STEM Concretisering
Zeepbellen ontwerpen en onderzoeken
Zeepbellen zijn ideale technische realisaties om te onderzoeken en te ontwerpen en zo tot inzichten te komen. In dit artikel wordt ingegaan op verschillende techniekfiches rond zeepbellen die te vinden zijn op het internet. Je vindt achtergrondinformatie en suggesties over hoe je vertrekkend vanuit het maken van zeepbellen de ontwerpcyclus in de klas kan brengen.
Schaduwen, dag en nacht
Onderzoeken hoe schaduw ontstaat door te experimenteren met verschillende objecten en hun schaduw en door de schaduw op verschillende momenten van de dag te observeren, een activiteit voor leerlingen van 5 tot 8 jaar.
Landelijk Techniektornooi
Tijdens het landelijk Techniek Toernooi in Nederland draait alles om acht spannende uitdagingen, twee per leeftijdscategorie. De doelgroep is kinderen tot en met 13 jaar. Een school of buitenschoolse activiteit mag per leeftijdsgroep één team aanmelden; in totaal dus maximaal vier teams. Een team bestaat uit maximaal vier leerlingen en één volwassen begeleider. Dit schooljaar staat ‘Energie’ centraal.
Bij elke uitdaging hoort een lesbrief. Hiermee kun je de kinderen op de wedstrijd voorbereiden. De gratis lesbrieven worden geschreven door wetenschappers en onderwijsspecialisten, en voor publicatie uitgebreid getest. Je kunt de lesbrieven downloaden. Bij elke lesbrief hoort achtergrondinformatie.
Voorbeeld van een uitdaging uit het techniektornooi
Een voorbeeld, gebaseerd op een uitdaging uit het techniektoernooi:
Opdracht
Maak je eigen zeepsopje en maak met je eigengemaakte bellenblaasvorm de langste zeepvliestunnel.
Doel
Zelf onderzoeken en ontwerpen
- Mengen en roeren: welke sopsamenstelling maakt mooie en stevige zeepbellen?
- Constructie: een goede bellenblaasvorm om grote bellen mee te maken.
Activiteit
De kinderen kunnen eerst een paar sopjes maken. Door samen met verschillende soorten afwasmiddel te experimenteren ontdekken ze welk afwasmiddel voor het bellenblazen geschikt is. Er kan ook nagegaan worden welke verhouding afwasmiddel/water er best gebruikt wordt?
Belangrijk hierbij is er dat er slechts 1 variabele gewijzigd mag worden: Ofwel het soort afwasmiddel, ofwel de verhouding afwasmiddel/water.
Daarna maken de kinderen bellenblaasvormen van ijzerdraad om de sopjes te testen. Er kunnen bijvoorbeeld ijzeren klerenhangers gebruikt worden, maar ook een rol niet te dik ijzerdraad (vb ijzerdraad van 1,5 mm diameter).
Kinderen kunnen dan experimenteren met verschillende vormen. Hoe zorg je ervoor dat je de vorm goed kunt vasthouden?
Veel kinderen vinden het leuk om te kijken naar de vormen en kleuren van zeepbellen. Het is verrassend om te zien hoe je met zo iets eenvoudigs als water en zeep zulke mooie vormen en kleuren kan maken. Zelfs op de universiteit voert men experimenten uit met zeep om bijvoorbeeld te meten hoeveel spankracht (officieel: oppervlaktespanning) er in zeepvliezen zit. Dit is belangrijk om ervoor te zorgen dat de zeep mooi verspreid wordt over je huid… of over de vloer bij het boenen. Zeepvliezen gedragen zich inderdaad haast net als elastiek, ze proberen zich kleiner te maken door de uiteinden naar zich toe te trekken. Zeepvliezen zijn echter wel heel slap elastiek, je hoeft er maar tegen te blazen om het al op te rekken.
Nuttige informatie
Voor het maken van goede zeepbellen en zeepvliezen zijn twee zaken belangrijk:
- het soort zeepsop en
- het materiaal waarvan de vormpjes zijn gemaakt.
Soorten zeepsop
Allereerst het zeepsop: de basis is eenvoudig een mengsel van water en zeep, het liefst een zeep die eenvoudig oplost zoals afwasmiddel. Voor het beste resultaat wordt daar echter vaak nog iets aan toegevoegd. Er wordt bijvoorbeeld vaak een klein beetje glycerine aan de oplossing toegevoegd om de bellen langer te laten leven.
Vormen
Om de langste zeepvliestunnels te maken moet je ook een- bij voorkeur groot ringvormig - voorwerp hebben van het juiste materiaal. Het moet in ieder geval open genoeg zijn om voldoende zeepsop te kunnen opnemen en om een geleidelijke overgang van zeepvlies naar houder te geven. De vormpjes die je in de winkel koopt zijn vaak van plastic met groefjes om het sop vast te houden. Je kan ook het sop vasthouden met een wollen draad, een stuk touw of lapjes of een reep stof. Deze kun je dan om de vorm heen wikkelen.
Proweto
Het "Proweto-project" is een initiatief van het Provinciaal Instituut Lommel en heeft als doel jongeren te prikkelen voor wetenschap en techniek. Ondernemerschap wordt gestimuleerd via ontwerpend en onderzoekend leren waardoor jongeren hun mogelijke talenten binnen deze domeinen kunnen ontdekken en verder ontplooien.
Op www.proweto.be vind je informatie zowel voor basisonderwijs als voor secundair onderwijs.
Voorbeeld uit Canada basisonderwijs
Uit de review 'Goesting in STEM'
Het doel van het technisch proces is problemen oplossen door het ontwerpen en de creatie van succesvolle producten, systemen en omgevingen die voldoen aan specifieke behoeften. Techniek kan dus niet bestaan zonder context. Dit creëert de ideale setting voor projectonderwijs.
Een Canadees voorbeeld van projectonderwijs in het eerste leerjaar:
Poppenspel. De leerlingen schrijven samen een scenario voor een poppenspel. De poppen laten ze bewegen door gebruik te maken van hydraulische principes: door middel van plastic buizen en spuiten laten de kinderen de ledematen van de poppen bewegen. Andere leerlingen filmen het poppenspel. Op het einde reflecteren de kinderen over wat ze gedaan hebben en hoe alles anders zou verlopen zou zijn indien ze dit materiaal niet hadden. Hoe zouden ze het anders opgelost hebben?
Ontwerpen van een modelhuis
Uit de review 'Goesting in STEM'
In een derde leerjaar basisonderwijs gaan de leerlingen een modelhuis ontwerpen. De uitdaging is een miniatuurhuis (schaalmodel) te maken dat stabiel, geluiddicht en thermisch geïsoleerd is. In zes lessen gaan de kinderen, begeleid door hun leraar en met behulp van hun logboeken (de zogenaamde Ingenieursschriften) een reeks van technische tests uitvoeren om materialen te identificeren die aan de ontwerpeisen voldoen. Zij maken gebruik van gewichten, geluidsensoren en temperatuursensoren om hun materialen te testen. Met LEGO® bouwen ze de basis en het geraamte van het huis.
Terwijl de leerlingen de materialen testen en met een prototype starten wordt hen gevraagd om wetenschappelijke argumenten te zoeken waarom ze een bepaald materiaal op een bepaalde plaats in het huis gebruiken. Ze worden aangemoedigd om eigenschappen zoals sterkte, geluidsisolatie en warmte-isolatie in overweging te nemen. De ingenieursschriften helpen bij dit proces. Door deze schriftjes worden ze ertoe aangezet om hun experimenten en waarnemingen te noteren en erover te reflecteren. Tijdens de laatste twee lessen gebruiken de leerlingen hun verworven kennis om het ontwerp en de bouw van hun miniatuurhuis te voltooien. Uit dit beperkt onderzoek bleek dat het grondig bijhouden van het ingenieursschriftje van groot belang is voor het leerrendement dat de leerlingen behalen op het einde van de lessenreeks.