Menu
-Project-gebaseerd Leren
Deze methode moedigt studenten aan om vaardigheden te leren en hun kennis toe te passen door deel te nemen aan een project. Ze werken gedurende een langere periode om een oplossing voor een probleem of vraag te onderzoeken en te creëren. Uw rol als leerkracht is om een begeleider te zijn en de leerlingen aan te moedigen om hun projecten van begin tot einde volledig in eigen handen te nemen.
– Gebruik van het Engineering Design-proces (EDP)
Dit is een reeks stappen die leerlingen kunnen nemen om oplossingen voor problemen te ontwerpen als onderdeel van een project. Deze projectgebaseerde leerstrategie moet open-ended ontwerpen, creativiteit en praktische oplossingen aanmoedigen.De stappen van EDP:
VRAAG: Studenten identificeren het probleem, de eisen waaraan moet worden voldaan en de beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden.
VOORSTELLEN: De leerlingen brainstormen over oplossingen en onderzoeken ideeën. Zij identificeren ook wat anderen hebben gedaan.
PLAN: De leerlingen kiezen twee of drie van de beste ideeën uit hun brainstorm en schetsen mogelijke ontwerpen, om uiteindelijk een enkel ontwerp te kiezen voor een prototype.
CREËREN: De leerlingen bouwen een werkend model, of prototype, dat voldoet aan de ontwerpeisen en dat binnen de ontwerpbeperkingen valt.
TESTEN: De leerlingen evalueren de oplossing door te testen; ze verzamelen en analyseren gegevens; ze vatten de sterke en zwakke punten van hun ontwerp samen die tijdens het testen aan het licht kwamen.
VERBETEREN: Gebaseerd op de resultaten van hun test, brengen de leerlingen verbeteringen aan in hun ontwerp. Ze bepalen ook welke veranderingen ze zullen aanbrengen en verantwoorden hun herzieningen.
Potentiële en kinetische energie, wet van behoud van energie, zwaartekracht
In deze les zullen de leerlingen leren denken en ontwerpen als een ingenieur door gebruik te maken van het ingenieursproces om een achtbaan te ontwerpen met behulp van pijpisolatie, knikkers en voorwerpen in het lokaal. Computersimulatieprogramma’s zullen helpen bij het vinden van verschillende manieren waarop achtbanen kunnen worden ontworpen, rekening houdend met variabelen zoals hoogte, snelheid, zwaartekracht en het traject van de achtbaan. De leerlingen worden in groepen verdeeld waar ze zullen leren in teamverband te werken, want ingenieurs moeten goede communicatoren zijn! Eerst krijgen ze een presentatie over hoe achtbanen worden ontworpen en de fysica achter de werking ervan. Ze zullen hun ontwerp uittekenen met behulp van de fundamentele principes die ze in de presentatie hebben geleerd. Ten slotte maken de leerlingen een achtbaan met flexpipe-isolatie als structuur, tape en een knikker die het wagentje met passagiers voorstelt. Ze kunnen zo creatief zijn als ze willen, en materialen gebruiken die ze in de kamer vinden om hun structuur en pad te helpen. De leerlingen ontwerpen, evalueren en verbeteren de hele les en ervaren zo het proces dat ingenieurs dagelijks doorlopen!
PROBLEEMSTELLING
U bent voorzitter van een ingenieursbureau dat achtbanen ontwerpt en bouwt. Walibi heeft u en uw team van hoogopgeleide en gespecialiseerde ingenieurs net de opdracht gegeven hun nieuwe achtbaan te ontwerpen. Dit moet de beste achtbaan ter wereld worden. Hij moet sneller en spannender zijn dan elke andere achtbaan die vandaag bestaat.
Jullie nieuwe achtbaan moet minstens één heuvel, één lus, één looping en één bocht hebben. Jullie groep moet eerst een ontwerp maken voor jullie achtbaan en een naam bedenken. Je moet ook een nieuw bord maken met de naam van je achtbaan erop. Zodra jullie ontwerp en naam zijn goedgekeurd, gaan jullie deze achtbaan maken met de gegeven benodigdheden. Als de achtbaan klaar is, gaan jullie tijdsproeven doen met verschillende knikkers om te zien hoe snel de knikker gaat. Elke groep krijgt een cijfer voor de creativiteit van jullie project en of jullie aan alle criteria hebben voldaan. Op het einde van het project zal de klas stemmen over welke achtbaan het beste ontwerp had.
Ontwerp een veilige en leuke achtbaan met de beschikbare materialen!
CRITERIA EN BEPERKINGEN:
1-Bouw een achtbaan die 2 heuvels OF 1 looping en 1 heuvel heeft.
2- Een knikker zal gebruikt worden als het voertuig voor je knikkerachtbaan.
3- De knikker moet de volledige lengte van de achtbaan afleggen om in aanmerking te komen
WERKWIJZE:
2.Je mag elk van de voorziene materialen gebruiken om je achtbaan te bouwen
3.Schrijf je hypothese op als een “Als- Dan—-” verklaring gebaseerd op welk gebied de grootste potentiële energie zal hebben (Bijlage 4.)
4.Je moet je attractie een naam geven!
5.Laat de knikker 10 keer door de achtbaan gaan om een gemiddelde snelheid in m/s te bepalen. Je noteert dit in de gegevens ‘handleiding achtbaanontwerp’ (Bijlage 3.)
6.Bepaal de potentiële energie met behulp van de vergelijking die je in de warming-up hebt gegeven.
Nadat je het basisproject met succes hebt voltooid en je leraar je ontwerp heeft goedgekeurd, mag je het aanpassen voor extra punten: extra heuvels, lussen, en/of je knikker die binnen 15 cm van het einde stopt. Zie de doelen voor de puntentoekenning!
Werktuigbouwkundig ingenieurs: ontwerpen de achtbaan, hoe het karretje zich op de baan moet houden, hoe het zich tijdens de rit voortbeweegt, hoe de remmen en het mechanisme werken, enz.
Elektrotechnici: werken aan de bewegende elektrische onderdelen, werken samen met de computertechnicus om ervoor te zorgen dat de printplaten en het bedieningspaneel correct werken.
Computer ingenieurs: werken aan het computersysteem dat de achtbaan bestuurt
Bouwkundig ingenieurs: zorgen ervoor dat het structureel correct is, zij bouwen alle witte structuren die je op de foto kunt zien, zorgen ervoor dat het blijft staan!
Chemische ingenieurs: gasaandrijving voor sommige achtbanen
Luchtvaartingenieurs: maken de karretjes aërodynamisch zodat ze minder wrijving hebben en zo snel mogelijk kunnen gaan
Materiaalingenieurs: beslissen welke materialen voor elk onderdeel het best werken en het goedkoopst zijn, en bestand zijn tegen de weersomstandigheden in verschillende gebieden van de wereld
Transport ingenieurs: Het is vergelijkbaar met het ontwerpen van een zeer bochtige, ingewikkelde weg!
Bij techniek gaat het om samenwerken! Al die verschillende soorten mensen werken samen om iets leuks te maken waar mensen van kunnen genieten. Het gaat erom oplossingen te vinden voor problemen, mensen te helpen en hun leven te verbeteren.
8 lessen van 40 minuten
De leerlingen bouwen hun eigen kleine model-achtbanen met behulp van pijpisolatie en knikkers, en analyseren ze dan met behulp van de natuurkundige principes die ze in de bijbehorende les geleerd hebben. Ze onderzoeken omzettingen tussen kinetische en potentiële energie en wrijvingseffecten om achtbanen te ontwerpen die volledig door de zwaartekracht worden aangedreven.
Link met engineering.
Tijdens het ontwerpen van modelachtbanen komen de leerlingen veel van dezelfde problemen tegen als de ingenieurs van echte achtbanen. Om werkende achtbanen te kunnen bouwen, moeten de leerlingen de beperkingen inzien die door de fundamentele wetten van de fysica aan hun ontwerpen en aan het ontwerp van echte achtbanen worden opgelegd. Leerlingen leren dat hun vermogen om deze beperkingen te begrijpen en ermee om te gaan van het grootste belang is voor het succes van hun achtbanen.
Na dit project moeten de studenten in staat zijn om:
Burgerlijke ingenieurs ontwerpen structuren zoals achtbanen, bruggen en gebouwen.
Energie : Het vermogen om veranderingen in materie te veroorzaken
Potentiële energie : De energie die een voorwerp heeft door zijn positie of zijn toestand
Kinetische energie :De energie die een voorwerp heeft door beweging.
Beweging :de verandering van positie van een voorwerp.
Kracht :een duw of trekkracht die en veranderign in de beweging van een voorwerp kan veroorzaken.
Wrijving :een kracht die werkt tussen twee elkaar rakende voorwerpen en die beweging tegenwerkt.
Acceleratie: Het vermogen van een voertuig om snelheid te maken.
Evenwichtige en onevenwichtige krachten:
Een evenwichtige kracht ontstaat wanneer twee of meer krachten zodanig op een voorwerp inwerken dat zij elkaar precies tegenwerken. Terwijl je nu op je stoel zit, duwt de stoel omhoog met een kracht die even sterk en tegengesteld is aan de zwaartekracht. Men zegt dat deze twee krachten elkaar in evenwicht houden, waardoor je in rust blijft. Als de stoel plotseling onder je vandaan wordt getrokken, ervaar je een onevenwichtige kracht. Er is niet langer een opwaartse zitplaatskracht om de neerwaartse aantrekkingskracht van de zwaartekracht te compenseren, dus je versnelt naar de grond.
Middelpuntszoekende kracht: Een middelpuntzoekende kracht is een nettokracht die op een voorwerp werkt om het in beweging te houden langs een cirkelvormige baan.
G-Kracht :Een G-kracht is een eenheid van versnelling gelijk aan de versnelling die veroorzaakt wordt door de zwaartekracht. De zwaartekracht zorgt ervoor dat vrij vallende voroewerpen op aarde hun snelheid veranderen met een snelheid van ongeveer 10m/s²
Traagheid: Traagheid is de neiging van een voorwerp om zich te verzetten tegen de verandering van zijn bewegingstoestand.
Massa: De massa van een voorwerp is een maat voor de hoeveelheid materiaal in een stof.
Momentum: Het momentum heeft betrekking op de hoeveelheid beweging die een voorwerp bezit. Elke massa die in beweging is, heeft momentum.
Eerste wet van Newton: Een voorwerp in rust of in eenparige bewegin in een rechte lijn zal in rust blijven of in dezelfde eenparige beweging blijven, tenzij er een onevenwichtige kracht op wordt uitgeoefend. Dit is ook bekend als de wet van inertie.
Tweede wet van Newton: De versnelling van een voorwerp is recht evenredig met de totale onevenwichtige kracht die op het voorwerp wordt uitgeoefend, en is omgekeerd evenredig met de massa van het voorwerp (met andere woorden, als de massa toeneemt, moet de versnelling afnemen). De versnelling va neen voorwerp beweegt in dezelfde richting als de totale kracht. Dit wordt ook wel de wet van de versnelling genoemd.
Derde wet van Newton: Als een voorwerp een kracht uitoefend op een tweede voorwerp, oefent het tweede voorwerp een kracht van gelijke omvang en tegengestelde richting uit op het voorwerpslichaam. Dit wordt ook wel de wet van wisselwerking genoemd.
Periodieke beweging: Een beweging wordt een periodieke beweging genoemd als hij zich herhaald. De tijd voor een volledig cyclus wordt de periode van de beweging genoemd.
Snelheid: De snelheid is een maat voor het snel een voorwerp zich voortbeweegt.
Achtergrond
Achtbanen in pretparken maken gebruik van potentiële energie en kinetische energie. Gewoonlijk trekt een motor de achtbaan op om zijn initiële potentiële energie te verkrijgen. Eenmaal op het hoogste punt, zijn er geen motoren meer verbonden met de wagen. De wagen begint zijn kronkelend en lusvormig traject langs een baan die ontworpen is om op een veilige manier potentiële energie om te zetten in kinetische energie en er tegelijk een spannende rit van te maken.
Als de wagen door een looping gaat en niet genoeg kinetische energie heeft, zal hij niet op de baan blijven als hij de top van de lus bereikt. Kinetische energie wordt gemeten als KE=(mv²)/2, waarbij m de massa van het voorwerp is en v de snelheid. Potentiële energie wordt gemeten als PE=mgh, waarbij m de massa is, g de gravitatiekracht, en h de afstand boven het referentiepunt waar de massa begint.
In het ideale geval wordt alle potentiële energie omgezet in kinetische energie, maar in werkelijkheid is dit nooit het geval, omdat een deel van de energie verloren gaat aan wrijving. Vanwege het energieverlies moet de piek van de lussen lager zijn dan het beginpunt van de wagen. The top of the first hill must be the highest point on the roller coaster.
Kinetische energie : https://www.ducksters.com/science/physics/kinetic_energy.php
Kinetische energie: https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy
Poteniële energie: https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Potential-Energy
Potentiële energie: https://www.ducksters.com/science/physics/potential_energy.php
Energietransformatie van een achtbaan: https://www.physicsclassroom.com/mmedia/energy/ce.cfm
Interactief model achbaan: https://www.physicsclassroom.com/Physics-Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model-Interactive
Gebruik het model voor wetenschappelijk onderzoek en het sjabloon Test je idee om je te helpen met je onderzoeksvraag. Zie bijlage I. en II.
F.7.3. F.7.3.1. Kracht en energie / fysische gebeurtenissen
F.7.3.2. Relatie tussen kracht, arbeid en energie
F.7.3.2.2. Associeert energie met het concept van arbeid, classificeert het als kinetische en potentiële energie.
F.7.3.3. Energieomzettingen
F.7.3.3.1. Op basis van de omzetting van kinetische en potentiële energiesoorten, concludeert hij dat energie behouden blijft.
F.7.3.3.2. Leg het effect van wrijvingskracht op kinetische energie uit met voorbeelden.
FYSICA
9.3.1. BEWEGING EN KRACHT
9.3.1.1. Classificeert de bewegingen van voorwerpen.
9.3.1.2. Brengt de begrippen positie, afstand, verplaatsing, snelheid en snelheid met elkaar in verband.
9.3.1.3. 9.3.1.3. Relateert de begrippen positie, snelheid en tijd voor eenparige lineaire beweging.
9.3.1.4. Het begrip gemiddelde snelheid uitleggen.
9.3.1.5. Legt een verband tussen het begrip versnelling en versnellings- en vertragingsgebeurtenissen.
9.3.1.6. Legt de beweging van een voorwerp uit volgens verschillende referentiepunten.
9.3.2. KRACHT
9.3.2.1. Het begrip kracht met voorbeelden uitleggen.
9.3.3. DE BEWEGINGSWETTEN VAN NEWTON
9.3.3.1. De bewegingstoestanden van voorwerpen onder invloed van gebalanceerde krachten met voorbeelden uitleggen.
9.3.3.2. Legt het verband uit tussen de begrippen kracht, versnelling en massa.
9.3.3.3. 9.3.3.3. Legt actie-reactie krachten uit met voorbeelden.
9.3.4. WRIJVINGSKRACHT
9.3.4.1. Analyseert de variabelen waarvan de wrijvingskracht afhangt.
9.4. ENERGIE
9.4.2. MECHANISCHE ENERGIE
9.4.2.1. Er wordt een analyse gemaakt van de variabelen waarvan de translationele kinetische energie, de gravitationele potentiële energie en de elastische potentiële energie afhangen.
9.4.3. BEHOUD VAN ENERGIE EN ENERGIEOMZETTINGEN
9.4.3.1. Er wordt afgeleid dat de totale energie behouden blijft bij de omzetting van energie van de ene vorm in de andere (zoals mechanisch, warmte, licht, geluid).
11.1.3. DE BEWEGINGSWETTEN VAN NEWTON
11.1.3.1. Berekent de grootte van de nettokracht door de richting te bepalen.
11.1.4.6. Analyseert de bewegingen van voorwerpen met beginsnelheid in verticale richting en met constante versnelling.
11.1.6.2. Analyseert de beweging van voorwerpen met gebruikmaking van het behoud van mechanische energie.
11.1.6.3. Analyseert behoud van energie en transformaties op wrijvingsoppervlakken.
11.1.7.4. Berekent het behoud van lineair momentum.
Betrekken: De leerkracht helpt de leerlingen na te denken over wat ze al weten en eventuele hiaten in hun kennis te identificeren. Het is belangrijk om de belangstelling voor de komende concepten te stimuleren, zodat de leerlingen klaar zijn om te leren. De leerkracht kan de leerlingen de opdracht geven openingsvragen te stellen of op te schrijven wat ze al weten over het onderwerp. Dit is ook het moment waarop het concept voor het eerst aan de leerlingen wordt voorgesteld.
1e les:
Materialen: Computer en beamer
Voorbereiding: [5 ] Minuten
Faciliteren van leerervaring: [20 ] Minuten
overgang: [15 ] Minuten
De leerkracht zal: de presentatie tonen, de projectgebaseerde activiteit introduceren, het ingenieursontwerp introduceren en uitleggen hoe ze dit gebruiken, de leerlingen betrekken door vragen te stellen, de leelingen tijd geven om te antwoorden, de volgende activiteit introduceren.
De leerlingen zullen:De presentatie volgen, aantekeningen maken, vragen stellen en discussie voeren.
Exploreer: Tijdens de exploratiefase verkennen de leerlingen actief het nieuwe concept door middel van concrete leerervaringen. Zij kunnen worden gevraagd de wetenschappelijke methode te doorlopen en met hun medeleerlingen te communiceren om waarnemingen te doen. Deze fase stelt leerlingen in staat om te leren op een praktische manier.
2e les
Ontwerpsimulaties (40 min)
De leerlingen gaan zelfstandig aan de slag met de ontwerpsimulaties. Ze moeten elke simulatie proberen, omdat ze zich op verschillende ontwerpprincipes richten. Dit zijn gratis websites die ze ook in hun vrije tijd kunnen bezoeken. https://www.learner.org/exhibits/parkphysics/coaster/
Laat de leerlingen na ongeveer 15-20 minuten in duo’s bespreken wat ze hebben geleerd van de simulaties. Verwijs de leerlingen naar het antwoord op de focusvragen.
iii. Heb je één ding constant gehouden? Of heb je alle variabelen veranderd?
3e les
Bouwactiviteit
-Welke kracht zorgt ervoor dat de wagen (knikker) beweegt?
-Welke kracht zorgt ervoor dat de knikker langzamer gaat bewegen en uiteindelijk stopt?
-Hoe zou je de snelheid van de knikker kunnen verhogen of verlagen?
-Op welk punt op de baan heeft de knikker de meeste potentiële energie?
-Op welk punt op de baan heeft de knikker de meeste kinetische energie?
4e les
5e les
Materialen:
Per groep:
Voorbereiding: [ 10] Minuten
Faciliteren van leerervaring: [ 20 ] Minuten
Overbrenging: [110 ] Minuten
De leerkracht zal: De activiteit inleiden en observeren. Controleer en begeleid de leerlingen bij het bouwen.
Leerlingen zullen: werken in groepjes om een achtbaan te bouwen. De leerligen testen de achtbaan, schrijven hun resultaten op en reflecteren. Ze noteren wat wel en niet werkte voor hun achtbaan.
Uitleggen: Dit is een door de leraar geleide fase die leerlingen helpt nieuwe kennis te synthetiseren en vragen te stellen als ze meer verduidelijking nodig hebben. Om de uitlegfase effectief te laten zijn, moeten docenten leerlingen vragen om te delen wat ze tijdens de exploreerfase hebben geleerd, voordat ze technische informatie op een meer directe manier introduceren. Dit is ook het moment waarop leerkrachten video, computersoftware of andere hulpmiddelen gebruiken om het begrip te vergroten.
6e les
De zwaartekracht is een contactloze kracht die op de auto (knikker) werkt en hem naar de aarde trekt.
-De 1e bewegingswet van Newton stelt dat een voorwerp in beweging in beweging blijft, in dezelfde richting en met dezelfde snelheid, tenzij er een andere kracht op inwerkt.
-Wrijving tussen de auto en de baan is een contactkracht die de beweging vertraagt.
-De hoeveelheid potentiële energie van een achtbaan is gerelateerd aan zijn positie. De achtbaan heeft de meeste potentiële energie op het hoogste punt. Hij heeft de meeste kinetische energie bij de hoogste snelheid.
Vragen voor reflectie
Materialen:
voorbereiding: [0 ] Minutes
Faciliteren van leerervaring: [ 15] Minutes
overbrenging: [ 25] Minutes
De leerkracht zal: vragen aan de leerlingen waarom hun rollercoaster wel of niet werkte.
De leerlingen zullen: De leerlingen zullen manieren bedenken om achtbanen beter te maken.
Ze zullen de groep vragen stellen over waarom ze de achtbaan zo gestructureerd hebben.
uitwerken: De elaboratiefase richt zich op het geven van ruimte aan leerlingen om toe te passen wat ze hebben geleerd. Dit helpt hen om een dieper begrip te ontwikkelen. Leerkrachten kunnen leerlingen vragen om presentaties te maken of extra onderzoeken uit te voeren om nieuwe vaardigheden te versterken. Deze fase geeft leerlingen de kans om hun kennis te verstevigen voor de evaluatie.
7e les:
-ga naar http://discovere.org/discover-engineering/engineering-careers/
voor een studentvriendelijke beschrijving van civiele techniek, en om andere gebieden van techniek te verkennen.
– Ontdek Newton’s Wetten van Beweging op http://www.physics4kids.com/files/motion_laws.html.
Materialen:Computers,laptops, smartphones
Voorbereiding: [5 ] Minuten
Faciliteren van leerervaring: [5 ] Minuten
Overbrenging: [ 30] Minuten
De leerkracht zal: Stel vragen over hoe achtbanen in het echt gebouwd worden.
Leerlingen zullen: de vragen beantwoorden.
Evalueren: Tijdens deze fase kunnen leerkrachten hun leerlingen observeren en nagaan of ze de kernconcepten volledig begrijpen. Het is ook nuttig om te zien of leerlingen problemen op een andere manier benaderen op basis van wat ze hebben geleerd. Andere nuttige elementen van de evaluatiefase zijn zelfevaluatie, peer-assessment, schrijfopdrachten en examens.
8e les
Roller Coaster Ontwerp(Bijlage 3.)
Roller Coaster individueel antwoord (Bijlage 5.)
Evaluatietest(Bijlage 8.)
Materialen:
Voorbereiding: [0 ] Minuten
Faciliteren van leerervaring: [5 ] Minuten
overbrenging: [35 ] Minuten
Leerkrachten zullen: begeleid de evaluatietest.
Leerlingen zullen: Vullen de test individueel in.
Onafhankelijke leertaken: Geef de leerlingen twee of drie uitdagingen die ze voor de volgende les moeten afmaken.
Aan het einde van de elke les beantwoorden de leerlingen volgende vragen:
Wetenschap : Krachten en beweging,energie – Ontdekken
Wiskunde : Schatten en problemen oplossen – Innovatie
Maatschappijleer : Historische perspectieven – Inclusie
Computerwetenschappen: logisch denken – teamwork
VERBINDING MET STEMCARRIERE:
https://www.youtube.com/watch?v=0gnjYG1OoYk
Aangezien de meeste leerlingen al ervaring hebben met pretparken, put dit project uit deze ervaring terwijl het de constructie van en de fysica achter achtbanen onderzoekt.
De leerlingen zullen het specifieke leerdoel bereikt/begrepen hebben als ze vragen stellen, het engineeringproces gebruiken tijdens de activiteit, de fysische principes uit de powerpoint toepassen in hun ontwerp, werken aan een werkende achtbaan, goed werken in teamverband, en hun ontwerp blijven verbeteren.
Beoordeling voor de activiteit:
Discussie: Observeer de deelname van leerlingen aan de klassikale discussie over potentiële en kinetische energie.
Beoordeling tijdens de activiteit:
Observatie: Observeer de participatie en bijdrage van de studenten binnen de groepen tijdens de voorbereidende en de definitieve ontwerpfase.
Evaluatie na de activiteit:
Snelheid inschatten: Laat de leerlingen de snelheid schatten op het punt waar de kinetische energie het hoogst is (het laagste punt van de baan). Begin met het schatten van de potentiële energie bij de start (PE = m*g*h ) en neem dan aan dat al deze energie wordt omgezet in kinetische energie. Los de vergelijking KE = (1/2)mv2 op voor de snelheid.
Grafiek: Maak als klas een grafiek van de maximale hoogt van elk spoor versus de berekende theoretische snelheid. Bespreek de relatie tussen de variabelen.
terugblik: Geef de leerlingen de opdracht om individueel hun achtbaanontwerpen met schetsen te beschrijven en uit te leggen wat werkte en wat niet werkte. Bekijk hun samenvattingen om te zien hoe goed ze het hebben begrepen.
Laat elke groep zijn achtbaanmodel aan de klas voorstellen. Gebruik de handleiding voor score om de achtbanen te evalueren voor de wedstrijd met de klas. Bespreek de resultaten met de klas en vraag de leerlingen:Which roller coasters were most exciting? Which were safest?
Zinvol maken: Laat de leerlingen nadenken over de natuurwetenschappelijke verschijnselen die ze onderzocht hebben en/of de natuurwetenschappelijke en technische vaardigheden die ze gebruikt hebben door de bijlage 6 in te vullen.
Materialmen voor de les :
Om dit experiment uit te voeren heb je de volgende materialen en uitrusting nodig:
Online bronnen:
Presentatie van de les: https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtpE04Dh9wDuU/edit?usp=sharing
Deze website is als een meerkeuze test. Demonstreer dit aan de leerlingen. Lees eerst de intropagina. Klik onderaan de pagina op de link.
Klik op “Ontwerp een achtbaan” en “begin” om te beginnen.
Deze website is een geweldige manier om de relatie tussen kinetische en potentiële energie in relatie tot de achtbaan te zien. Je kunt de hoogte van de heuvel veranderen, een heuvel toevoegen of een glad pad maken en zien hoe de potentiële en kinetische energie verschilt. Dit is een geweldige kans om te zien hoe hoogte een effect heeft op potentiële energie.
Met deze website kun je je eigen achtbaan maken. Je kunt heuvels en lussen toevoegen, de hoogte van de heuvels aanpassen, de snelheid van je achtbaan, de zwaartekracht, de wrijving en de massa.
Lees meer over de werking van achtbanen.
Leer meer over hoe achtbanen werken en bekijk enkele aanvullende thuisactiviteiten om te leren over traagheid en middelpuntzoekende kracht.
Bekijk deze video over de fysica achter een achtbaan.
Instructies voor een knikkerachtbaan.
Activiteit rond een papieren achtbaan.
Geschiedenis van achtbanen.
Rollercoaster!
http://www.ultimaterollercoaster.com/
Informatie over de geschiedenis van achtbanen en geselecteerde attracties.
Hoe werken achtbanen
http://tlc.howstuffworks.com/family/roller-coaster.htm
artikel over de werking van achtbanen.
Roller Coaster Database
Een doorzoekbare database van statistieken over achtbanen, met meer dan 450 attracties.
Doelstelling: Het doel van dit project is een achtbaan voor knikkers te bouwen met behulp van isolatie van schuimpijpen en andere materialen om de plaatsen van potentiële en kinetische energie op verschillende punten langs de baan te bepalen en te berekenen.
-laat zien wat de leerlingen vandaag gaan leren. Leg uit waarom dit een waardevolle vaardigheid is.
-Deel de algemene opzet van het project mee, zodat de leerlingen weten wat ze kunnen verwachten. Probeer een gevoel van nieuwsgierigheid op te wekken.
-bespreek de regels en verwachtingen
– begin met een klassikale discussie. Bespreek hun voorkennis van achtbanen en natuurkundige termen.
– bekijk samen volgende youtube video: https://youtu.be/khRTNdEgZqg
– De leerkracht zal de klas de vraag stellen: “Wat is het verband tussen achtbanen en wetenschap?”
De leerkracht zal dan de klas vragen om hun persoonlijke ervaringen met achtbanen en pretparken te delen. Stel vragen als:
Wie heeft er al in een achtbaan gezeten?
Wat is het engste deel?
Wat heeft wetenschap te maken met achtbanen?
Wat zorgt ervoor dat een achtbaan door looping en over heuvels gaat?
Hoe ontwerpen ingenieurs achtbanen die snel, hoog en spannend zijn?
Wat is potentiele energie?
Wat is kinetische energie?
Hoe zorgen verschillende krachten voor de beweging van objecten?
Hoe veroorzaakt energie beweging of creëert het verandering?
In het RollerCoaster project bouwen leerlingen samen als een team een complete achtbaan. Deze projectgebaseerde activiteit is bedoeld om leerlingen te motiveren en energie te geven. Ze leren over projectmanagement en het belang van effectief samenwerken als een team. Dit begrip wordt ook toegepast op het werkscenario. Roller Coaster is een spannende activiteit waarbij de leerlingen een hele achtbaan moeten bouwen met de materialen die ze krijgen aangereikt. Hij moet zo ontworpen zijn dat de knikker alleen met behulp van de zwaartekracht over de baan kan rijden.
ROLLER COASTER matrix:
| CRITERIA | Maximale punten | Gescoorde punten |
| Eerste drop | 10 | |
| Tweede drop of looping | 10 | |
| Knikker legt de volledige baan af | 15 | |
| Op de tekening is de hoogste potentiële energie aangeduid | 5 | |
| Op de tekening is de hoogste kinetische energie aangeduid | 5 | |
| Coöperatieve houding, verantwoordelijk gedrag, volgde alle regels en verwachtingen | 10 | |
| Bewering | 5 | |
| bewijs | 10 | |
| redenering | 10 | |
| Extra punten | ||
| Drops | +2 | |
| loopings | +5 | |
| Knikker stopt binnen de 15 cm na de baan | +5 | |
| De achtbaan heeft een passend thema | +5 | |
| Totale score |
Bijlage. I.
Wetenschappelijk onderzoek
Bijlage II.
Test je idee
Je vraag moet betrekking hebben op de gemanipuleerde variabele en de responsvariabele. |
|
Je hypothese moet geschreven worden als een “als, dan, omdat”-verklaring. |
|
|
|
Maak een lijst van je benodigdheden.
|
|
Moet bevatten…
|
|
Geef je gegevens weer met behulp van geschikte grafieken en/of diagrammen. |
|
Geef aan of uw hypothese kan worden aanvaard of verworpen op basis van de waargenomen gegevens. |
|
Geef ideeën voor het herzien van je testidee of nieuwe gerelateerde ideeën om te testen. |
|
|
|
Annex 3.
Handleiding achtbaanontwerp
Naam: Groepsleden:
Opdracht: U bent voorzitter van een ingenieursbureau dat achtbanen ontwerpt en bouwt. Walibi heeft u en uw team van hoogopgeleide en gespecialiseerde ingenieurs net de opdracht gegeven hun nieuwe achtbaan te ontwerpen. Dit moet de beste achtbaan ter wereld worden. Hij moet sneller en spannender zijn dan elke andere achtbaan die vandaag bestaat.
Criteria:
Plan
Materialen: 2 stukken buisisolatie, 1 knikker, plakband, beker, stopwatch
Hoe ga je de verstrekte materialen gebruiken om een achtbaan te ontwerpen die snel, leuk en veilig is?
Maak een schet van het zijaanzicht:
Design
Verzamel materialen en bouw je coaster! Als je veranderingen aanbrengt in het oorspronkelijke ontwerp, verander dan je schets en pas daarna de coaster aan.
Testen
Doe 10 opeenvolgende succesvolle proeven. Neem de tijd op van de knikker van boven naar beneden en noteer de resultaten in de onderstaande gegevenstabel (tot op een honderdste van een seconde).
| Test | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Gem. |
| Tijd (s) |
Bereken de gemiddelde snelheid van de knikker met volgende formule:
Snelheid=afstand/tijd met afstand in m en tijd in s.
| criteria | checklist |
| Staat de rollercoaster op zichzelf? | Ja nee |
| Is de rollercoaster veilig? Heeft hij 10 opeenvolgende succesvolle ritten gemaakt? | Ja nee |
| Is de rollercoaster leuk? Bevat hij minstens 1 looping en bocht? | Ja nee |
| Is de rollercoaster snel? | Gemiddelde snelheid ________ |
Delen
Maak een foto van je rollercoaster.
Schets een zijaanzicht van je eindresultaat.
Bijlage 4.
Hypothese:
| Test | Tijd (s) |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 6 | |
| 7 | |
| 8 | |
| 9 | |
| 10 | |
| Gemiddelde |
Data:
Lengte van de Rollercoaster:_____________ (m)
Gewicht van de knikker: ________________ (g)
Gemiddelde snelheid: ___________________ (m/s)
Hoogte van de Rollercoaster: ____________ (m)
Zwaartekracht: _______________ (m/s2)
Potentiële energie op punt 1: _________________
Potentiële energie op punt 2: _____________________
Naam van de Rollercoaster: ____________________________________
bijlage 5.
Naam _____________________________
instructie: Gebruik het onderstaande diagram om te beschrijven hoe krachten de beweging van de knikker beïnvloeden als hij over de baan beweegt.
Potential Energy Friction Energy Gravity
Kinetic Energy Force Inertia Speed
Bijlage 6.
Naam: Datum: Klas:
| Opdracht zinvol maken van de activiteit. | ||
| Maak de activiteit zinvol door een korte reflectie te geven over de wetenschappelijke fenomenen die je onderzocht hebt, de wetenschaps- en ingenieursvaardigheden die je gebruikt hebt, en je idee om de activiteit aan te passen. Beantwoord de volgende vragen in volledige zinnen: | ||
| 3 | Drie wetenschapsconcepten die ik in deze activiteit heb toegepast zijn: | |
| 2 | Twee wetenschaps- en ingenieursvaardigheden die ik in deze activiteit heb gebruikt zijn: | |
| Wetenschaps- en techniekpraktijken:
❏ Vragen stellen (voor wetenschap) en problemen definiëren (voor techniek) ❏ modellen uitwerken en gebruiken ❏ Planning en uitvoering van onderzoeken ❏ analyseren en interpreteren van data ❏ gebruik van wiskunde en computationeel denken ❏ Het construeren van verklaringen (voor wetenschap) en het ontwerpen van oplossingen (voor techniek) ❏ argumenteren vanuit bewijs ❏ Verkrijgen, evalueren en mededelen van informatie |
Ontwerpproces engineering:
❏ Vraag: Identificeer de behoefte en de beperkingen ❏ onderzoek het probleem ❏ Stel je voor: Ontwikkel Mogelijke Oplossingen ❏ Plan: Kies een veelbelovende oplossing ❏ maken: bouw een prototype ❏ test en evalueer het prototype ❏ verbeter je design Nadenken over het ontwerp (engineering) ❏ problemen formuleren ❏ oplossingen zoeken ❏ voortdurend samenwerken ❏ prototypes ontwerpen ❏ de opties herhalen ❏ regelmatig reflecteren |
|
| 1 | Een idee dat ik heb om deze activiteit verder te onderzoeken en uit te breiden is: | |
Annex 7.
Roller Coaster Project matrix
| Excellent 4 pts |
redelijk 3 pts |
Niet ontwikkeld 2 pts |
gebrek 1 pts |
Niet geprobeerd
0 pts |
|
| Voltooiing van het project | Het project was 100% voltooid en werkte volgens de taakomschrijving. | Het project was compleet en werkte, maar er waren kleine aanpassingen nodig. Er waren slechts 2-3 heraanpassingen nodig. | Het project was voltooid, maar werkte niet; had verscheidene kleine wijzigingen nodig. Vereiste meer dan 3 aanpassingen. | Het project was voltooid, maar werkte niet; er waren ver-schillende belangrijke wijzigingen nodig. | De student heeft het project niet binnen de gestelde tijd afgerond, weigerde aan het project te beginnen of heeft het project afgebroken toen het eenmaal begonnen was. |
| Aantonen van kennis van de bouw | Student kent en is in staat om de noodzakelijke theorieën/taak voor de voltooiing van het project te identificeren en uit te leggen. Vertrouwt op zijn eigen geheugen om de taak af te krijgen. | De student is in staat om met enige hulp de noodzakelijke theorieën/taak voor de voltooiing van het project te identificeren en uit te leggen. Gebruikt eigen woorden om de taak te beschrijven. | De student is niet in staat om concepten te identificeren of uit te leggen zonder veel aandringen. Heeft hulp van volwassenen nodig om de taak uit te voeren. Gebruikt zeer weinig woorden-schat om de taak te beschrijven. | Student is niet in staat om zowel de belangrijkste theorieën/taak te identificeren als uit te leggen. Gebruikt het standpunt van anderen om de taak uit te leggen en voltooit de taak niet zelf voor een van de stappen. | Student had geen interesse in het aantonen van kennis van project en/of proces. |
| Vermogen om aanwijzingen te volgen
(2 druppels, 2 lussen, 1 kurkentrekker, en een “speciale” functie die de 3 wetten van beweging demonstreert) |
Volgde de aanwijzingen tot op de letter. Gebruikte anderen als gids. | Volgde aanwijzingen op. Luisterde naar anderen om hem heen wanneer nodig. | Voldeed matig aan de aanwijzingen. Werkte in een tempo dat productief was, maar luisterde niet naar de volwassene die hem coachte. | Voldeed voor geen enkele taak aan de aanwijzingen en weigerde soms vaart te minderen om de taak goed uit te voeren. | De student hield zich niet aan de aanwijzingen, 100% van de tijd. |
| Nood aan be-geleiding | Student was in staat om de taak te voltooien zonder hulp. | Student was in staat om de taak te voltooien met weinig hulp. | Student was in staat om de taak te voltooien met matige hulp. | Student was niet in staat taak te voltooien zonder grote hulp. | Student weigerde of was niet in staat om met het project te beginnen toen hulp/aanpassingen werden aangeboden |
| Voorbereiding van studenten | Student had/verzamelde alle materialen en was helemaal klaar om aan de slag te gaan. | Student had/verzamelde de meeste materialen en ging aan de slag. | De student had/verzamelde de meeste materialen, maar had daar meer tijd voor nodig. | De leerling had/verzamelt sommige van de benodigde materialen niet om het werk uit te voeren. | Student weigerde materialen te verzamelen die nodig waren om het project te voltooien. |
| Time Management | Routinematig de tijd goed gebruikt gedurende het project om het werk op tijd af te krijgen. | Benutte de tijd redelijk goed gedurende het project. | de student heeft wat getreuzeld, maar heeft de klus op tijd geklaard. | Was door onvermogen niet in staat het tijdschema te halen. | Student toonde geen interesse om project op tijd af te ronden. |
| Houding van studenten tijdens het project | Studenten leverden een project in dat zij beschouwden als een weerspiegeling van hun ijverige inspanningen. | Student leverde een project in waar hij tevreden over is. | Student leverde een project in dat half deftig is om een redelijk cijfer te krijgen. | Student leverde project gewoon in om krediet te krijgen. | Student weigerde project af te maken |
| Gebruikte technologie | Student gebruikte programma ten volle en was in staat om anderen te helpen. | Studenten hebben het programma ten volle benut. | Student worstelde met programma, en miste verschillende belangrijke functies. | De student heeft het programma niet ten volle benut en heeft veel van de belangrijkste functies gemist. | De leerling gebruikte niet het juiste programma, of weigerde het te leren. |
| Natuur-kundige concepten | De leerlingen herkennen en verklaren nauwkeurig de volgende begrippen: kracht, versnelling, de bewegingswetten van Newton, snelheid en behoud van energie | De leerlingen identificeren en verklaren nauwkeurig enkele, maar niet alle natuurkundige concepten. | De leerlingen identificeren de natuurkundige concepten nauwkeurig, maar leggen ze niet uit. | De leerlingen herkenden een paar, maar niet alle natuurkundige concepten. | De leerlingen identificeren of verklaren geen van de natuurkundebegrippen. |
| Mondelinge presentatie | Er is duidelijk sprake van een hoog niveau van voorbereiding. De presentator(en) heeft/hebben een grondige kennis van het door hem/haar gekozen onderwerp. Hij/zij is/zijn in staat om alle vragen met betrekking tot zijn/haar project te beantwoorden. | Er is sprake van een redelijke mate van voorbereiding. De presentator(en) heeft/hebben een algemeen begrip van het door hem/haar gekozen onderwerp. Hij/zij is/zijn in staat de meeste vragen met betrekking tot zijn/haar project te beantwoorden. | Er is een laag-middelmatig niveau van voorbereiding. De presentator(en) heeft/hebben enig inzicht in het door hem/haar gekozen onderwerp. Hij/zij is/zijn in staat om weinig of geen vragen met betrekking tot zijn/haar project te beantwoorden. | Er is een laag niveau van voorbereiding. De presentator(en) heeft/hebben een oppervlakkig begrip van het door hem/haar gekozen onderwerp. Hij/zij is/zijn in staat om weinig of geen vragen met betrekking tot zijn/haar project te beantwoorden. | De presentatie was nog niet klaar. |
Bijlage 8.
Evaluatie:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bijlage 9.
Figuur 1. In deze figuur: de achtbaan begint op de top van de eerste heuvel met maximale potentiële energie (PE) en bijna geen kinetische energie (KE) (1). Naarmate de achtbaan verder afdaalt, wint hij aan KE en verliest hij aan PE (2). Onderaan de heuvel heeft hij de maximale KE maar bijna geen PE (3). Als hij weer de heuvel op gaat, verliest hij KE maar wint hij PE (4). Hij kan nooit de top van de tweede heuvel bereiken omdat hij niet genoeg energie heeft (5). In plaats daarvan zal hij terug naar beneden rollen en uiteindelijk op de bodem neerstorten (3)
Figuur 2. In deze figuur zijn de tweede, derde, enzovoort, korter dan de eerste heuvel (1). Maar door de wrijving zal de achtbaan uiteindelijk toch tot stilstand komen (4)
