Signaal. Coach 6. Deze Signaal is bestemd voor docenten en toa s in de natuurwetenschappelijke vakken en wiskunde

Signaal Science & Wiskunde september 2007, nummer 28 Uitgave van het AMSTEL Instituut en de Stichting CMA over nieuwe producten en ontwikkelingen in ICT-onderwijs voor de Bètavakken

Coach 6 In deze nieuwe Signaal besteden we natuurlijk aandacht aan Coach 6. We krijgen veel positieve geluiden over de veranderingen in Coach 6 ten opzichte van Coach 5. Enthousiastelingen hebben een aantal artikelen geschreven over Coach-activiteiten in diverse vakgebieden. Van veldwerk, via bungeejump, reactiekinetiek en bezopen wiskunde tot RoboCup. Ook is een overzicht van nieuwe producten opgenomen. Daarnaast is aandacht voor andere ontwikkelingen op onderwijsgebied. Informatica lijkt een ondergeschoven kindje, maar niets is minder waar. Er is nieuwe software om de digitale wereld te simuleren: SIM-PL. Lees het artikel en kijk op de website: www.science.uva.nl/amstel/SIM-PL/.

Voor Biologie Buiten het Boekje zijn nieuwe modules ontwikkeld. Eén over erfelijkheid, de ander over evolutie. Meer hierover in deze Signaal en op www.science.uva.nl/bbb.

Doe mee aan de twee wedstrijden in deze Signaal en maak kans op mooie prijzen! Herken de personen op de foto in de module ‘erfelijkheid’ of maak een mooie film over scheikunde. Sluitingsdata zijn halverwege november en half januari. Ondertussen begeleiden wij vanuit het AMSTEL Instituut docenten bij vakkenintegratie en werken wij met verschillende partners in bètaonderwijs samen. Bijvoorbeeld in Betapartners waarin scholen voor voortgezet onderwijs, hogescholen en universiteiten elkaar vinden. Een voorbeeld van deze samenwerking is ‘its lab’ waarover in deze Signaal is geschreven. Op de website van CMA leest u het laatste nieuws. In de rubriek Ondersteuning treft u alle updates, lesmaterialen en de FAQ: www.cma.science.uva.nl/. Het actuele nascholingsaanbod staat op de website van het AMSTEL Instituut: www.science.uva.nl/amstel.

Deze Signaal is bestemd voor docenten en toa’s in de natuurwetenschappelijke vakken en wiskunde.

reacties op deze Signaal kunt u mailen naar (o.v.v. S28): [email protected]

Inhoudsopgave Artikelen zijn digitaal beschikbaar op onze website. Coach 6 Tips en Trucs Coach 6 Nieuwe producten Mindstorms NXT kit RoboCup Junior 2008

3 8 9 12 13

Coach 6 in de praktijk Wat schuift het? Het bloed kruipt waar het niet gaan kan Bezopen wiskunde Een verdiepingsopdracht over getijden Tollende eieren op de Filippijnen Computerproeven doen in Ethiopië Galileï gevallen? Bungeejumper in C6 Praktijkervaringen met Coach 6

14 18 22 26 32 34 39 50

De nano2 gaschromatograaf in C6 52 ICT-rijk Veldwerk 54 De invloed van de concentratie op de reactiekinetiek volgen met Coach 6 55 De geleiding van elektrische stroom door zoutoplossingen volgen in Coach 56 Hoe snel zakt water weg in de grond? 57

e-Learning Hoe werkt een computer nu precies? BBB: Erfelijkheid en méér

30 45

BBB: Evolutie, bron van biodiversiteit

47

Nieuws uit het veld Ruben’s Tube, verslag van een PWS Onderzoeken en Ontwerpen Vooruit! Projecten 2005-2008

36 37 42

Remmen voor its lab! Nieuwe bètalokalen

44 59

Nascholing TOA Gebruikersdagen Coach 5/6 FNWI Mastercourses en congressen Cursusoverzicht

25 29 60

Prijsvraag BBB-prijsvraag Scheikundeprijsvraag

49 49

Prijslijst en Leveringsvoorwaarden – zie het ‘Hart’ Redactie: Piet Geerke, Gerda Manneveld, Vincent Dorenbos Aan deze Signaal is bijgedragen door: Ed van den Berg, Cor de Beurs, Vincent Dorenbos, Piet Geerke, André Heck, Anthony van Inge, Peter Keeven, Frans Killian, Bob Landheer, Peter van Lith, Gerda Manneveld, Leentje Molenaar, Oof Oud, Johan vd Ridder, Jaap Teule, Peter Uylings, Ron Vonk, de Praktijk. Foto’s: Piet Geerke, Johan van de Ridder, auteurs. Op onze website vindt u o.a. informatie over onze hardware en software. In de rubriek Ondersteuning staat voorbeeldlesmateriaal, en de rubriek Veelgestelde vragen. Bij het uitkomen van deze Signaal is er weer een nieuwe prijslijst opgenomen. Voor actuele prijzen, lesmateriaal e.d. verwijzen wij naar de website www.cma.science.uva.nl

2

Coach 6 Al weer twee jaar geleden schreven we een kennismakingsartikel over Coach 6 in Signaal. Inmiddels beschikt al ruim 30% van de middelbare scholen over Coach 6 en is het pakket verder uitgebreid. Coach 6 biedt vele nieuwe mogelijkheden, met name op het gebied van videometen, modelleren en de analyse- en verwerkingsgereedschappen. Voor een complete lijst van wat er nieuw is in Coach 6 kunt u kijken op www.cma.science.uva.nl/software/coach6. Hier kunt u ook de Coach 6 brochure downloaden, zodat u een goed beeld krijgt van hoe de software eruitziet. Vanaf dit schooljaar is er Coach 6 Home waarmee leerlingen thuis kunnen werken. Belangrijke kenmerken Coach 6 We krijgen vaak te horen dat Coach 6 een enorme verbetering is t.o.v. zijn voorganger: krachtiger videometen; een nieuwe, volwaardige grafische modelleeromgeving; eenvoudig bestandsbeheer; ruime lay-out en tekstverwerkingsfuncties, uitwisselbaar met o.a. Word; verbeterde analyse- en verwerkingsfuncties; en een eigen webbrowser. Bij Videometen kan in principe direct aan ieder filmpje worden gemeten zonder eerst te hoeven converteren. Ook kan direct een opname gemaakt worden (capturing) die u kunt bewerken (o.a. helderheid, contrast, en beelden selecteren/ knippen en perspectiefcorrectie). Heel handig is het traceren waarmee Coach 6 zelf de gekozen meetpunten in de opeenvolgende filmbeeldjes volgt en vastlegt. Modelleren biedt nu ook alle mogelijkheden voor systeemdynamische modellen in de grafische omgeving en is daarmee vergelijkbaar met pakketten als Powersim en Stella.

De recente update (v6.22) biedt daarnaast: • Nederlandstalige helpsystemen, • verder uitgebreide opmaakfunctionaliteit in de tekstvensters (RTF), • de mogelijkheid voor het meten met synchrone video-opname, • de mogelijkheid om modelvariabelen vanuit een tabel of diagram aan te sturen. • Ondersteuning voor de nieuwe interfaces €Lab en €Sense. Eén belangrijk aspect dat bijdraagt aan het grotere gebruiksgemak van Coach 6 is het vernieuwde bestandsbeheer. De huidige netwerkomgevingen maakten een drastische herziening hiervan noodzakelijk. In dit artikel gaan we dieper in op deze vernieuwing, waarbij ook aan bod komt wat er in Coach 6 gebeurd is met de Projecten en Profielen. Aan het eind van dit artikel belichten we nog kort een paar van de meest recente vernieuwingen. Wij besluiten met Coach 6 tips en trucs. Verderop in deze Signaal vindt u artikelen over voorbeeldpractica.

Signaal28 - Digitaal - september 2007

3

•

Het is mogelijk om Coach direct te starten door te dubbelklikken op een activiteit- of resultaatbestand, of te klikken op een link naar een activiteit op een webpagina en dan te kiezen voor ‘Openen’.

Bestandsbeheer Qua bestandsbeheer gedraagt Coach 6 zich nu als elk ander Windows-programma. Voor Coach 5 gebruikers is dit even wennen, omdat Coach 5 er een geheel eigen wijze van bestandsbeheer op nahield. Nieuwe gebruikers begrijpen dit beheer volgens Windos direct. In Coach 6 bestaat een activiteit uit één bestand waarin alle elementen zijn opgeslagen. De naam van dit bestand is gelijk aan de naam van de activiteit. De extensie van dit bestand is *.cma (Coach Materiaal Archief). Net zoals bij Coach 5 blijft een activiteit een sjabloon-bestand: de leerlingen kunnen het wel openen, maar niet overschrijven. Indien leerlingen hun werk in de activiteit willen bewaren, dan doen zij dit in een resultaat-bestand (*.cmr), waarin ook alle elementen zijn opgeslagen. Om het onderscheid tussen activiteiten resultaatbestanden duidelijk te maken, hebben ze naast een verschillende extensie ook een verschillend pictogram met verschillende kleur.

Als een activiteit overal opgeslagen mag worden en al een duidelijke naam heeft, wat blijft er dan nog over van de projecten en profielen die in Coach 5 zo’n belangrijke rol speelden…

De voordelen op een rijtje: • Eén enkel bestand (met alle informatie) maakt het uitwisselen heel gemakkelijk, hetzij via een e-mail of via een webpagina of de ELO van uw school. • Openen en opslaan van activiteiten en resultaten gaat via standaard dialogen van Windows. • Coach 6-bestanden kunnen worden beheerd vanuit de Verkenner van Windows (verzamelen of verplaatsen naar een map naar keuze); er zijn geen beperkingen meer wat betreft de plek waar de bestanden staan.

Projecten en profielen Projecten bestaan nog steeds in Coach 6, maar zijn nu een aangeklede Windows-map, zoals een map onder Windows ook kan worden aangekleed wanneer deze speciaal is bedoeld voor opslag van foto’s of muziekbestanden. U kunt een serie activiteiten voor uw leerlingen herkenbaar maken door de map waarin ze zijn opgeslagen tot Coach-project om te zetten (maar dit hoeft niet; activiteiten kunnen ook in een ‘gewone’ Windows map staan). In het mappictogram komt een rode ‘C’ te staan, waardoor Coach-

4


projecten ook in de Verkenner in één oogopslag te herkennen zijn. De naam van het project is gelijk aan de naam van de map. Projecten kunnen in elke map op de schijf of op het netwerk geplaatst worden. Bovendien kunnen projecten of snelkoppelingen daarnaar nu ook binnen projecten geplaatst worden. De profielen in Coach 5, waarmee u een aantal projecten kon bundelen onder een bepaalde inlognaam, zijn in die vorm verdwenen. Hiervoor in de plaats kunt u in Coach 6 een project rechtstreeks opstarten door te dubbelklikken op het projectbestand ‘CMAProject.cms’ dat zich in elke projectmap bevindt. En u kunt een snelkoppeling naar dit bestand ook vanuit Coach met één druk op een knop op het Bureaublad plaatsen. De projectfuncties vindt u – in de Docentmodus – in het menu Bestand > Coach Project, of onder de projectknop in de dialogen ‘Bestand openen/opslaan’. Inloggen Coach 6 kent drie vaste inlognamen die niet langer door de gebruiker kunnen worden aangepast. Door inloggen bepaalt u hoe u in Coach 6 werkt: De keuzen zijn: • Activiteit-niveau (standaardkeuze). Coach werkt in leerlingmodus en opent elke activiteit op het niveau waarop de activiteit door de maker ervan is ingesteld (Gesloten-OpenEigen Lab-Student). Bij dubbelklikken op een bestand zal Coach ook werken als gesloten / open of als eigen lab.

Student. De gebruiker beschikt over alle mogelijkheden van Coach (behalve over de auteursmogelijkheden). • Docent. Coach opent met auteursmogelijkheden. Om deze modus te openen dient u een wachtwoord in te voeren (het standaard wachtwoord is ‘0000’). Het is aan te raden dit wachtwoord te wijzigen als u niet wilt dat leerlingen ‘docent’ worden, ze kunnen dan immers – ook ongewild – activiteiten overschrijven. U kunt het wachtwoord uitschakelen (de-activeren), handig op een machine waarop u alleen werkt. •

Webforum Wij hopen dat met het nieuwe bestandsformaat de laatste drempel is weggenomen om te komen tot uitwisseling van Coach 6 lesmaterialen tussen docenten en andere auteurs. Hiertoe hebben wij op de CMA-website een forum opgericht waarop u met elkaar van gedachten kunt wisselen over o.a. Coach 6 en over hardware. U vindt het forum in de rubriek ‘Ondersteuning’. Na registreren kunt u ook meepraten. In de rubriek ‘Lesmateriaal’ op de CMA-website is er een link naar nieuwe en geupdate Coach 6 activiteiten. En er komt de mogelijkheid om ook uw eigen Coach 6 activiteiten te uploaden, zodat anderen deze ook kunnen gebruiken. Meting met synchrone video Iets heel anders is de nieuwe mogelijkheid om tijdens een meting een video op te nemen. Na afloop kunnen meting en video gesynchroniseerd


5

worden teruggespeeld in een zelfgekozen tempo tussen 10% (super slowmotion) en 1000% (tien keer versneld). Gesynchroniseerd betekent dat de meting en de video gelijk lopen. U kunt hierbij denken aan illustratie van het experiment, de leerling kan naderhand nog eens rustig terugkijken hoe het experiment in zijn werk ging en hoe dit leidde tot de grafieken, en uiteraard kan de opgenomen video verder worden onderzocht in een videomeetactiviteit. Coach verzamelt automatisch de tijdstippen waarop de video startte en waarop de meting startte – zonodig kunt u hierop ingrijpen. Een stap-voor-stap handleiding voor het opzetten van een meting met synchrone video-opname vindt u in de help of online via http://www.cma.science.uva.nl/support/ webhelp/C6SH/Default.htm.

Geschikte experimenten waarbij de video het experiment waardevol aanvult zijn onder meer het meten van temperaturen in de verschillende delen van een vlam met een thermokoppel, het stoltraject van kaarsvet, het aanslaan van een stemvork (geluid tijdens het terugspelen). Online help In de laatste versie van Coach 6 is de help in het Nederlands. Er zijn twee helpsystemen, voor leerlingen (eindgebruikers) en voor docenten. De leerlinghelp biedt hulp bij het uitvoeren van alle verschillende functies van Coach 6. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een beschrijving voor het instellen van een meting met een synchrone video-opname, of het maken van een grafisch model. 6

In de docenthelp vindt u vooral tips voor onderwerpen die alleen in de docentmodus of voor docenten, ontwikkelaars en systeembeheerders van toepassing zijn. Voorbeelden zijn het wijzigen van het wachtwoord en het maken van een activiteit of het aanpassen van het niveau daarvan. De beide helpsystemen zijn ook online via de CMA-website beschikbaar. Leerlinghelp: http://www.cma.science.uva.nl/support/ webhelp/C6SH/Default.htm.

Docenthelp: http://www.cma.science.uva.nl/support/ webhelp/C6AH/Default.htm.

De FAQ en Lesmateriaal Kijk ook eens op de CMA-website in de rubriek Veelgestelde vragen (Ondersteuning > FAQ Software > Coach 6). Hier wordt een heel aantal vragen en tips behandeld, onder andere over hoe u uw Coach 5- activiteiten naar Coach 6 kunt omzetten. Er zijn overigens nog meer FAQ-rubrieken. In de rubriek ‘Lesmateriaal>Coach 6’ vindt u een groeiend aanbod van Coach 6 activiteiten. Coach 6 Studio MV Naast het complete pakket Coach 6, bestaat er als los product ook het deelpakket Coach 6 Studio MV (Modelleren/Videometen). Met dit softwarepakket kunnen Coach 6 modelleer- en videomeetactiviteiten worden geopend en – in de Docentmodus – gemaakt. Uiteraard beschikt het ook over alle verwerkings- en analysemogelijkheden van de meetgegevens. Coach 6 Studio MV bevat geen on-


dersteuning voor meten en sturen met hardware.

Coach 6 Lite Coach 6 Lite is een gratis leerlingversie van Coach 6 met lesmaterialen voor alle gangbare CMA interfaces (€Lab, €Sense, CoachLab II+, ULAB, CoachLab I en Kruispunt). Met deze versie is het niet mogelijk om te modelleren en videometen. Wel zijn er op beperkte schaal mogelijkheden voor verwerking en analyse van meetgegevens. Coach 6 Lite vervangt dan ook alle losse Coach 5 pakketprogramma’s die er voor deze interfaces bestaan. Een mooie eigenschap is dat Coach 6 Lite na installatie automatisch opstart zodra één van de genoemde interfaces op de computer wordt aangesloten. U kunt dan direct meten en er zijn dan eenvoudige mogelijkheden voor verwerking van de meting.

Coach 6 Home Coach 6 Home, de Thuisversie van Coach 6, is nu beschikbaar. Deze studentversie van Coach 6, die is bedoeld voor leerlingen om thuis te installeren, ondersteunt videometen, modelleren en het analyseren en verwerken van meetgegevens, maar biedt geen actief gebruik van hardware. Coach 6 Home is in tegenstelling tot de Coach 5 Thuisversie niet langer gratis. Als u uw leerlingen van Coach 6 Home gebruik wilt laten maken, dan kunt u bij CMA een abonnement nemen op Coach 6 Home. Dit abonnement wordt jaarlijks stilzwijgend verlengd. We hanteren eenzelfde factorensysteem als bij de schoollicentie van Coach 6. Een school met 1000-1500 leerlingen heeft factor 1. Het jaarbedrag voor Coach 6 Home is in dit geval €150,00 (excl. BTW). Zie het hart van deze Signaal voor een compleet overzicht van de prijzen. Na bestelling ontvangt u een brief met de docenttoegangscode voor de Coach 6 Home-site www.science.uva.nl/coach6home. Coach 5 Thuis Er komt nu een einde aan de gratis beschikbaarheid van Coach 5 Thuis. Per 31/12/07 loopt de licentie af en indien u uw leerlingen daarna nog met Coach 5 Thuis wilt laten werken moet u op Coach 6 Home een abonnement nemen. U krijgt de licentie voor Coach 5 Thuis daar gratis bij. Details worden op de CMA-website bekend gemaakt. Vincent Dorenbos, AMSTEL Instituut <[email protected]>


7

Tips en Trucs Coach 6 Coach 6 direct starten in Docentmodus Normaal start Coach altijd in een leerlingmodus en moet u inloggen om in de docentmodus te komen. Met de opdrachtregel-optie /a in de programmaopdrachtregel, is het mogelijk om Coach 6 direct in Docentmodus op te starten. Deze optie kan ook worden gebruikt in de opdrachtregel voor een projectbestand cmaproject.cms. In dit geval start Coach in het project in Docentmodus. Het is niet mogelijk om het wachtwoord voor de docentmodus via de opdrachtregel door te geven: als het wachtwoord is ingesteld, dan moet de gebruiker het juiste wachtwoord intypen nadat Coach gestart is. Voorbeeld: Opdrachtregel: C:\Mijn Coach projecten\Meten\ cmaproject.cms /a

Opzetten van een activiteit voor meten met video-opname De opname wordt gemaakt in een videovenster, dat beschikbaar is via de gele videoknop. Voordat je kunt beginnen met de opname moet de camera (meestal een webcam) op de computer zijn aangesloten. Als Coach geen camera detecteert is de optie Opname in het videosnelmenu niet actief (grijs). Probleem met Applets en Java Runtime 1.6 Met de nieuwste runtime van Java (v1.6) draaien applets in Coach 6 niet goed. Dit probleem ligt bij Java, maar is in de laatste release van Java nog niet opgelost. Als u applets wilt gebruiken in Coach 6, de-installeer dan deze laatste Java runtime en gebruik versie 1.4 waarbij het probleem niet optreedt. Alternatieve schermopbouw In Coach 6 is de schermindeling veel flexibeler dan in Coach 5. Er is nu geen limiet meer aan het aantal vensters dat wordt getoond. U kunt vanaf de rand van het Coach scherm nieuwe vensters ‘bijslepen’ of vensters verwijderen door de rand van een venster naar de zijkant van het Coach-scherm te slepen. Via het menu Beeld>Vensterschikking kunt u snel de schermindeling op 2 bij 2 vensters of 2 bij 3 vensters instellen. Vincent Dorenbos, AMSTEL Instituut <[email protected]>

8


Nieuwe producten Er is in de voorbije periode weer een aantal nieuwe producten verschenen. Zoals de nieuwe, goedkope krachtsensor met een groter bereik. Lichtsluizen zijn nu koppelbaar. Hieronder een overzicht van hardware en software ontwikkelingen in relatie tot Coach 6. Handig en handzaam zijn twee nieuwe interfaces voor USB, de €Lab en €Sense inclusief direct te gebruiken Coach 6 Lite-software: software installeren en als u de interface aansluit zal Coach 6 Lite starten en kunt u direct meten! €Lab en €Sense Voor de onderbouw van het voortgezet onderwijs en de basisschool komt CMA met twee nieuwe, uiterst simpele interfaces: €Lab en €Sense. Beide interfaces worden aangesloten en gevoed via USB en worden geleverd met lesmateriaal. Er zijn snelle metingen mee mogelijk (tot 40.000 trillingen/sec). Prijs van beide is € 119,€Sense (009) is een eenvoudig te gebruiken USB interface met drie ingebouwde sensoren voor het meten van temperatuur, licht en geluid. De lichtsensor heeft drie bereiken voor uiteenlopende omstandigheden. De geluidssensor kan behalve de geluidsgolven ook het geluidsniveau in decibel meten. Daarnaast is er nog een ingang voor een externe temperatuursensor (meegeleverd) voor temperatuurmetingen in lucht of vloeistof. Met ingebouwde LED en zoemertje voor een enkel eenvoudig stuurexperiment. €Lab (008) is een eenvoudig te gebruiken USB meetinterface. De interface heeft twee analoge ingangen voor aansluiting van sensoren met BTpluggen, die beide als teller dienst kunnen doen. De meeste analoge CMA-sensoren zijn geschikt voor gebruik met de €Lab. De €Lab is uitgerust met automatische sensorherkenning van intelligente sensoren. Signaal28 - Digitaal - september 2007

9

Intelligente sensoren zijn sensoren die automatisch herkend worden door o.a. ULAB, €Lab, CoachLab II+, CBL2 en LabPro. De sensorelektronica bevat o.a. gegevens over de naam en ijking waardoor direct meten mogelijk wordt. CO2 sensor (0661i) Deze sensor vervangt de 0357bt en heeft een kortere opwarmtijd. Dit nieuwe type is een intelligente sensor. Prijs: € 269,-. Lichtsluis met gat1enwiel (0662i) Deze sensor vervangt de 0386bt. Het nieuwe type is een intelligente sensor. Andere verbeteringen zijn dat meerdere exemplaren (maximaal 5) van dit type sensor aan elkaar te koppelen zijn d.m.v. kabel 07662. De signalen van de gekoppelde sensoren worden dan gecombineerd op één kanaal doorgegeven. Zo wordt het bijvoorbeeld mogelijk om tijdverschillen tussen pulsen van gekoppelde lichtsluizen te meten op één ingangskanaal wanneer er een vallend of bewegend voorwerp door meerdere lichtsluizen beweegt. De lichtsluis heeft verder een externe sensor aan één van beide zijden, waarmee in combinatie met bijvoorbeeld een laserpen een grote, externe lichtsluis te maken is. Met het bijgeleverde gatenwiel kunnen hoeken, of, bij gebruik als katrol, afstanden worden gemeten. De nieuwe sensor is gunstig geprijsd: € 52,50. Ultrasone afstandsensor (0664) Deze sensor vervangt de USAII (03517bt). Het nieuwe type is wat compacter en heeft een beter bereik: er kunnen nu afstanden vanaf 0.20 m gemeten worden (was 0.40 m voor het oude type) en de maximale detectieafstand bedraagt nu 6 tot 12 meter, afhankelijk van vorm en grootte van het te detecteren object. De ultrasone afstandssensor is een digitale sensor en kan daarom alleen gebruikt worden in combinatie met de CoachLab II, II+ en ULAB interfaces. De prijs is verlaagd naar €100,-. De sensor wordt automatisch herkend. Krachtsensor met twee bereiken (0663i) (-5..5N; -50..50N) De sensor vervangt de 0362bt. Dit type heeft een wat ander uiterlijk en is nu intelligent, automatische sensorherkenning is dus mogelijk. Wordt geleverd met haak, bumper en bevestiging voor aan statief. Prijs: € 149,-.

10


Resonantieset (060) De Resonantieset is een onderzoeksset voor trillingen met o.a. een statief, doorzichtige cilinder, veer, twee magneetjes en spoel. Meegeleverde accessoires zijn houders voor de veer en magneetjes. De set komt eind oktober beschikbaar. Proeven die kunnen worden uitgevoerd, zijn: onderzoek van (gedempte) trillingen, bepalen van de veerconstante en met de bijgeleverde magneet ook onderzoek van resonantie en eigenfrequentie, en meten aan inductiespanning. Mogelijkheden: bepaal de veerconstante met behulp van een liniaal en gewichtjes óf met behulp van een krachtsensor óf door middel van videometen. Om resonanties te onderzoeken wordt de spoel aangesloten op de uitgangen van de CoachLab II/II+. Het magneet/veersysteem wordt gedwongen in trilling gebracht door de spoel regelmatig aan en uit te zetten m.b.v. een simpel stuurprogramma in Coach waarbij de frequentie is te variëren (zoals in de figuur). Prijs: €105,-.

Bloeddruksensor (0377i) (0..150 mmHg) De bloeddruk wordt bepaald via een druksensor met een opblaasbare manchet die om de bovenarm wordt geplaatst (de vuistpomp heeft een automatisch ontluchtingsventiel). De uitgangsspanning van de sensor varieert rechtevenredig met de gemeten druk. Tijdens een meting ziet u geen directe bloeddrukwaarden, maar deze moeten uit het verkregen diagram de boven- en onderdruk worden bepaald. Daarmee is de sensor ook geschikt voor begripsvorming. Verderop in deze Signaal een uitgebreid artikel over deze sensor bij een PO/PWS. Prijs: € 159,-. Spirometer (0378) (-10..10 l/s) De Spirometer kan voor een aantal verschillende experimenten rond luchtstroming en longvolume worden gebruikt. De sensor werkt met een differentiële druksensor. De Spirometer is ontworpen voor ademhalingsmetingen bij de mens in rust en tijdens gematigde activiteit. De luchtkap is doorzichtig en kan eenvoudig afgenomen worden t.b.v. reiniging en sterilisatie. Prijs: € 295,-. Jasper Bedaux, AMSTEL Instituut, Signaal28 - Digitaal - september 2007

11

MindStorms NXT kit LEGO® heeft een nieuwe programmeerbare steen voor het ontwerpen en bouwen van automaten en robots. In combinatie met de programmeeromgeving NXT-G is het mogelijk om zeer complexe systemen te creëren. De NXT is de opvolger van de bekende RCX. De in het oog springende verschillen zijn: dat de steen nu geheel conform technisch lego is ontworpen, de motoren groter zijn en dat er een vierde sensoringang bij gekomen is. De motorunit is groter geworden omdat een as-rotatiesensor geïntegreerd is met de motor. In het assortiment sensoren van de NXT is een ultrasone sensor opgenomen. Dit is een welkome uitbreiding om, zonder fysiek contact, interactie met de omgeving te hebben. De sensoren ontworpen voor de RCX zijn ook bruikbaar voor de NXT. Minder opvallende verschillen zijn: dat de processor krachtiger is, het geheugen groter en dat via Bluetooth draadloos gecommuniceerd kan worden tussen de PC en de NXT. Al deze uitbreidingen maken het mogelijk dat er nog complexere systemen gemaakt kunnen worden. Om een laagdrempelige instap te hebben voor het programmeren van zulke systemen is er een nieuwe programmeeromgeving ontwikkeld genaamd NXT-G. Deze omgeving heeft een “look and feel” die geheel anders is dan de Robolab omgeving, maar dit hoeft zeker geen struikelblok te zijn. Bovendien is er een nieuwe versie van Robolab (2.9) die naast de RCX ook de NXT ondersteunt.

12

Over het algemeen wordt de MindStorms kit direct geassocieerd met het bouwen van robots. Er is echter veel meer mogelijk. Bijvoorbeeld: containerterminals, montagestraten, snoepautomaten, voorraadsystemen, personenliften, sorteersystemen, etc.

NXT speciaal voor scholen CMA levert de educatieve variant van NXT, inclusief oplaadbare accu. Op de website van CMA vindt u uitgewerkte voorbeeldprogramma’s zoals de koekjesfabriek, de broeikas en de robotarm. Bestaande LEGO® modellen kunnen ook op de NXT worden aangesloten. Zie voor het leveringsprogramma aan scholen: www.cma.science.uva.nl/Hardware

Cursussen Voor gebruikers van de NXT organiseren wij Workshops “Robots NXT” op 8 okt. en 5 nov. van 14:30-19 incl. broodmaaltijd. Anthony van Inge, AMSTEL Instituut


RoboCup Junior 2008 Voor het vierde achtereenvolgende jaar gaan we ook in 2008 weer met lagere en middelbare scholen de RoboCup Junior competities houden. Doel is een robotje creatief te gebruiken in teamverband. Er is verbeterd lesmateriaal beschikbaar voor de deelnemende scholen en er worden cursussen voor docenten georganiseerd in samenwerking met het AMSTEL Instituut. Dans: de show Leerlingen van 9 tot 19 jaar kunnen deelnemen aan wedstrijden Dansen, Rescue en Voetbal. Bij Dansen worden één of meer robotjes gebouwd die samen met de leerlingen een korte show opvoeren.

Rescue: de redding Bij de iets moeilijker Rescue opdracht moeten de robotjes een weg volgen tot ze in een geel vlak terechtkomen, dat een moeras voorstelt waarin een poppetje ligt te verdrinken. Zoek de drenkeling en breng hem naar de kant!

Voetbal: de wedstrijd Voetballen is het moeilijkst. Twee of vier robotjes proberen zonder enige hulp van buitenaf de bal in het doel van de tegenstander te krijgen.

Er wordt gespeeld met Lego of met andere robots op standaard speelvelden voor Rescue en Voetbal.

Meedoen!? Kijk op www.robocupjunior.nl of mail naar [email protected] Inschrijfgeld bedraagt 100 Euro per school, ongeacht het aantal deelnemers. In april 2008 zijn de RoboLudens wedstrijden in Eindhoven. In juni 2008 is het landelijke kampioenschap in NEMO in Amsterdam. Peter van Lith, Signaal28 - Digitaal - september 2007

13

Wat schuift het?

Drie afbeeldingen van de bewegende muntjes

Het experiment Het gaat in dit artikel om een eenvoudige proef: zeven muntjes liggen op onderling gelijke afstanden van elkaar op een glad vel papier. Met een liniaal, die een cirkelvormige beweging maakt, geeft de onderzoeker de muntjes een tik. Het middelpunt van de beweging die de liniaal maakt, valt samen met het begin van de rij muntjes (foto’s, de linkerbovenhoek van het papier). De beweging van de liniaal stopt abrupt en de muntjes verlaten de liniaal met een snelheid loodrecht op de liniaal. Hier komt de wrijvingskracht in beeld. Omdat alle muntjes identiek zijn is de wrijving constant en de wrijving hangt niet af van de snelheid. De arbeid die de wrijving verricht is te berekenen met W =F*s, waarbij F de wrijvingskracht en s de afstand is die het muntje aflegt na het verlaten van de liniaal. De afstand die een muntje aflegt is evenredig met de kinetische energie die het muntje heeft bij het verlaten van de liniaal. De liniaal maakt een cirkelvormige beweging, dus de snelheid v van een muntje is evenredig met de oorspronkelijke afstand d van het muntje tot het draaipunt. Omdat de kinetische energie gelijk is aan 14

Ek =½ mv2 verkrijgen we F*s=½ mv2. Omdat F en m constanten zijn, is s evenredig met v2. De afstand die een muntje aflegt na het verlaten van de liniaal is evenredig met het kwadraat van de afstand tot het draaipunt in de beginsituatie. Ofwel, als de muntjes na beweging tot stilstand zijn gekomen, vormen zij een parabool. De eindpositie van de muntjes in de afb. bewijst ons gelijk (rechter foto). Is het wel zo eenvoudig? De eenvoudigste manier om de beweging en eindpositie van de muntjes te analyseren, is met behulp van videometen. Hierbij hebben we te kampen met twee problemen. 1. De beweging is te snel voor een opname met een gewone camera. 2. Het valt niet mee om een opname zonder perspectivische vertekening te maken. Het eerste probleem is opgelost door een hogesnelheidscamera te gebruiken (frame rate variërend van 40 fps tot 400 fps). Het tweede probleem is opgelost met behulp van de perspectiefcorrectie, een standaardvoorziening binnen Coach 6. De afbeelding in onderstaande foto’s hebben we daarna herschaald naar het formaat zoals dat in het origineel is gebruikt.


Een filmbeeldje voor (links) en na (rechts) correctie van het perspectief.

Zo wordt de werkelijkheid het best benaderd en zijn de onderlinge verhoudingen van het papier op de film gelijk aan die in de realiteit. Het handmatig invoeren van meetwaarden voor zeven muntjes kost veel tijd, is vervelend en erg gevoelig voor fouten. Daarom maken we gebruik van traceren binnen videometen. In het eerste frame klikt de gebruiker een object aan en voor elk volgend frame wordt dit object op film gevolgd. Op deze manier verkrijgen we voor elk van de zeven muntjes een plaats-tijdmeting. Met behulp van deze meting gaan we een tweetal van de uitspraken uit het begin van dit artikel nader bekijken. Uitspraak 1: De beweging van de liniaal stopt abrupt en de muntjes verlaten de liniaal, met een snelheid loodrecht op de liniaal.

Omdat er behalve wrijving geen andere krachten optreden, zal de beweging van elk muntje na het verlaten van de liniaal een rechte lijn zijn. Hierbij nemen we het draaipunt van de liniaal als oorsprong van het assenstelsel. De x-as van dit stelsel valt samen met de liniaal in de eindpositie, waar de muntjes de liniaal verlaten. We krijgen in Coach 6 de onderstaande schermafbeeldingen. In de linkerafbeelding zien we het assenstelsel ingetekend, samenvallend met de liniaal in de eindpositie. In de rechtergrafiek de baan die het muntje aflegt dat het verst van de oorsprong lag. Het is duidelijk dat in dit assenstelsel de x-component van de snelheid niet nul is. De snelheid van het muntje was bij het verlaten van de liniaal niet loodrecht op deze liniaal. Er is dus een snelheidscomponent (ongelijk aan nul) parallel aan de liniaal.

Plaats-tijdgrafiek van de muntjes, bepaald met behulp van de optie tracking. Signaal28 - Digitaal - september 2007

15

We bekijken deze snelheidscomponent nader. We draaien het filmpje nog eens beeldje-voor-beeldje af. Terwijl de liniaal roteert en contact heeft met de muntjes, blijkt het dat de muntjes bewegen langs de liniaal. We bepalen de afstand van het zevende muntje tot de oorsprong. Als we ons richten op de beeldjes 6, 8, 10 en 11 krijgen we steeds een iets afwijkende waarde voor de afstand van muntje tot oorsprong. Achtereenvolgens vinden we: 53,54 cm, 53,7 cm, 54,55 cm en 55,21 cm. Dit betekent dat de muntjes inderdaad een snelheidscomponent hebben die parallel aan de liniaal loopt. Ofwel, de snelheid bij het verlaten van de liniaal is niet loodrecht op de liniaal. Uitspraak 2: Als de muntjes na beweging tot stilstand zijn gekomen, vormen zij een parabool. De eindpositie van de muntjes in de afbeelding bewijst ons gelijk.

Het rechts weergegeven diagram toont de eindposities van elk van de zeven muntjes. Het lijkt dat de muntjes een mooie parabool vormen. Dit kunnen we controleren door functiefit toe te passen. De kromme in de figuur geeft de beste tweedegraadsfit die de computer ons voorlegt: (-0.023976370735911*X0.012360878869639)*X1.999994733605468

In een licht vereenvoudigde schrijfwijze levert dit: Y = -0.02398 X2 - 0.01236 X – 1.99999

of Y = -0.02398 (X + 0.25777)2 – 1.99840

Als we de oorsprong van het assenstelsel verschuiven over de vector (-0.25777, 1.99840) krijgen we de eenvoudige vergelijking: Y = -c X2. De Y-t grafieken van de muntjes vormen ook een parabool, zolang de muntjes in beweging zijn.

Een aangepaste keuze van het assenstelsel.

Om dit te onderzoeken, moeten we eerst het coördinatensysteem zo kiezen dat het 7e muntje langs een rechte, verticale lijn beweegt. Hierboven is duidelijk te zien dat de x-as van dit assenstelsel niet samenvalt met de eindpositie van de liniaal. 16

Dit is in de volgende figuur voor de muntjes 4 en 7 te zien. In de diagrammen is ook de fit van de snelheidsgrafiek van deze muntjes weergegeven. Het snijpunt met de horizontale as geeft het tijdstip aan waarop het muntje stopte met bewegen.


In het linkerdeel van de laatste figuur zien we in een figuur de snelheidstijdgrafieken van de zeven muntjes.

Zou dit te maken kunnen hebben met kop of munt? Bij het uitvoeren van het experiment hebben we hier geen

Y-t grafieken van de verschillende muntjes en de kwadratische functiefit van deze bewegingen (voor muntjes 4 en 7).

We zien dat het 1e, 2e, 3e, 5e en 7e parallel lopende snelheidskrommes geeft op onderling gelijke afstanden, precies zoals de theorie voorspelt. Muntjes 4 en 6 hebben ten opzichte van elkaar ook gelijke krommes voor de snelheid maar de richtingscoëfficiënt van deze twee grafieken is groter dan die van de andere vier muntjes. Dit zien we ook terug in het rechter deel van dit figuur, de kwadratische fit van de eindpositie: de muntjes 4 en 6 liggen iets boven de curve. Kennelijk was de wrijvingskracht voor deze twee muntjes niet gelijk aan die van de andere vier muntjes.

aandacht aan besteed. De werkelijkheid blijkt een stuk ingewikkelder dan voorzien op basis van de theorie. Het is een leerzame ervaring voor studenten (en docenten) om dit soort subtiele verschillen tussen theorie en werkelijkheid met elkaar in overeenstemming te brengen. André Heck, AMSTEL Instituut, , Ron Vonk, A Roland Holst College en AMSTEL Instituut,

v-t grafieken van de vrij bewegende muntjes en de kwadratische fit van de eindpositie.


17

Het bloed kruipt waar het niet gaan kan Wiskundigen wijzen graag op het feit dat hun vak de taal der natuurwetenschappen en techniek is. Ze vinden hun vak belangrijk en twijfelen niet aan het praktische nut van zuivere wiskunde. Havo-vwo leerlingen moeten kunnen inzien dat de wiskunde die ze op school krijgen zijn weg in concrete toepassingen vindt. In dit artikel laten we aan de hand van een handmatige bloeddrukmeting met de bloeddruksensor en Coach zien welke (school)wiskunde in automatische bloeddrukmeters verborgen zit. Tegelijkertijd beschrijft dit artikel een voorbeeld van kwantitatieve biologie dat in moderne schoolbiologie mogelijk is. Bloeddruk wordt weliswaar expliciet in de eindtermen van vwo-biologie genoemd, maar voor veel docenten is onduidelijk wat hiermee (minimaal) te doen. Recente examens geven wat dit betreft onvoldoende houvast. Meten aan je eigen lijf is ons inziens een geschikte manier om technischinstrumentele en kwantitatieve vaardigheden in een praktische opdracht bij biologie aan te leren en te oefenen. Over bloeddruk Bloeddruk is een van de meest frequent gemeten grootheden in de medische praktijk. Bloeddruk is vrijwel nergens in het lichaam gelijk en varieert gedurende de dag en onder invloed van activiteiten of stress. Bloeddruk kan op verschillende plaatsen gemeten worden. Meestal wordt de bloeddruk gemeten aan de slagader in een bovenarm. Zowel een te hoge als een te lage bloeddruk kan

tot gezondheidsproblemen leiden. Bloeddruk wordt weergegeven d.m.v. twee kengetallen, de systolische druk of bovendruk en de diastolische druk of onderdruk, gescheiden door een schuine streep, bijvoorbeeld 120/80 mmHg. Dit zijn de twee uiterste waarden waartussen de druk in een slagader varieert omdat elke samentrekking van de linker hartkamer een door de slagaders voortgeleide drukgolf veroorzaakt. Daartussenin zit de

Bloeddruksensor (0377i) (CMA) (0..250mmHg)

18


gemiddelde bloeddruk, aangeduid met MAP (Mean Arterial Pressure), die zou heersen als hetzelfde volume bloed per minuut door een continu werkende pomp zou worden uitgepompt in de aorta. De gemiddelde bloeddruk kan worden geschat door de formule Pgemiddeld = Pdiasystolisch +

(P

systolisch

− Pdiastolisch )

2 of 3

,

waarbij in de grote arteriën de beste benadering 1/2 is en in de periferie 1/3. Bloeddrukmeting Methoden van bloeddrukmeting zijn invasief (direct) of niet-invasief (indirect). Bij een invasieve bloeddrukmeting wordt een buigzaam buisje in een slagader geschoven en verbonden buiten het lichaam met een instrument voor het meten van druk. Vanwege de risico’s en belasting voor een patiënt wordt bij voorkeur een niet-invasieve meetmethode gebruikt.

Twee vaak toegepaste indirecte methoden zijn de ausculatoire methode (Rivva-Rocci-Korotkoff, 1905) en de oscillometrische methode (Marey, 1876). De eerste techniek is een traditionele methode voor bloeddrukmeting. De dokter doet een opblaasbaar manchet om de bovenarm en pompt deze vol met lucht zodat de grote slagader van de arm even dichtgeknepen wordt en er geen pols meer gevoeld wordt. Daarna laat hij langzaam lucht uit het manchet ontsnappen totdat de pols weer voelbaar is. De druk van het manchet is op dat moment gelijk aan de bovendruk. Om dit moment beter te kunnen bepalen gebruikt de dokter een stethoscoop om te luisteren op welk moment er een zacht geklop, synchroon met de hartslag hoorbaar wordt. Naarmate de druk in het manchet verder zakt wordt dit geluid luider. Plotseling zal dit geluid echter weer zachter worden als de onderdruk bereikt wordt.

Indirecte meting van de arteriële bloeddruk Signaal28 - Digitaal - september 2007

19

Het figuur op de vorige bladzijde is een schematische weergave van de ausculatoire meting van de arteriële bloeddruk. Bij de oscillometrische methode wordt een manchet rond de bovenarmslagader geplaatst, opgepompt, en laat men deze langzaam leeglopen via het ventiel. De sensor meet de druk in de manchet tijdens de deflatie. Als gevolg van de polsgolf zijn hierin oscillaties waar te nemen waarvan de amplitude toeneemt en weer afneemt. Het punt van maximale oscillatie blijkt redelijk te corresponderen met de gemiddelde druk (MAP). De oscillaties beginnen al bij manchetdrukken boven de systolische druk en zijn nog aanwezig bij drukken lager dan diastolisch. Dit impliceert dat onder- en bovendruk alleen gevonden kunnen worden door toepassing van een empirisch gevonden algoritme. Twee soorten criteria zijn: hoogtegebaseerd (amplitude ratio) en helling-gebaseerd (afgeleide). We bespreken alleen de eerste methode uitvoerig.

Afleiden van de bloeddruk uit de meetgegevens in Coach Om de bloeddruk uit de onderstaande grafiek af te kunnen lezen moet het verloop van de amplitude van de pulsen in de manchetdruk in kaart worden gebracht. In elektronische bloeddrukmeters is dit proces geautomatiseerd. Een handmatige aanpak legt de wiskundige finesses bloot. We schetsen de belangrijkste stappen en verwijzen naar de Coach gebruikershandleiding voor details. 1. Bepaal een gladde kromme door de lokale minima. Deze kromme geeft de trend van de leeglopende manchetdruk weer en heet de onderste omhullende. Selecteer daartoe handmatig de punten waarop de meetwaarden weer gaan stijgen tengevolge van een drukpuls. Trek een Spline door de punten om de manchetdruk te benaderen. 2. Bepaal een gladde kromme door de lokale maxima. Dit noemen we de bovenste omhullende. Selecteer handmatig lokale maxima van drukpulsen.

Voorbeeld van een meting met de bloeddruksensor in Coach.

20


gebied waar druk > MAP bij een vast percentage van de maximale amplitude (gewoonlijk 50%), en de onderdruk in het gebied waar druk < MAP bij een ander vast percentage van de maximale amplitude (gewoonlijk 75%). Deze percentages zijn verkregen uit empirisch onderzoek.

Kies steeds het laagste punt.

Bepaal een Spline door de gemarkeerde punten. 3. Bepaal de verschilgrafiek van de bovenste en onderste omhullenden. Dit levert een klokvormige grafiek van de pulsamplitude op tegen de tijd. 4. Zet in een grafiek de pulsamplitude uit tegen de trend van de manchetdruk (stap 1). Uit de laatste grafiek kan de bloeddruk bepaald worden. Het maximum van deze grafiek treedt op bij de gemiddelde bloeddruk (MAP). De bovendruk vindt u in het

Tot slot Schoolwiskunde die aan bod gekomen is bij de beschreven bloeddrukmeting omvat de begrippen lokale maxima en minima van functies, gladde benaderingen van data met stuksgewijze veeltermfuncties (zgn. spline functies), trend, raaklijnen en verhoudingen. Deze begrippen spelen een essentiële rol in de bepaling van onderdruk, bovendruk en gemiddelde bloeddruk. Met de gereedschappen in Coach kunnen leerlingen zelfstandig bloeddrukmetingen doen en in een profielwerkstuk bijvoorbeeld onderzoeken welke invloed leeftijd en lichaamsactiviteit hebben op de bloeddruk.

Bovenstaand artikel is ingekort. Het volledige artikel is te lezen op http://www.science.uva.nl/~heck/Research/art/signaal06bloeddruk.pdf André Heck, AMSTEL Instituut

Signaal28 - Digitaal - september 2007 Omhullende van bloeddrukschommelingen tegen de trend van de manchetdruk.

21

Bezopen wiskunde In het artikel “Doorzakken in Modelomgeving” uit Signaal 17 (p. 21-22, www.cma.science.uva.nl/Signaal/Signaal_compleet/ Signaal17.pdf) is te lezen hoe de modelomgeving van

IP-Coach 4 gebruikt kon worden om alcoholafbraak in het menselijk lichaam te modelleren. Aan het IP-Coach 4 model vallen twee zaken op: (i) Het computermodel is tekstgebaseerd, d.w.z. de maker van het model moet zelf een computerprogramma in de Coach taal schrijven. (ii) Zowel de opname als afbraak van alcohol in het lichaam wordt met een eerste-orde kinetisch proces beschreven, d.w.z. de absorptie van alcohol kent een exponentieel verloop in de tijd en de afbraaksnelheid van alcohol is evenredig met de alcoholconcentratie. (Geen) Eerste orde benadering Om met het laatste punt te beginnen: het gegeven model is geen redelijke beschrijving van het metabolisme van alcohol. De opname van alcohol in het menselijk lichaam vanuit de maag kan met een exponentieel model beschreven worden, maar de afbraak niet. Bekend is dat alcohol bij voldoende hoge concentraties met constante snelheid uit het lichaam geëlimineerd wordt. We zullen het IPCoach 4 model verbeteren. Wat het eerste punt betreft: Coach 6 heeft een fraaie, grafische modelomgeving. Voldoende redenen om in dit artikel een model voor het verloop van het bloedalcoholgehalte (BAG) in de grafische modelomgeving van Coach te bekijken. Onder BAG verstaan we de totale hoeveelheid alcohol (in gram) in het lichaam gedeeld door de totale hoeveelheid bloed en weefselvocht (in liter). Met dit model kunnen leer22

IP-Coach 4 model

lingen alcoholconsumptie onderzoeken. We bekijken eerst een wiskundig model dat beschrijft wat er gebeurt bij consumptie van alcohol. Het geeft een aardig beeld van problemen bij modellering van alcoholafbraak in het menselijk lichaam. Widmark model Een model dat het bloedalcoholgehalte voorspelt en nog steeds veel gebruikt wordt in forensisch onderzoek, is afkomstig van Widmark. Dit model is een open 1-compartiment model met een 0-de orde eliminatieproces. Verondersteld wordt dat alcohol bij consumptie snel in het lichaam wordt opgenomen en terecht komt in het bloed en weefselvocht waarna het alcohol met een constante snelheid


wordt geëlimineerd. In het plaatje is dit schematisch weergegeven. Na alcoholabsorptie wordt het bloedalcoholgehalte dus gegeven door BAG =

D −β ⋅t r ⋅G ,

waarbij D de hoeveelheid geconsumeerde alcohol is (in gram), r de Widmark factor is, G het lichaamsgewicht (in kg) voorstelt, β de afbraaksnelheid (in g/l/h) is en t de tijd (in uren) die verstreken is nadat gedronken is. De afbraaksnelheid is persoonsgebonden (o.a. verschillend voor gelegenheidsdrinkers en alcoholisten, mannen en vrouwen, en leeftijd), hangt af van omstandigheden (bijv. wel of niet gegeten) en varieert van 0,10 tot 0,20 g/l/h. De Widmark factor is ook persoonsgebonden en hangt voornamelijk van de lichaamssamenstelling af. Gemiddelde waarden zijn voor mannen 0,68 met standaarddeviatie 0,085 en voor vrouwen 0,55 met standaarddeviatie 0,055 (vrouwen hebben in het algemeen een hoger percentage lichaamsvet dan mannen en dus minder lichaamsvocht). Het product r ⋅ G is gelijk aan het verdelingsvolume Vd : het theoretische volume waarover de alcohol zich in het lichaam kan verspreiden. Er zijn verschillende methoden beschreven om de Widmark factor of het verdelingsvolume in grootheden als lichaamslengte L (in cm), lichaamsgewicht (G) en leeftijd (LFT) uit te drukken. Seidl, Jensen en Alt geven bijvoorbeeld de volgende formules:

Uitgaande van een proportie van 80% water in bloed, hebben Watson, Watson en Batt onder andere de volgende formules bepaald: 0.8 ⋅Vd (mannen) = 0.3626 ⋅ G − 0.1183 ⋅ LFT + 20.03 0.8 ⋅Vd (vrouwen) = 0.2549 ⋅ G + 14.46

De grafische modelomgeving van Coach 6 Veel wiskundige modellen kunnen worden omgezet in computermodellen. De implementatie van een wiskundig model kent twee fasen: het specificeren van het wiskundige model en het onderzoeken van het model. Coach 6 heeft een mooi grafisch interface om een model kwalitatief te beschrijven. Hierin geef je aan welke grootheden een rol spelen (met onderscheid tussen parameters en toestandsvariabelen), hoe deze van elkaar afhangen, welke formules voor grootheden gebruikt worden en welke waarden parameters hebben. Het grafische model wordt automatisch vertaald naar een stel vergelijkingen, dat gebruikt wordt bij het doorrekenen van het model. We bekijken een voorbeeld van afbraak van alcohol in het menselijk lichaam. We gaan uit van een ‘standaard’ horecaglas dat, ongeacht het type drank, 10 gram alcohol per glas bevat. Parameterwaarden worden waar mogelijk geschat op basis van literatuurwaarden.

Het Widmark computermodel In dit voorbeeld van het Widmark model werken we met de formules r (mannen) = 0.3161 − 0.004821⋅ G + 0.004632 ⋅ L van Seidl, Jensen en Alt voor de r (vrouwen) = 0.3122 − 0.006446 ⋅ G + 0.004466 ⋅ L Widmark factor. Er geldt na het ineens nuttigen van n drankjes: Signaal28 - Digitaal - september 2007

23

dBAG n⋅D = −β ⋅ t , BAG(0) = , r (mannen) = 0.3161 − 0.004821⋅ G + 0.004632 ⋅ L, dt r ⋅G r (vrouwen) = 0.3122 − 0.006446 ⋅ G + 0.004466 ⋅ L

Bovenstaande schermafdruk toont het grafisch model en een run voor een gemiddelde Duitse man die twee drankjes gedronken heeft. De grafiek laat zien dat er aan het computermodel iets schort: na ruim 2 uur wordt het berekende alcoholpromillage negatief. In werkelijkheid kan dit natuurlijk niet, maar kritisch kijken naar de kwaliteit van een (computer)model is juist iets dat leerlingen moeten leren. We kunnen het Widmark computermodel al iets realistischer maken door als tijdseenheid minuten te kiezen i.p.v. uren en BAG < 0 als stop-conditie te kiezen. Verder nemen we aan dat niet alle drankjes in één keer genuttigd worden maar met vaste tussenpozen van 20 minuten. Elke 20 minuten neemt de waarde van BAG instantaan toe met D (r ⋅ G ) . In onderstaande schermafdruk staan het grafische model en de grafiek van het

24

bloedalcoholgehalte uitgezet tegen de tijd voor consumptie van 6 glazen. Het grafische model maakt gebruik van ‘events’ (de iconen met bliksemschicht). Hiermee kun je actie ondernemen zodra aan een bepaalde conditie voldaan wordt. Bijvoorbeeld: zodra de ‘teller’ groter wordt dan de tijdspanne tussen twee drankjes stijgt BAG in waarde. De ‘teller’ wordt dan weer op 1 gezet, zodat opnieuw de verstreken minuten geteld kunnen worden. Het tweede ‘event’ wordt gebruikt om na te gaan wanneer alle consumpties genuttigd zijn: de toename wordt dan gelijkgesteld aan 0. De grafiek hieronder geeft aan dat na twee glazen het promillage boven de in het verkeer wettelijk toegestane waarde van 0,2 promille (<24 jaar) komt en dat de persoon in kwestie bijna drie en een half uur moet wachten na de laatste consumptie voordat het bloedalcoholgehalte weer gezakt is onder 0,2 promille.


Bovenstaand artikel is ingekort. Andere modellen die beschreven zijn volgen de andere afbraakkinetiek van alcohol (volgens Wagner) en een 3-compartimentenmodel met ‘eerste doorgang metabolisme’ afkomstig van Norberg. Het volledige artikel is te lezen op http://www.science.uva.nl/~heck/Research/art/signaal06alcohol.pdf André Heck, AMSTEL Instituut

TOA gebruikersdagen Coach 5/6 Het AMSTEL Instituut organiseert bijeenkomsten voor TOA’s over het gebruik van Coach. Een doel is vragen stellen over de vele slimme kneepjes en uitgebreide mogelijkheden van Coach. U kunt hier ook terecht met vragen en problemen over uw eigen practica met Coach. U ontmoet collega’s en hoort welke ICT-practica zij organiseren en hoe zij die uitvoeren. De TOA-dag is geen cursus. Wij vragen u uw succesproef of juist probleemproef mee te nemen en/of te bespreken. Wij geven u dan graag advies of commentaar – en met ons de andere deelnemers. Graag tot ziens op 13 nov 2007 of 17 april 2008. De volledige cursusagenda vindt u op www.science.uva.nl/amstelinstituut/nascholing.cfm/ . Opgave via de website of bij mevr. L. Molenaar 020 5255886 of per e-mail Signaal28 - Digitaal - september 2007

25

Een verdiepingsopdracht over de getijdenbeweging Door de geografische ligging van Nederland is iedere bewoner bekend met het begrip eb en vloed. Hoog en laag water wisselen elkaar regelmatig af en de grafiek van een getijdenbeweging is dan ook periodiek. Een periodieke functie kun je beschrijven met sinusfuncties. Inleiding In wiskunde schoolboeken worden de getijdengrafieken altijd benaderd met één sinusfunctie. Leerlingen zoeken op Internet de eb- en vloedbeweging van een kustplaats op een bepaalde dag of het jaargemiddelde op en proberen vervolgens m.b.v. VU-grafiek of de grafische rekenmachine een passende sinusfunctie te modelleren bij de gevonden gegevens. Weliswaar wordt kort ingegaan op de beperkingen van dit model en wordt met name gewezen op de asymmetrie tussen eb en vloed, maar verder dan een verwijzing naar harmonische analyse en naar achtergrondinformatie op een website gaan de auteurs van de schoolboeken niet. We zullen in dit artikel laten zien dat een leerling met het signaalanalyse-gereedschap in

Coach 6 wel tot een meer realistische benadering van getijdenbewegingen kan komen en de methode van harmonische analyse als voorspellingsmethode voor de getijdenbeweging kan onderzoeken. Harmonische analyse als voorspellingsmethode voor het getij In Nederland kennen we een getijdenbeweging waarbij eb en vloed elk tweemaal per dag optreden en de verschillen tussen de twee waterstanden maar klein zijn. In onderstaand figuur is een Coach-venster met hierin de op www.getij.nl voorspelde waterstanden voor Delfzijl op 23 juni 2006. Via de in Coach ingebouwde Prony methode voor spectraalanalyse vind je een goede benadering met twee sinusfuncties.

Voorspeld getij voor Delfzijl van 23 juni 2006.

26


De getijdenbeweging is niet overal op de wereld hetzelfde: er zijn ook kustgebieden met maar eenmaal per dag eb en vloed en er bestaan locaties waar het weliswaar tweemaal per dag eb en vloed is, maar de laagwaterstanden en/of hoogwaterstanden op één dag veel verschillen. Als voorbeeld geven we de op de website www.tidesandcurrents.noaa.gov

voorspelde waterstanden in Seattle (Washington) op 18 en 19 juni 2006: er is een duidelijk verschil tussen de twee laagwaterstanden tussen de twee hoogwaterstanden op één dag. Ook deze getijdenvoorspelling laat zich goed benaderen met twee sinusfuncties (via de Prony methode). Op Internet zijn voor bijna alle locaties ter wereld officiële getijdentafels vinden. Dit maakt het mogelijk om plaatsen en tijdsperioden te vinden waarop een model met een enkele sinus goed werkt. Bijvoorbeeld, op de site www.tidesandcurrents.noaa.gov is de gegevensverzameling voor Sewells Point in Virginia op 13 t/m 15 maart 2006 te vinden. In een schermafdruk (volgende pagina) van een

Coach-venster zijn de voorspelde waterstanden gemodelleerd met een sinusfit. De verschilgrafiek van voorspelde en gemodelleerde waterstanden geeft aan dat het sinusmodel tot op 3 cm nauwkeurig is. Om over een lange periode het getij adequaat wiskundig te modelleren met sinusfuncties moeten er meer componenten aan het model toegevoegd worden. In Coach kan dit het beste gedaan worden via de zogenaamde R-ESPRIT methode. In deze methode zijn twee parameters in te stellen: de snapshot dimensie, die vastlegt hoe lang de reeksen van opeenvolgende data zijn, en het aantal sinusfuncties in het model. Als we de voorspelde waterstanden van Sewells Point in 2005 modelleren met 8 sinusfuncties vinden we, met de automatisch bepaalde snapshot dimensie van 84, als benadering de formule 41.11 + 35.12sin(28.982 t - 75.637) + 6.38sin(30.002 t + 6.794) + 4.97 sin(15.052t -152.698) + 4.95sin(13.946t + 78.075) + 0.45sin(0.200 t + 106.750) + 0.96sin(27.990 t + 92.143) + 0.02sin(31.472 t - 24.033) + 0.02sin(33.216t + 103.765)

Voorspeld getij voor Seattle op 18 en 19 juni 2006.


27

waarbij t de tijd (in uren) is gemeten vanaf het begin van 2005 en de hoeksnelheden (ofwel frequenties van de sinusfuncties) zoals gebruikelijk in getijdenanalyse in graden per uur vastgelegd zijn. De standaarddeviatie is ongeveer 8 cm. Wanneer we dit model uitbreiden tot een model met 16 sinusfuncties ontstaat een model met een standaarddeviatie van ongeveer 5 cm. Als we de vijf belangrijk-

ste bijdragen in ons model vergelijken met de literatuurwaarden van de Amerikaanse website is een verbluffende overeenstemming te zien. In de bijdragen zijn de rotatiebewegingen van de maan en zon, het feit dat de baan van de maan om de aarde geen cirkel is maar een ellips en het effect van de declinatie van de maan meegenomen.

Het getij voor Sewells Point (Virginia) van 13 maart t/m 15 maart 2006.

Getijdenanalyse aan de Noordzeekust Zo’n getijdenanalyse kun je natuurlijk ook voor kustplaatsen aan de Noordzee doen. Om goede resultaten te krijgen met de R-ESPRIT methode is de keuze van de snapshot dimensie wel belangrijk. Door trial-and-error moet deze parameter gekozen worden als er geen geschikte waarde kleiner of gelijk aan 100 automatisch gevonden kan worden. Voorbeeld: voor de locatie Roompot-Buiten in het Oos28

terscheldegebied hebben we zes componenten gevonden m.b.v. de getijdengegevens uit 2005 van de website www.getij.nl. Wederom een verbluffende overeenkomst tussen het met Coach gevonden model en de voorspellingen van RIKZ, tot stand gekomen door een snapshotdimensie van 521 te kiezen voor een model met acht sinusfuncties. De beste snapshotdimensie kleiner of gelijk aan 100 levert alleen de eerste twee componenten op. Het is dus een


beetje puzzelwerk, maar leerlingen leren zo wel kritisch te staan tegenover gepresenteerde modellen en resultaten van berekeningen. Tot slot Dit artikel maakt duidelijk dat de methode van harmonische analyse als voorspellingsmethode voor de getijdenbeweging door leerlingen met Coach 6 daadwerkelijk onderzocht kan worden. De benaderingen die experimenteel gevonden worden stemmen goed overeen met de modellen die professionals gebruiken voor getijdenvoorspellingen.

Experimenteel gevonden hoeksnelheden zijn niet zomaar getallen, maar vinden hun oorsprong in een astronomische interpretatie. Vakoverstijging met natuurkunde en aardrijkskunde ligt voor het oprapen. Bijzondere getijdenverschijnselen zoals een agger, ook wel dubbel laagwater genoemd, of een dubbel hoogwater zijn trouwens ook netjes te modelleren via harmonische analyse. Leerlingen kunnen zo zelf ervaren hoe effectief wiskundige modellen van reële fenomenen kunnen wezen.

Bovenstaand artikel is ingekort. Het volledige artikel is te lezen op http://www.science.uva.nl/~heck/Research/art/signaal06getij.pdf André Heck, AMSTEL Instituut,

FNWI - Universiteit van Amsterdam Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica www.science.uva.nl - 020-525 6233

MASTERCOURSES Doelgroep: docenten vwo Een mastercourse is een cursusdag speciaal voor vwo-docenten. Bij een mastercourse staat de ontmoeting tussen docenten van de universiteit en docenten van het voortgezet onderwijs centraal. U krijgt de mogelijkheid weer in de collegebanken te zitten om nieuwe wetenschappelijke ontwikkelingen en verschillende interpretaties van uw vakgebied te horen. Voor het studiejaar 2007-2008 staan diverse mastercourses gepland. Kosten: € 150

CONGRESSEN - FESTIVALS Doelgroep: vakdocenten natuurwetenschappen en wiskunde & leerlingen 5 en 6 vwo. Gedurende het studiejaar zetten verschillende onderzoekinstituten en opleidingen van de Faculteit der NWI een dag hun deuren open voor vakdocenten, scholieren en andere geïnteresseerden. U kunt lezingen volgen en kennismaken met het experimentele en populair wetenschappelijk werk binnen het vakgebied. Bezoek in 2008 Viva Fysica!, Viva Chemie! en Leve de Wiskunde. Kosten: gratis

www.science.uva.nl/mastercourses

www.science.uva.nl/congres


29

Hoe werkt een computer nu precies? Onze leefomgeving is tegenwoordig ondenkbaar zonder tal van elektronische apparaten. Deze apparaten bestonden tot eind vorige eeuw uit schakelingen die waren samengesteld uit digitale geïntegreerde circuits (ic’s). Tegenwoordig zijn deze apparaten bijna allemaal programmeerbaar. Er is daartoe een kleine ‘processor’, een zogenaamde ‘microcontroller’ ingebouwd. Een apparaat met microcontroller, “embedded system” genoemd, is een elektronische schakeling die programmeerbaar is. Hoe zo’n systeem precies werkt? Daarvoor is materiaal gemaakt dat bestaat uit simulaties en begeleidende teksten. Het materiaal bestaat uit twee delen: een basismodule en een verdiepingsmodule. Voor wie? Het materiaal is vooral geschikt voor leerlingen met een NT-profiel met interesse voor de werking van computers. Het materiaal kan worden ingezet voor de extra uren die het vak informatica vanaf 2007 krijgt, of bij de havo-module Digitale techniek van het vak Natuur, Leven en Technologie.

Nascholing Wilt U een cursus volgen over dit onderwerp, zie dan het Cursusoverzicht achterin dit nummer of op www.science.uva.nl/amstelinstituut.

Basismodule Het doel van de basismodule is om de opbouw en werking van een programmeerbare machine te laten begrijpen. De eerste twee hoofdstukken, “Poorten en logische schakelingen” en “Hoe rekent een computer?” leggen een basis hiervoor. Het derde hoofdstuk, “Hoe werkt een rekenmachine?”, laat zien wat er precies gebeurt met de hardware als een ‘programma’ wordt uitgevoerd. Verdiepingsmodule Dit deel gaat dieper in op de stof van de basismodule. O.a. komen het ontwerpen van digitale schakelingen en de werking van een volledige processor aan de orde.

30

Software De cursus berust op simulaties van digitale schakelingen. Met de gebruikte software, SIM-PL, kunnen op een eenvoudige manier door scholieren schakelingen en componenten worden ontworpen, gebouwd en getest. Er is een bibliotheek met een groot aantal componenten, schakelingen en systemen aanwezig van poorten tot complete ‘processoren’. Website Het lesmateriaal, de nieuwste versie van de software en een groot aantal componenten kunnen worden gedownload via: www.science.uva.nl/amstel/SIM-PL/

kies voortgezet onderwijs.


Drie voorbeeld uit de basismodule

Naast alle in- en uitgangen van de schakeling kan ook het signaalverloop op willekeurige verbindingen tussen componenten worden zichtbaar gemaakt m.b.v. ‘probes’. Voorbeeld 2: Optelschakeling

Kiezer/multiplexer In bijgaande figuur is het schema van een kiezer/multiplexer weergegeven. De schakeling werkt als volgt: als het signaal op de Select a/bingang ‘0’ is, wordt het signaal op ingang b doorgelaten en als Select a/b ‘1’ is, wordt a doorgelaten.

Voorbeeld

a= a= a= a=

0x0; 0x1; 0x0; 0x1;

1:

b= b= b= b=

0x0; 0x0; 0x1; 0x1;

Het volgende figuur laat een schakeling zien waarmee twee getallen van 4 bit kunnen worden opgeteld. Als componenten zijn drie “Full adders” en een “Half adder” gebruikt. Op bitniveau is te zien wat er gebeurt als de getallen 5 en 9 worden opgeteld.

Select a/b = 0x0; Select a/b = 0x0; Select a/b = 0x0; Select a/b = 0x0;

De software heeft een optie om de waarheidstabel van de schakeling te genereren. Ook kunnen de ingangen van gegevens worden voorzien als ware het een programma. Hieronder is een dergelijk programma (deels) weergegeven. De linker kolom geeft het tijdstip weer waarop een instructie wordt uitgevoerd.

Voorbeeld 3: Rekenmachine simulator

tijd

Het bij dit programma behorende tijdvolgordediagram is hierboven weergegeven. In dit diagram is het verloop in de tijd van de signalen door de schakeling als gevolg van de “delay” van de componenten te zien.

Dit voorbeeld is te complex om hier in detail te worden beschreven. Op de homepage staat dit model uitvoerig beschreven in het document “Hoe werkt een computer nu precies?”. Ben Bruidegom, AMSTEL Instituut


31

Tollende Eieren en Videometen in de Filippijnen Leg een rauw ei op zijn kant, breng het met twee handen aan het tollen. Druk dan met de wijsvinger op het middelpunt van de tolbeweging (op de as dus) en laat het ei door wrijving met de wijsvinger tot stilstand komen. Dan direct loslaten en het ei begint weer vrolijk te tollen hoewel met lagere snelheid. Het kost enige moeite om het ei mooi te laten tollen en precies op de tol-as te stoppen. Even oefenen! Het verschijnsel De verklaring is natuurlijk dat de vloeistof in het ei doortolt, ook als de buitenkant tot stilstand is gebracht. Na het weer loslaten, brengt de tollende vloeistof de buitenkant weer in beweging. Een mooie manier dus om gekookte en rauwe eieren te onderscheiden zonder het ei te breken. Dit verschijnsel intrigeerde enkele derdejaars studenten leraaropleiding in ons Filippijnenprogramma. Ze kozen het als onderwerp voor een onderzoeksproject. Doelen Alexander Cañabano, Joan Dorato, Joey Estorosos onderzochten dit verschijnsel (in 2001) met Coach en een videocamera. Hun doelen waren als volgt: Meet de hoeksnelheid van het ei voor en na stoppen. Gebruik vereenvoudigingen om het impulsmoment voor en na stoppen te berekenen, bv. door een bolvorm te gebruiken i.p.v. een ellipsoïde. Verifieer behoud van impulsmoment. Bereken de som van alle koppels (kracht · arm) op het ei wanneer we het met de vinger aanraken.

32

Theorie De theorie is eenvoudig. In analogie met ΣF=ma geldt voor rotaties Στ=Iα . Daarbij is I het traagheidsmoment, een maat voor de “weerstand” van het voorwerp tegen versnelling om een bepaalde as, net als massa een maat is voor “weerstand” van een voorwerp tegen een lineaire versnelling. Tau (τ) is de “torque”, of, in Nederlands, het koppel, dat de hoekversnelling veroorzaakt. Alex, Joan, en Joey konden de hoeksnelheid van het roterende ei meten voor en na het “stoppen” door middel van videometen en Coach. De berekening van het traagheidsmoment was lastig. Daarvoor moest de zaak gesimplificeerd worden. Het ei werd benaderd als een bol en dan kon eraan gerekend worden. Een ruwe benadering natuurlijk, maar ik was zelf onder de indruk dat de drie zo goed door hadden dat dit natuurkunde is: simpele modellen gebruiken en dan in een iteratief proces van meten en model verfijnen verder komen. Doelstelling 3 kon niet gerealiseerd worden want het koppel werd niet onafhankelijk gemeten maar werd juist berekend uit het verschil tussen impulsmoment voor en na het stoppen onder aanname van impulsbehoud.


Laten we toch maar even de formules opschrijven: Στ = τ vinger op ei + τ tafel op ei = Iα (1)

daarbij is Στ de som van alle koppels, dus wrijving van vinger plus wrijving van tafel op ei. α: de hoekversnelling I : het traagheidsmoment, voor een bol met uniforme dichtheid: I = 2/5 MR2, waarin M de massa van de bol is en R de straal. Στ = I (ωeind – ωbegin)/ ∆t

(2)

ωeind: de hoeksnelheid na stoppen ωbegin: de hoeksnelheid voor stoppen ∆t: tijd dat vinger op het ei drukt Analoog met impuls (p=mv) is impulsmoment gedefinieerd als L=Iω en net als impuls is dit een behouden grootheid. Vergelijking (2) kan geschreven worden in termen van impulsmoment L: ∑τ = (Leind - Lbegin )/∆t

(3)

Prijs Ik ben wel gelukkig met dit project vanwege de combinatie van videometen, modeldenken, en dagelijks leven fysica. Zodoende stuurden we het project naar Manila als inzending voor een nationale competitie van ICT gerelateerde projecten van studenten. Alex, Joan, en Joey behaalden met dit project een tweede prijs, net achter 5de jaars natuurkunde studenten van de University of the Philippines, de topuniversiteit in de Filippijnen die normaal met kop en schouder boven de andere universiteiten uitsteekt. We waren daar als

leraaropleiding dus heel trots op. In Nederland zijn dit soort projecten nu heel gewoon en gaan vwo leerlingen soms verder dan deze studenten. Denk bijvoorbeeld aan het bungeejumpingproject van de leerlingen van Peter Uylings (zie elders in deze Signaal). Andere mogelijkheden Wat zou je verder nog met dit experiment kunnen doen? In de eerste plaats kan het model verbeterd worden door een ellipsoide te gebruiken i.p.v. een bol. In de tweede plaats zou je kunnen denken aan een heel andere experimentele opstelling zoals een cylindrisch glas water op een draaiplatform met lage wrijving. Je brengt glas en platform eerst aan het draaien totdat zowel inhoud als glas dezelfde hoeksnelheid hebben. Dan stop je het platform en meet de rotatie snelheid van het water dat doordraait. Vervolgens laat je het platform los en meet je de einddraaisnelheid. In deze opzet zijn alle relevante variabelen meetbaar inclusief het koppel. Er zijn ook andere variaties. Er zijn plastic eieren met meer vormperfectie en bovendien variatie in afmetingen. Die kun je vullen met water of een andere vloeistof. Zo kan men werken met een variatie aan vormen, afmetingen, en vulvloeistoffen en dan valt er heel wat te experimenteren, modelleren, en concluderen. Alex, Joan, en Joey geven inmiddels al drie jaar les en betalen mee aan het onderwijs van jongere broers en zussen. Alex werkt actief mee aan de aanpassing van curriculum en lesmethoden in school. Ed van den Berg, AMSTEL Insituut <[email protected]>


33

Computerproeven doen in Ethiopië Het doen van natuurkundeproeven op een computer zul je misschien niet direct met Ethiopië associëren. En inderdaad, toen ik in september 2002 bij de Natuurkunde-afdeling van de Universiteit van Bahir Dar ging werken was er nauwelijks sprake van een Natuurkundig practicum, laat staan van computerproeven. Maar in de drie jaar dat ik hier gewerkt heb is er veel practicumapparatuur binnengekomen en na een uitputtende strijd tegen de bureaucratie zijn daar vier computers aan toegevoegd. Dankzij een schenking van het AMSTEL Instituut hebben we ook twee CoachLab II interfaces en een aantal sensoren. Studenten hier willen heel graag met computers werken. Maar voor de meeste is het doen van een natuurkundeproef op de computer ook de eerste keer dat ze met een computer in aanraking komen. Ik dacht dat op te lossen door zeer gedetailleerde instructies te schrijven, zo in de trant van: “zet de punt van de cursorpijl op de icoon en klik op de linker muisknop”. Waar ik niet op gerekend had: het met de muis omgaan is een groot probleem. De muis wordt heel voorzichtig verschoven tot de cursor op de goede plek staat, en dan wordt met de wijsvinger op de linker muisknop gedrukt, maar zonder de muis intussen vast te houden. Die dus prompt alle kanten op vliegt; en de iconen schieten op en neer over het scherm. Je mag zelf bedenken hoe dat gaat bij dubbel klikken. Maar de studenten leren snel. De computers worden druk gebruikt. We hebben 1. De videoproef van de sprinter: studenten registreren de beweging van de sprinter in een diagram van afstand tegen tijd en analyseren dat diagram op de computer om de maximale snelheid en de maximale versnelling te bepalen, 34

en de tijdstippen waarop die bereikt werden. 2. De proef van Atwood, met een gatenwiel als sensor. Ook hier tekent de computer een diagram van afstand tegen tijd waaruit de versnelling wordt bepaald van twee bijna gelijke massa’s aan een draadje dat over de katrol loopt. Uit die versnelling en de waarden van de beide massa’s volgt de valversnelling. 3. Een proef om de dynamische wrijvingscoëfficiënt te bepalen van een doos die over een horizontaal oppervlak glijdt: een student duwt de doos naar een afstandssensor toe vlak nadat zijn partner de meting heeft gestart. Uit het diagram van afstand tegen tijd wordt de versnelling bepaald; de wrijvingscoëfficiënt is dan die versnelling gedeeld door de valversnelling. 4. De proef van de vallende magneet: de magneet valt door een verticale pvc-buis met een spoel er omheen en de computer registreert de in de spoel geïnduceerde spanning als functie van de tijd. Aan studenten wordt gevraagd de vorm van het verkregen V-t dia-


gram te verklaren voor verschillende situaties: de magneet valt met de Noordpool omlaag, of met de Zuidpool omlaag, of er wordt binnen de pvc buis een koperen buis geplaatst.

Andere proeven zijn nog in ontwikkeling. Dat gaan mijn collega’s doen want zelf ga ik, na drie jaar Ethiopië, weer terug naar Nederland. Bob Landheer werkte destijds in Ethiopië

Miskir, Sosena en Wubalem meten de beweging van de sprinter.

Fasika en zijn partner proberen het V-t diagram ven de vallende magneet te verklaren.


35

Ruben’s Tube, verslag van een profielwerkstuk Floris en Koen zagen een interessant filmpje van een buis waar vlammetjes uit kwamen die dansten op de maat van de muziek. De buis is een Ruben’s Tube en laat de relatie zien tussen geluidsgolven en luchtdruk in de buis. De buis is aangesloten op het gas. Bij kleine gaatjes in de buis wordt het gas aangestoken. Met een speaker aan een kant wordt er een staande golf in het gas gecreëerd. Daar zit een PWS in! De hoofdvraag was: wat is het effect van antigeluid op de werking van de Ruben’s Tube? De verwachting was dat wanneer dezelfde toon in tegenfase aan de andere kant de buis in wordt gestuurd dat de vlammetjes stil staan, omdat de twee tonen elkaar dan opheffen/uitdoven. Dit wordt antigeluid genoemd. De conclusie voor wat betreft de reactie van de Ruben’s Tube op de muziek/tonen, is dat door de luchtdrukverschillen het gas harder dan wel zachter naar buiten gestuwd wordt. Dit zorgt voor de grotere en kleinere vlammetjes: het dansen van de vlammetjes op de maat van de muziek. Wanneer alleen de hoofdtoon door de buis gestuurd wordt laten de vlammetjes een mooie sinusvorm zien. Als dan de tegentoon in tegengestelde richting door de buis wordt gestuurd, nemen de vlammetjes hun neutrale stand in. Uit deze waarnemingen blijkt dat het effect van antigeluid 36

goed waarneembaar is aan de vlammetjes van de Ruben’s Tube. Het antigeluid maken was vooral in het begin lastig. Bij het uitrekenen van de golflengtes is bijvoorbeeld de snelheid van geluid in lucht genomen in plaats van gas. Dit zorgde voor vreemde afwijkingen. De fabricage van de buis liep redelijk totdat de uiteinden van de buis luchtdicht moesten zijn. Eerst werden alleen plankjes gebruikt, daarna is cellofaan tussen de plankjes gedaan en uiteindelijk werd met rubber en vacuümvet het gewenste resultaat verkregen.

Foto’s: 800Hz resp. 1000 Hz


Floris de Bruin en Koen Veenhof maakten het profielwerkstuk op het Atheneum College Hageveld in Heemstede onder begeleiding van Jaap Teule. Het volledige verslag is in te zien op: http://www.cma.science.uva.nl/ Signaal/Online.html

Onderzoeken en Ontwerpen Leerlingen van de 1e klas van het VWO zijn druk in de weer met een lichtsensor. Ze meten de intensiteit van het licht in hun omgeving en de intensiteit van licht dat weerkaatst wordt door rood, geel en blauw papier. De sensor wordt gedurende 10 seconde boven iedere kleur gehouden en op de computer verschijnt een grafiek van de lichtsterkte tegen de tijd. Bij de volgende proef moet een leerling de sensor boven een willekeurige kleur houden en de ander moet aan de hand van de lichtintensiteit de kleur ‘raden’. De brugklassers die hier bezig zijn krijgen op deze manier een idee waarvoor het ijken van een meetinstrument dient. De andere helft van de klas is ondertussen bezig met een onderzoek naar het drijven van voorwerpen. Vooraf moesten de leerlingen voorspellen welke voorwerpen blijven drijven. Uiteindelijk blijkt de dichtheid van de voorwerpen ten opzicht van de dichtheid van water bepalend voor het drijfvermogen. Leerlingen zijn bezig met het meten van de massa en het volume van de verschillende voorwerpen. Volgende week gaan deze leerlingen aan de slag met de onderwerpen

“smaak” en “groei”. Ook hier gaat het om het vergelijken tussen wat je verwacht en wat je meet. Om welk vak handelt het hier? Misschien heeft u science geantwoord omdat genoemde onderwerpen te maken hebben met natuurkunde en biologie. De naam van het vak is echter “O&O”: “Onderzoeken en Ontwerpen”. Deze lessenserie is ontwikkeld met subsidie van de beleidsregel “Vooruit” van het ministerie van onderwijs. De vakinhouden van de bètavakken zijn op het VWO naar ons idee te groot om te worden samengevoegd tot science. Bovendien is er weinig overlap tussen de vakinhouden en vormen de vakinhouden op zich een samenhangend geheel. De grootste samenhang tussen de bètavakken


37

blijkt als leerlingen voor hun PWS vaardigheden van verschillende vakken gebruiken voor hun onderzoek.

Er zijn 10 lessen per jaarlaag die voor iedere jaarlaag steeds starten in een andere periode.

Om deze reden willen wij het aanleren van practicumvaardigheden in een aparte lessenserie ontwikkelen. De vakken natuurkunde, techniek, biologie en scheikunde hebben een lijst gemaakt van vaardigheden die zij graag aan bod willen laten komen in klas 1,2 en 3. Hierbij is gelet op een logische opbouw voor wat betreft de moeilijkheidsgraad van de vaardigheden. In klas 1 gaat het om de vergelijking tussen wat je waarneemt met je zintuigen en wat je meet. Hierbij leren leerlingen omgaan met verschillende meetinstrumenten en leren ze hun schattingen te vergelijken met hun metingen.

Het materiaal voor klas 1 is klaar en wordt momenteel uitgeprobeerd zoals u hierboven heeft kunnen lezen. Subdoel was leerlingen enthousiast te maken voor de bètavakken. Gezien de eerste reacties lijkt dit zeker te lukken. Zodra het eerste lesmateriaal geëvalueerd is, komt het op de website van college Hageveld en is het vrij verkrijgbaar voor iedereen die het wil gaan gebruiken. Dit is tevens één van de eisen van de subsidiegever. Jaap Teule, Atheneum College Hageveld, Heemstede <[email protected]>

In klas 2 komen ontwerpvaardigheden en het ontwerpen volgens de ontwerpcyclus aan bod. In klas 3 gaat het om vaardigheden, als het verwerken van metingen en het bedenken van een eenvoudige meetmethode.

38


Galilei gevallen??: Bungeejumper in Coach 6 Probleem: kun je vallen met een versnelling groter dan g?! Een opmerkelijk verschijnsel is dat bij bungee jumpen een versnelling groter dan de valversnelling valt waar te nemen. Veel mensen hebben moeite dat te geloven omdat het zo tegen onze natuurkundige intuïtie indruist. Over dit paradoxale verschijnsel zijn nogal wat artikelen geschreven, zoals de recente reeks in het NTvN. De discussie in de Nederlandse natuurkundewereld is zowaar aangezwengeld door twee leerlingen: Niek Dubelaar en Remco Brantjes [1]. Zij hadden voor hun EXO op het Bonhoeffercollege, waar ik hun leraar was, gekozen dit controversiële onderwerp experimenteel met videometen uit te zoeken. Hun onderzoek scoorde de tweede prijs in de UvA Werkstuklabwedstrijd van 2003. Geheel zelfstandig hebben zij er vervolgens een artikel over naar het NTvN gestuurd. Zij waren zich er niet van bewust dat ons aller voorhoedeloper Hubert Biezeveld er toen al over had geschreven in The Physics Teacher, met een fraai experiment en een Coach 5 model [2]. Nu kwamen de tongen los. Heel interessant was de bijdrage van Pasveer en de Muynck die de aarzeling om a>g te geloven wijten aan onze verknochtheid aan Galilei: wij zijn immers allemaal opgevoed met zijn experimenten bij onveranderlijke massa [3]. In feite betekent geloven in a>g het loslaten –of generaliseren- van Fr=ma wat soms moeilijker is voor

natuurkundigen dan voor leerlingen. Is de discussie dan toch binnen het bereik van leerlingen te brengen, bijvoorbeeld met steun van programma’s als Coach? Voor de hand ligt daarbij het gebruik van videometen (wel een goede camera nodig!), meten van de versnelling met een sensor en modelleren. (Zie foto voor een experimentele opzet).


39

De rechterkant valt met v , de linkerkant hangt stil. Voor de transportsnelheid geldt dan

De doorgaans gebruikte energiebeschouwing van Kagan en Kott [4] is correct maar maakt niet echt inzichtelijk wat er nu speelt. Pasveer en de Muynck passen de bewegingsvergelijking Fr=dp/dt toe, maar komen niet tot exact hetzelfde resultaat. In de grafiek wordt het resultaat van hun theorie vergeleken met een Coachmeting met de versnellingssensor.

u = 12 v

(Pasveer en de Muynck namen u = v ). Invullen en uitwerken geeft a=g+

Toch maar eerst wat theorie Om tot een resultaat te komen, moeten we dus af van

∑ F = ma

en gebruikmaken van dp

∑ F = dt

= ma +

dm u. dt

De laatste term kom je meestal Proefopzet tegen bij een (water)raket. Aan de foto van de proefopzet ziet men dat het bewegende gedeelte van de ketting (rechts) tijdens de val afneemt en ‘verhuist’ naar de linker-

mv 2 m( L − y ) + 2 ML , 1 2

waarin m en M de massa van de ketting en de springer zijn, en L de lengte van het koord. Men kan deze uitdrukking oplossen als een differenti2 aalvergelijking in v en het resultaat komt dan exact overeen met dat van Kagan en Kott! Voor een Coachmodel is dat echter niet nodig, de versnelling mag gewoon van y en v afhangen.

dm < 0. kant: dt ∑ F = mg

, en u > 0 in de richOmdat ting van de beweging is, moet wel gelden: a > g ! Remco en Niek vergeleken dit verschijnsel terecht met de zweepslag van een dompteur. Het massatransport vindt plaats in de bocht.

40

Vergelijking Pasveer en Muynck/


Resultaten met Coach 6 Coach 6 biedt extra mogelijkheden bij Modelleren en bij Videometen om dit alles met succes te onderzoeken, had Galilei dit maar geweten! Men kan van bovenstaande vergelijking een model maken, zowel tekstueel als grafisch. De resultaten komen nu heel wat beter overeen met het experiment, zoals de figuur toont.

Resultaten

Tijdens de Woudschoten Natuurkundeconferentie 2005 konden de laatste twijfelaars met eigen ogen zien dat het verschil van een los vallend blok en een vallend blok aan een ketting verrassend genoeg, maar voor de deelnemers aan de werkgroep hopelijk inmiddels als verwacht, uitvalt in het voordeel van blok & ketting: de bungeejumper valt zowel in theorie als in de praktijk met een grotere versnelling dan g!

Peter Uylings, AMSTEL Instituut/Bonhoeffer College, Castricum

Referenties [1]N. Dubelaar en R. Brantjes, NTvN 69/10 (2003), 316. [2]H. Biezeveld, The Physics Teacher, 41/4 (2003), 238. [3]F. Pasveer en W. de Muynck, NTvN 69/12 (2003), 394. [4]D.T. Kagan and A. Kott, The Physics Teacher, 34/6 (1996), 368. Signaal28 - Digitaal - september 2007

41

Vooruit! projecten 2005 - 2008 Vooruit! is een subsidieregeling van het Ministerie van OCW met als doel scholen te stimuleren die willen innoveren. De innovatie moet een echte vernieuwing zijn (dus geen "inhaalslag") en direct het leerresultaat van leerlingen ten goede komen. De projecten zijn nu in hun eindfase. Zomer 2004 hebben 265 scholen een projectaanvraag ingediend. Daarvan zijn er 84 gehonoreerd. Het AMSTEL Instituut, UvA, heeft op verzoek een aantal scholen met succes geholpen bij de projectaanvraag. De deel scholen zijn te vinden via de website van het uitvoerend orgaan www.senternovem.nl/beleidsregelvooruit/

Vanuit de organisatie is toegezegd hier resultaten beschikbaar te stellen. Carmel College - Raalte Het Carmel heeft het vak science neergezet dat bestaat uit componenten van natuurkunde, scheikunde, biologie en techniek waarbij is uitgegaan van “leren door doen” (bavo). Hageveld Atheneum - Heemstede Ook hier meer samenwerking tussen sciencevakken en als eerste doel leerlingen vanaf leerjaar 1 te trainen in onderzoeks- en ontwerpvaardigheden. Er zijn lesmodules ‘laboratoriumvaardigheden’ ontwikkeld. Elders in deze Signaal een verslag. St. Michaels College - Zaandam Het Sint Michael heeft voor een deel van het Vooruit!-project GALOIS een stevige innovatieprijs gewonnen in de eerste ronde van de innovatiecampagne 2006: ‘Durven, Delen, Doen’(www.durvendelendoen.nl). 42

GALOIS staat voor het wiskunde project Geïntegreerde Algebraïsche Leer Omgeving In School. Centraal staan de koppeling van een ELO met een Computer Algebra Systemen (CAS) voor ‘intelligente’ feedback aan leerlingen. Denk verder aan de implementatie van wiskundepakketten en het gebruik van digitale materialen zoals applets en digitale toetsen. www.stmichaelcollege.nl/galois/. CVO - Hilversum TechNa (natuurkunde en techniek) Drie scholen werken samen: Comenius College (gym/ath/havo/vmbo-t), De Savornin Lohman vmbo-t en Hilfertsheem Beatrix vmbo. Doel is te bereiken dat leerlingen tot meer activiteit en tot meer verantwoordelijkheid komen voor hun leren. Leerlingen moeten vaker succes kunnen ervaren in het onderwijs. Er is langs drie lijnen ontwikkeld: A. lesmateriaal met doorlopende leerlijn; B. leerlingen uit hogere klassen assisteren in lagere klassen; C. ICT-inzet. Er zijn boekjes voor Bewegen en Elektriciteit (bavo) en mechanicapractica voor bovenbouw in Coach 6. Hulp door leerlingen uit hogere klassen blijkt moeizaam in te roosteren.


Is het idee uitvoerbaar?? Wat leerlingen straks moeten doen wordt eerst zelf uitgevoerd!

Amstel Lyceum en Hervormd Lyceum Zuid - Amsterdam Dataloggers in veldwerkonderzoek. Veldonderzoek doen met behulp van ICT. Op school staat ons onderwijs in schril contrast staat met de werkelijkheid in vervolgstudies! In biologische veldstudies wordt volop gebruik gemaakt van hightech apparatuur en in onderzoek is een pc bij data-analyse al helemaal niet meer weg te denken. Dat is de gedachte waarmee aan dit project is begonnen. Wil je leerlingen een realistischer beeld geven van wat een keuze voor een vervolgstudie als biologie betekent dan moet je de "middelbare school biologie" daar meer bij laten aansluiten. Met dit doel zijn ULAB-dataloggers aangeschaft en protocollen/onderzoeksopdrachten ontwikkeld. In dit project wordt samengewerkt met 'De Praktijk' (www.praktijk.nu); een jong en enthousiast onderwijsbureau voor advisering en ontwikkelen van concepten en lesmateriaal. Resultaten, werkbladen en filmpjes: http://www.cma.science.uva.nl/ Lesmateriaal/ICTrijkveldwerk.

Petrus Canisius College - Alkmaar 1)Sport 2)Waterkwaliteit, beide in 4 Havo. Een belangrijk aspect van deze projecten is het samenwerken van leerlingen uit verschillende profielen. Dit wordt bereikt doordat biologie, natuurkunde, scheikunde en lichamelijke opvoeding (!) deelnemen aan dit project. Uiteindelijk blijkt dat zowel de inbreng van leerlingen met een bètaprofiel als de inbreng van leerlingen met een alfaprofiel van belang is voor een samenhangend en compleet eindresultaat. Ook in dit project is voor een aantal onderzoekjes de ULAB ingezet en is samengewerkt met 'De Praktijk'. Bonhoeffer (SVOK) - Castricum Hier werken drie scholen samen: Jac. P.Thijsse College, het Kennemer College (loc. H/V) en Bonhoeffercollege. Onderzoekend leren in een ICT-rijke leeromgeving (o.a. applets, Coach 6). Er is les-, & practicummateriaal ontwikkeld met ondersteunende simulaties voor natuurkunde en biologie. Verderop in deze Signaal een verslag. Piet Geerke, AMSTEL Instituut

Elders in deze Signaal een verslag. Signaal28 - Digitaal - september 2007

43

Remmen voor its lab! Een mens reageert op prikkels uit de omgeving. Soms is een snelle reactie vereist. In het verkeer kan het snel indrukken van een rempedaal door een automobilist levens redden. Omdat communicatie in het menselijk lichaam tijd kost, is onmiddellijk reageren onmogelijk. Prikkels worden opgevangen door de zintuigen en omgezet in een elektrisch signaal. Dit signaal verplaatst zich via de zenuwvezels naar de hersenen. In de hersenen wordt het binnengekomen signaal verwerkt en opgeslagen. De reactie op de prikkel, het indrukken van het rempedaal, vindt pas plaats als een signaal vanuit de hersenen de spieren bereikt en de spieren zich samentrekken. De bovenstaande tekst hoort bij een practicum dat gaat over de reactiesnelheid in het verkeer, waar de reactietijd van afhangt en hoe je die mogelijk kan beïnvloeden. Een interessante vraag daarbij is hoeveel tijd het ‘denken’ in beslag neemt, ofwel hoe lang de hersenen erover doen een actie te koppelen aan de binnengekomen prikkel. Het beschreven practicum is één van de mogelijkheden van its lab, een initiatief van betapartners (www.betapartners.nl). Het its lab is een practicumvoorziening voor 44

leerlingen vanaf de derde klas havo en vwo waar zij experimenten kunnen uitvoeren. De laboratoria zijn op de Universiteit van Amsterdam, de Vrije Universiteit, de Hogschool van Amsterdam en Hogeschool InHolland. Betapartners is een samenwerkingsverband tussen verschillende scholen en instellingen. Leerlingen die op een betapartnerschool zitten kunnen gebruik maken van its lab en daar bijvoorbeeld een onderzoeks- of ontwerpopdracht uitvoeren. De leerlingen kiezen, met de beschikbare experimenteermogelijkheden, zelf een onderzoeksvraag. Dat its lab in trek is bij leerlingen blijkt uit de cijfers: in het schooljaar 2006/2007 maakten ongeveer 650 leerlingen gebruik van de voorziening. Een succes dus. We hopen in het lopende schooljaar nog meer leerlingen van een goede practicumruimte te kunnen voorzien. Cor de Beurs, AMSTEL Instituut <[email protected]>


Biologie Buiten het Boekje: erfelijkheid en méér Zoals de titel van de gestaag groeiende serie e-learning modules aangeeft, bieden BBB programma’s méér dan de verplichte examenonderwerpen. Standaard schoolbiologie is al leuk, maar meer te weten komen over onderwerpen die volop in de belangstelling staan van wetenschappers en media maakt het vak nog boeiender. In deze Signaal iets meer over het méér in de module “Erfelijkheid, bijvoorbeeld bij de mens” en over de module “Evolutie, bron van biodiversiteit”. Met weldoordachte kruisingsexperimenten, zorgvuldige analyses en helder redeneren heeft Mendel de basisprincipes van de erfelijkheid kunnen doorgronden. Wat menigeen zich niet realiseert is dat Mendel nooit zover gekomen zou zijn als hij de overerving van kenmerken bij mensen, i.p.v. erwten, bestudeerd had. De Mendelwetten gelden weliswaar evenzeer voor ons, maar door tal van factoren zal je bij mensen in veel gevallen geen overtuigende 3:1 uitsplitsingen – en alle variaties daarop – vinden. Het programma legt uit waarom; het vijfde hoofdstuk is geheel gewijd aan het verschil tussen erwten in een kloostertuin en erfelijkheid van alle dag.

Erfelijkheid heeft alles te maken met genen en chromosomen. We gaan niet alleen in op de basisprincipes

van de relatie gen – eiwit – fenotype en de rol van mutaties daarbij (fig. 1), maar besteden ook de nodige aandacht aan chromosomen: hoe kan je elk chromosoom van de mens met een aparte kleur merken (chromosome painting), welke rol speelt het Ychromosoom (fig. 2), hoe werkt Xchromosoom-inactivatie, enz.

Een lastig, maar uiterst boeiend fenomeen vormen geïmprinte genen. Een aantal afwijkingen bij de mens blijken samen te hangen met een bijzonder patroon van genexpressie. Een beperkt aantal genen kunnen alleen maar afgelezen worden als ze overgedragen zijn via hetzij een zaadcel, hetzij een eicel (verschilt per gen). Hoe werkt dat (fig. 3)? Wat zijn de gevolgen daarvan? En wat kan de reden zijn dat zo’n bijzonder patroon van genexpressie bestaat?


45

Hoe is te verklaren dat in sommige families een verhoogde gevoeligheid voor bepaalde ziekten of aandoeningen bestaat? Wat is IQ en in welke mate is intelligentie genetisch bepaald? Ook deze onderwerpen komen aan de orde. Sommige kenmerken, ziekten of afwijkingen komen in bepaalde populaties veel vaker voor dan gemiddeld in de wereldbevolking. Het programma geeft een groot aantal voorbeelden en laat met schema’s, animaties en een experiment zien hoe zulke lokale verschillen kunnen ontstaan (fig. 4).

Zo zijn er nog meer onderwerpen te vinden die (bijna) iedereen interessant vindt, maar waarover weinig te vinden is in de standaard leerstof. De BBB serie verschaft informatie en achtergronden op maat. Wie er aan toe is klikt voor méér, wie vooralsnog genoeg heeft aan de basisstof kan de extra’s zonder problemen overslaan. Navigatie door de programma’s is eenvoudig en glashelder. Om leerlingen te helpen bij het werken met BBB programma’s zijn voor alle modules studievragen gemaakt. U kunt deze vragen en de uitgewerkte antwoorden daarop vrijelijk downloaden van de website: www.science.uva.nl/bbb. Klik op de NL vlag voor de Nederlandstalige versie van de website, daar vindt u studievragen, antwoorden en demoversies van alle modules. Oof Oud, AMSTEL Instituut

46


Biologie Buiten het Boekje: evolutie, bron van biodiversiteit Hoe evolutie zorgt voor een grote diversiteit aan levensvormen is een van de meest fascinerende, maar ook meest complexe onderwerpen in de biologie. Zonder evolutie geen biodiversiteit. Dobzhansky schreef ooit “Nothing in biology makes sense, except in the light of evolution”. Het wetenschappelijk fundament van evolutie en biodiversiteit wordt in de nieuwste BBB module helder uiteengezet. Het interactieve element is daarbij prominent aanwezig. De natuur bestaat dankzij evolutie. Biodiversiteit, de rijkdom die evolutie oplevert, zien we overal om ons heen. De verwevenheid van evolutie en biodiversiteit is ook het kenmerk van de module. Ingebed in het heden, verleden en de toekomst van biodiversiteit komen evolutietheorieën aan de orde. In het evolutie-onderwijs ligt sterk de nadruk op Darwin’s natuurlijke selectie theorie, met berkenspanners en giraffen als markante voorbeelden (fig. 1). Selectie speelt zeker een belangrijke rol, maar de klassieke voorbeelden kloppen waarschijnlijk niet. Bovendien is het zeer de vraag of biodiversiteit alleen met “struggle for life” verklaard kan worden. Een van de aanvullende theorieën is Kimura’s ‘Evolutie door drift van neutrale allelen’.

Het is voor leerlingen vaak moeilijk om zich voor te stellen hoe in de loop van vele generaties de genetische samenstelling van een populatie door selectie en/of toeval verandert en wat de gevolgen daarvan kunnen zijn. Om leerlingen zelf te laten uitzoeken wat begrippen als selectie, adaptatie en fitness betekenen zijn zes DotWorld games opgenomen*. Na elk spel (duur ca. 5 min.) wordt gevraagd na te gaan welke biologische betekenis de uitslag van het spel zou kunnen hebben. Wat zou het betekenen als je de stippen in DotWorld vervangt door prooidieren en de speler hun vijand is? Daarna wordt de onderliggende theorie behandeld.

De betekenis van toevalsfluctuaties, die de kern vormen van Kimura’s theorie, worden duidelijk in een onSignaal28 - Digitaal - september 2007

47

line experiment, waarbij de allelensamenstelling van een kleine populatie over 25 generaties gevolgd kan worden (fig. 2). Fluctuaties in allelfrequenties zijn elke keer dat je het experiment uitvoert weer anders. Naast basiskennis lichten BBB modules ook nieuwe ontwikkelingen toe. Een belangrijk nieuw element in het begrijpen van evolutie is de rol die epigenetische processen spelen (fig. 3). Hoe is het mogelijk dat zich bij Darwinvinken in relatief ‘korte’ tijd zeer verschillende snavelvormen konden ontwikkelen? Hoe zijn vliegende zoogdieren ontstaan? Epigenetische – bouwplan - aanpassingen wijzen de weg.

Kennis van DNA, meiose en mutaties vormen de grondslag van wetenschappelijke evolutietheorieën. De kennis wordt uitgebreid behandeld in de eerder verschenen modules ‘Mitose en meiose ontuld’, ‘DNA en eiwitten’ en ‘Mutaties’. Ten gerieve van de gebruiker zijn essentiële aspecten van DNA, meiose en mutaties samengevat in het hoofdstuk ‘Bronnen van genetische variatie’. Een demoversie van de module kunt u downloaden van: www.science.uva.nl/bbb

Klik op de NL vlag en kies daarna ‘download’. Tevens kunnen de bijbehorende studievragen gedownload worden. Het laatste hoofdstuk koppelt evolutie weer terug naar biodiversiteit. Daarbij is ook ruime aandacht voor het belang van diversiteit in ecosystemen, ontwikkelingen die biodiversiteit bedreigen en de rol die de mens daarbij speelt (fig. 4).

* DotWorld games zijn ontwikkeld door Alex Verkade van ‘de Praktijk’, projectbureau voor natuurwetenschappelijk onderwijs en wetenschapscommunicatie (Amsterdam), Michel van Ast (Hogeschool Utrecht) en Bart Waalen (Bruut design, Tilburg). Oof Oud, AMSTEL Instituut

48


Win een module Biologie Buiten het Boekje Prijsvraag: Herken personen in BBB BBB modules bevatten veel schema’s en foto’s die begrippen en fenomenen illustreren. In de module “Erfelijkheid, bijvoorbeeld bij de mens” vindt u in het hoofdstuk “Gen, fenotype en erfelijkheid” op pagina/scherm 5 extra foto’s van mensen met en zonder kuiltje in de kin. Als u weet welke personen op de twee foto’s te zien zijn maakt u kans op een gratis BBB module. De foto’s stammen uit 2004. Via www.science.uva.nl/bbb kunt u een demoversie van de module downloaden (klik op NL vlag en kies daarna ‘download’). U kunt als docent of TOA zelf het antwoord insturen, of dit namens uw klas doen. Per school dingt maar één antwoord mee.

Van de juiste inzendingen wordt er – willekeurig – één beloond met versie van een BBB module naar keuze. Uw inzending moet de volgende gegevens bevatten: 1. naam van persoon zonder kuiltje in kin, 2. naam van persoon met kuiltje in kin, 3. naam inzender (docent of TOA), 4. naam en adres van uw school.

Stuur deze gegevens (niet meer en niet minder) per e-mail naar: [email protected]

De termijn waarbinnen inzendingen ingezonden kunnen worden sluit op 16 november 2007. De winnaar krijgt z.s.m. bericht en wordt gevraagd welke BBB hij/zij wenst te ontvangen. Over de uitslag van de prijsvraag kan niet worden gecorrespondeerd.

Win met een Scheikundefilm voor Internet Initiatief: Backerfonds - Rijksuniversiteit Groningen en Noordelijke Hogeschool Leeuwarden.

Win € 500 met een door leerlingen gemaakte internetfilm over een organisch molecuul, bijvoorbeeld: aspirine, zeep, plastic, nanomoleculen of parfum. Elke vmbo havo en/of vwo school kan tot 15 januari 2008 een flitsende film van 20 minuten maken met een organisch chemisch molecuul in de hoofdrol. De beste film wordt beloond met een prijs van € 500,- en de eerste 35 inzendingen ontvangen € 250,= als subsidie voor de digitale filmcamera. De internetfilm moet aan enkele voorwaarden voldoen. Ongeveer gelijke aandacht voor het gebruik, voor een experiment en voor informatie over bereiding, werking en afbraak van moleculen. Een experiment met Coach 5 of Coach 6 past prima. Een film over aspirine laat bijvoorbeeld de bereiding in het lab (dat kan ook op school in de scheikundeles), een interview met een drogist of een hoogleraar over de werking van aspirine en een verhaal van een scholier met hoofdpijn zien. Voorwaarden, aanmelden en alle informatie voor deelname via http://webserv.nhl.nl/~stout/Backer.htm. Signaal28 - Digitaal - september 2007

49

Praktijkervaringen met enkele nieuwe mogelijkheden van Coach 6 Nu Coach 6 op de markt is kunnen docenten lesmateriaal ontwikkelen dat de nieuwe functionaliteit in ruime mate benut. In dit artikel leest u wat mijn ervaringen zijn met lesmateriaal waarbij ik gebruik gemaakt heb van een betaversie van Coach 6. Nieuwe functionaliteit Belangrijke aspecten waarvan ik in mijn lessen gebruik heb gemaakt zijn de ondersteuning van html en de uitwisselbaarheid van videobestanden. Beide mogelijkheden vergroten het inzicht en zijn zeer gebruiksvriendelijk. Een leerling kan beter focussen op het onderwerp als een bijpassend applet in het coachproject is opgenomen. Daarnaast wil je bij het zelf maken van filmpjes de leerlingen niet vermoeien met het bewerken van de film en het omzetten van codecs. Zoals wel duidelijk is, zijn er meer dingen veranderd in Coach 6 ten opzichte van Coach 5, daarover kunt u elders in deze Signaal lezen. Voorbeelden In de les laat ik rekenen met soortelijke warmte bij metalen. Leerlingen voeren eerst een simulatie in een activiteit van Coach 6. Vervolgens

50

wordt een meting gedaan. Een blokje metaal wordt enige tijd in kokend water gehouden waardoor de temperatuur op 100 oC komt. Daarna wordt het metaal ondergedompeld in een geïsoleerd bekerglas met water. Uit de eindtemperatuur van het water is de soortelijke warmte van het onbekende metaal af te leiden. Op de foto ziet u de metalen cilinder die wordt opgewarmd tot 100 oC. Wanneer de meting is gedaan, kan vanuit Coach een model worden gemaakt van deze situatie. Door in het model de soortelijke warmte van het onbekende metaal te variëren wordt de juiste eindtemperatuur bepaald. In de grafiek zijn de werkelijke meting en de gemodelleerde meting weergegeven. Er zijn duidelijk twee lijnen te zien, dat maakt de grafiek goed leesbaar. Omdat het nog twee lijnen zijn, blijkt dat de soortelijke warmte van het metaal nog iets hoger moet zijn.


De eindtemperatuur van het water is in werkelijkheid immers iets hoger dan in het model. Het metaal moet dus bij dezelfde temperatuurverschil iets meer warmte afstaan. Verder aanpassen van de waarden in het model levert uiteindelijk een perfect passende grafiek op! In deze activiteit wordt gebruik gemaakt van een applet, een meting en een model. De leerlingen krijgen dus op verschillende manieren met hetzelfde fenomeen te maken. Hierdoor blijft de theorie beter hangen, elke werkvorm op zich bevat genoeg herhaling om houvast te bieden maar ook voldoende nieuwe onderdelen om nog uitdagend te zijn. Een tweede voorbeeld dat ik wil noemen is het maken van plaatstijdgrafieken met behulp van Videometen. Doordat Coach 6 met veel meer videoformaten overweg kan dan Coach 5 hoeft u geen videobestanden meer te bewerken. Een leerling kan in een les een filmpje opnemen en het

dan direct zonder tussenstappen inlezen in Coach 6. De camera op de computer aansluiten en rechtstreeks opnemen in Coach 6 is ook mogelijk! Met een losse camera (zonder computer die er aan hangt) ben je echter veel flexibeler en kun je op meerdere plekken opnemen. In dit geval kun je ook weer geschikte applets combineren met de werkelijke metingen (zie afbeelding). In de linker bovenhoek het filmpje van een leerling die door de kantine rent. Daaronder de plaatstijd grafiek van deze beweging zoals Coach die weergeeft. In het rechter scherm zien we een applet dat over

Signaal28 - Digitaal - september 2007 Schermafbeelding van het Coach 6 bestand.

51

dezelfde soort beweging gaat. Vanuit het applet krijg je een grafiek aangeboden en het is de bedoeling om het groene karretje precies de in de grafiek weergegeven beweging uit te laten voeren. Het is aan de docent om te bepalen in welke volgorde de leerlingen deze twee onderdelen uitvoeren. Een voor de hand liggende keuze is om de ene helft van de groep eerst te laten filmen en dan met de andere groep achter de PC te gaan zitten om de appletopdracht uit te voeren. Voor beide deelopdrachten is 20 minuten ruim voldoende. Mening van leerlingen en docenten De leerlingen waarderen de variatie aan werkvormen. Daarnaast is er een groep leerlingen die opleeft als de computer wordt ingezet in het onderwijs. Het is goed om te zien dat de

kleine groep die enige aversie heeft tegen de computer goed uit de voeten kan met Coach 6. Dit komt omdat het programma een stuk gebruiksvriendelijker is, omdat medeleerlingen een handje helpen en ook omdat binnen de instructie aandacht besteed wordt aan de bediening van Coach 6. Voor een docent biedt de nieuwe functionaliteit van Coach 6 nieuwe mogelijkheden die nog verder verkend moeten worden. Dit vraagt enige investering in tijd maar dat verdien je ruimschoots terug. In aangepaste vorm gebruik ik de hier besproken bestanden ook dit schooljaar weer. Ik houd me van harte aanbevolen voor opmerkingen en vragen. Ron Vonk, AMSTEL Instituut / A. Roland Holst College, Hilversum

De nano2 gaschromatograaf en Coach 6 De nano2 gaschromatograaf wordt standaard geleverd met een Coach 5 en een Coach 6 project op CD-rom. Wie al een nano2 (of nanoGLC) in gebruik heeft, kan de Coach 6-activiteiten downloaden van nano2.nl Nieuwe mogelijkheden De nieuwe mogelijkheden van Coach 6 nodigen uit tot het optimaliseren van de activiteiten. Met de RTF-editor (het tekstvenster) wordt het mogelijk om de instructie bij de proef helder en overzichtelijk te presenteren. Bovendien kunnen in hetzelfde tekstvenster nu foto’s en afbeeldingen worden toegevoegd zodat alles nog efficiënter kan worden ingedeeld. Omdat het aantal en het formaat van de vensters in Coach 6 vrij instelbaar 52

zijn, kan een experiment nóg beter worden gepresenteerd. Verbeterde activiteiten De activiteiten die de gaschromatograaf voor Coach 5 beschikbaar waren zijn bewerkt, waarbij bovengenoemde mogelijkheden van Coach 6 optimaal worden benut. Vooral de activiteit Demo GC heeft grote veranderingen ondergaan. Het grootste deel van het venster wordt in beslag genomen door het diagram. Tijdens het chromatograferen moet


het diagram schermvullend worden gemaakt. Als je het diagramvenster weer kleiner maakt wordt aan de zijkant een rij met zes kleine venstertjes zichtbaar waarin schema's, een retentietijdentabel, foto's en chromatogrammen van 'echte GC's' (de contexten) zitten. Door deze vensters één voor één schermvullend te maken ontstaat een powerpointachtige ondersteuning van de demonstratieles.

Nieuwe activiteiten Er is ook een aantal geheel nieuwe activiteiten aan het nano2/Coach 6 project toegevoegd. GC Simulator is een model waarin de werking van de gaschromatograaf (of chromatografische systemen in het algemeen) wordt nagebootst. Als beginwaarden kunnen de hoeveelheden van twee stoffen in het te injecteren mengsel en hun verdelingscoëfficiënten over de mobiele- en stationaire fasen worden ingevoerd. Coach berekent vervolgens het chromato-

gram. Voor deze activiteit heb je dus geen GC nodig. Retentietijdentabel is een activiteit waarmee volgens een stap-voor-stap instructie een tabel en een diagram worden gemaakt van de relatie tussen kookpunt en retentietijd van apolaire stoffen op een apolaire kolom. Met deze activiteit kan een tabel worden gemaakt die past bij een specifieke combinatie van pomp en kolom. De gegevens van deze tabel kunnen vervolgens worden gebruikt voor de retentietijdentabellen in de demoproef-, de aanstekergas-activiteit en de handleiding van de nano2. Overlappingsgraad is een modelactiviteit waarmee de overlappingsgraad (een maat voor het scheidend vermogen van een chromatografisch systeem) kan worden berekend. Als beginwaarden voer je de coördinaten van twee overlappende pieken en van het dal er tussenin. Coach berekent vervolgens de overlappingsgraad (O). Downloaden Wie nu een nano2 aanschaft vindt de Coach 6 activiteiten op de bijgeleverde cd-rom. Collega’s die al langer een nano2 (of een andere GC die op Coach werkt) bezitten kunnen de activiteiten downloaden van: http://www.nano2.nl Frans Killian, Nano 2


53

ICT-rijk Veldwerk: naar buiten met Coach Veldwerk zonder schepnet, determinatietabel of verrekijker, maar met een datalogger. Leerlingen uit de bovenbouw van het Amstellyceum in Amsterdam deden voor biologie veldwerk met de computer. Precies zoals in de wetenschappelijke praktijk: een experimentele opzet bedenken, programmeren, metingen uitvoeren, data inladen en interpreteren. De opdracht in dit VoorUit!-project was de kwaliteit van het water op verschillende plaatsen rondom de school te meten. De leerlingen gebruikten hiervoor Coach 5 en de bijbehorende ULAB: een draagbare datalogger waaraan alle Coach-sensoren kunnen worden gekoppeld. In deze les is de ULAB gebruikt om de temperatuur, zuurstofcapaciteit, opgeloste zouten en pH van het water te meten. Met behulp van Coach 5 konden alle verzamelde data op de pc worden geanalyseerd.

In de eerste les hebben de leerlingen hun datalogger geijkt, hun proefopzet in Coach ingevoerd en zijn ze op pad gegaan om waterkwaliteit te meten. Een paar leerlingen voerden hun metingen uit in ondiep water in het Oosterpark, terwijl anderen zich waagden aan de brede, diepe Singelgracht. Voorzichtig werden de sensoren in het water gehangen en zachtjes heen en weer bewogen. Voor elk onderdeel (temperatuur, zuurstofcapaciteit, opgeloste zouten en pH) werden 54

meerdere ‘runs’ (datasets) uitgevoerd en opgeslagen op de ULAB. In de volgende biologieles werden de metingen geanalyseerd. De ULABs werden op de computer aangesloten en de gegevens ingeladen. Al snel verschenen de eerste grafieken en tabellen op de computerschermen. Soms doken ongeloofwaardige grafieken op met bijv. een onwaarschijnlijke temperatuur.

Het opnieuw laten berekenen van een ‘run’ loste de problemen in de meeste gevallen op. Leerlingen vergeleken onderling hun resultaten. Huiswerk is het maken van een verslag. Tijdens de eerstvolgende biologieles gaan de leerlingen terug naar de waterkant, om er waterdiertjes op te vissen en te kijken hoe het met de biotische factoren gesteld is. Ouderwets veldwerk, mét schepnet en determinatietabel. Miranda Jansen, De Praktijk <[email protected]>. www.cma.science.uva.nl/ Lesmateriaal/ICTrijkveldwerk


De invloed van de concentratie op de reactiekinetiek volgen met Coach 6 Het botsende-deeltjes-model wordt vaak met behulp van enkele practica verduidelijkt. Er zijn meerdere voorbeelden aan te dragen van experimenten waarbij de invloed van de temperatuur of de verdelingsgraad wordt bestudeerd. Hieronder volgt een beschrijving van een Coach-activiteit waarbij de relatie tussen de concentratie en de reactiesnelheid wordt bekeken. Ook wordt een aantal suggesties voor variaties gedaan. Een vrij eenvoudig uit te voeren experiment is de redoxreactie tussen magnesium en zoutzuur. De voortgang van de reactie kan in Coach worden gevolgd door gebruik te maken van een draaihoeksensor. Het (waterstof-)gas dat bij deze reactie wordt gevormd, wordt namelijk opgevangen in een gasmeetspuit die verbonden is met de draaihoeksensor. Het gevormde waterstofgas verplaatst de zuiger van de gasmeetspuit en deze verandering wordt door de

draaihoeksensor geregistreerd. Door bijvoorbeeld de concentratie van het zoutzuur te variëren kan het effect van de concentratie op de reactiesnelheid worden onderzocht. In Coach kunnen meetresultaten van diverse experimenten in één diagram worden getoond waardoor leerlingen (snel) kunnen beoordelen wat het effect is van een concentratieverandering van een van de reactanten. Er is een tal van variaties op bovenstaand experiment mogelijk. Zo kan


55

het model vrij eenvoudig worden aangepast en kunnen de leerlingen: - de invloed van de verdelingsgraad op de reactiesnelheid bestuderen door de fijnheid van de stukjes magnesium te variëren; - de relatie tussen de temperatuur en de reactiesnelheid onderzoeken; - nagaan welke sensoren geschikt zijn om een uitspraak te doen over de invloed van één van de factoren op de reactiesnelheid

(zoals een geleidbaarheidsensor of een pH-sensor). Deze activiteit sluit onder andere aan op de lesstof van paragraaf 8.1 t/m 8.2 van Pulsar-Chemie, vwo bovenbouw, scheikunde 1, deel 1. Uiteraard is ook in andere methoden eenvoudig aansluiting te vinden. Peter Keeven, AMSTEL Instituut/ Keizer Karel College, Amstelveen

De geleiding van elektrische stroom door zoutoplossingen volgen in Coach Eigenschappen van vloeistoffen waarin zouten al dan niet zijn opgelost worden vaak getoond met behulp van practica. Hieronder volgt een beschrijving van een Coach-activiteit die als basisactiviteit kan worden gebruikt en eenvoudig kan worden aangepast om een groot aanbod van practica met Coach te creëren. Bij experimenten ter verduidelijking van eigenschappen van een zoutoplossing wordt vaak de geleiding van de elektrische stroom in de vloeistof gemeten. Het geleidingsvermogen kan in Coach worden weergegeven door gebruik te maken van de geleidbaarheidssensor. De Coach-activiteit kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het verschil in de geleiding te koppelen aan de oplosbaarheid van een zout. Zo beschrijven diverse leermethoden bij het behandelen van zoutchemie practica waarin leerlingen een gelijke hoeveelheid van verschillende zouten oplossen en daarbij het geleidingsvermogen meten. 56

In een vergelijkbare activiteit is aan te tonen dat de geleiding van de elektrische stroom in een verzadigde zoutoplossing verhoogd kan worden door een ander, goed oplosbaar zout toe te voegen. Een conductometrische bepaling kan worden uitgevoerd door simpelweg een klein aantal aanwijzingen in de activiteit door te voeren. Het diagram dat wordt verkregen bij het toedruppelen van een bariumhydroxideoplossing aan een koper(II)sulfaatoplossing roept voldoende vragen bij de leerlingen op. Daarnaast kunnen leerlingen onderzoeken in hoeverre een lichtsensor voldoet om een conductometrische bepaling te volgen.


Deze activiteit maakt gebruik van het experiment beschreven in PulsarChemie, vwo, bovenbouw, scheikunde 1, deel 1, pagina 24, opdracht 57. Uiteraard is ook in andere methoden eenvoudig aansluiting te vinden.

Peter Keeven, AMSTEL Instituut/ Keizer Karel College, Amstelveen

Hoe snel zakt water weg in de grond? In het kader van het Vooruit!-project is op het Bonhoeffercollege een serie opdrachten uitgewerkt waarin de relatie tussen experiment en theorie benadrukt wordt. Eenvoudig onderzoek wordt gebruikt om een Grafisch Model op te stellen. Ontworpen voor de bovenbouw, maar het lijkt ook in de 3e klas goed te lukken. Onderzoeksvraag Het heeft geregend en er zijn plassen ontstaan op het pad. Hoe snel zal dat water verdwijnen? In de klas doen wij een proefje om het wegzakken te meten. Daarna worden de gemeten waarden vergeleken met de modelwaarden.

In de trechteropening worden watten gelegd. Vervolgens wordt de trechter met 50 gram zand gevuld. Op het zand wordt 50 ml water gegoten. Het water zakt door het zand en belandt in de maatcilinder. Iedere 10 sec wordt gemeten hoeveel water er in de maatcilinder staat.


57

Een Grafisch Model opstellen Om het proces in een model te beschrijven worden toestandsvariabelen ingevoerd voor het water_in_trechter en voor het water_in_maatcilinder. Deze twee waterhoeveelheden worden met elkaar verbonden met de ‘stroom’pijl. Deze geeft het uitstromende water weer. Omdat de uitstroom afhangt van het water dat er nog in de trechter zit wordt een ‘relatie’-pijl getrokken van water_in_trechter naar ‘stroom’. Doorlaatbaarheid Het komt er op aan nu te ontdekken hoe snel het water kan wegstromen. Iedere grondsoort heeft een eigen doorlaatbaarheid. In het model wordt aan de ‘stroom’ een ‘doorlaatbaarheidfactor’ gekoppeld via een ‘relatie’-pijl. De doorlaatbaarheid moet je proefondervindelijk vaststellen. Als je bij ‘doorlaatbaarheid’ 0,08 invult, betekent dit dat er per tijdseenheid 8% van het volume in de trechter naar de maatcilinder verplaatst. Door tenslotte de waarde van de factor in het model zo te veranderen dat de modelgrafiek overeenkomt met de gemeten grafiek wordt de doorlaatbaarheid van de grondsoort gevonden! Ook een 3e klas leerling komt hier uit. 58

Nodig: trechter, watjes, maatcilinder en een grondsoort, in dit geval zand. Tijd (s)

Water in maatcilinder (ml)

0

0

10

16

20

28

30

34

40

39

50

41

60

42

70

43

Peter Uylings, AMSTEL Instituut, Bonhoeffercollege


Nieuwe bètalokalen Het nieuwe schooljaar begon goed voor de docenten en leerlingen in de Bètavakken op het Fons Vitae Lyceum in Amsterdam. Zij hebben een nieuw gebouwde vleugel gekregen waarin alle natuurkunde-, scheikunde- en biologielessen gegeven worden. Piet Molenaar, natuurkundedocent, vertelde over de opzet van de vleugel. Ieder vak heeft twee lokalen tot zijn beschikking met daartussen een ruimte voor de TOA en een ruimte waar leerlingen zelfstandig aan de slag kunnen. Bovendien zijn er twee grote science-ruimtes van 120 m² waarin een groot aantal computers staat waarop CoachLabs zijn aangesloten. De leerlingen kunnen hier zelfstandig aan de slag. Ook kan er in dezelfde

ruimte instructie worden gegeven aan een kleine groep leerlingen. Docenten, leerlingen en TOA’s zijn erg te spreken over de nieuwe situatie. Een leerling zei: “Het is fijn werken in het nieuwe gebouw!” Volgens docenten is de situatie opener en lopen docenten en TOA’s gemakkelijker bij elkaar naar binnen om iets te pakken of te vragen. Dat moet ook voor leerlingen gaan gelden, maar waar vooral naar gekeken zal worden, is of de leerlingen aan elkaar science gaan

doorgeven. Voor nu een prachtige opzet waar iedereen blij mee is en een kroon op het werk van de nestor…..Piet Molenaar. Ook op andere scholen is steeds vaker een Bètavleugel of een speciale science-afdeling aanwezig.

Natuurlijk hangen er elektronische ‘active boards’ in de labs waarop bijvoorbeeld direct de Coachschermen worden bediend. Open dag Fons Vitae Nieuwsgierig naar de nieuwe bèta vleugel van het Fons Vitae Lyceum? Op 12 oktober is een open dag, u bent van harte welkom! Gerda Manneveld & Johan van de Ridder, AMSTEL Instituut ,


59

Coach 6 in Batech en Pulsar Het gebruik van ICT en van Coach in het bijzonder wordt door auteurs in steeds meer leerboeken beschreven. In deze rubriek bespreken wij enkele ontwikkelingen zoals wij die waarnemen. Van ouds hebben o.a. Scoop en Banas al veel opgaven of practica met Coach opgenomen, in Stevin wordt dat volgehouden. In Pulsar en BATECH troffen wij al practica voor Coach 6 aan. Anderen zullen zeker volgen, u kunt dit volgen door o.a. websites van uitgevers te bezoeken. BATECH is een nieuwe techniekmethode en is het tweelingzusje van BANAS, nu voor een geïntegreerd aanbod van de binask-vakken en techniek. In beide methodes is een uitgebreide, in het lesmateriaal opgenomen, ict-component met in verhouding veel practica met Coach. Meetpractica worden aangeboden in Coach 6, ook uitvoerbaar in Coach 5. Men lijkt aan te sluiten bij een ontwikkeling die wij op veel scholen zien: de integratie van natuurkunde en techniek of het vormen van een vak ‘science’ (Mens en Natuur). Men gebruikt als ict-componenten: Videopractica (o.a. School-tv) Meetpractica met Coach Stuurpractica met Coach Elektriciteitspractica met ElektriX Systemen bouwen en ontwerpen met Systeembord - Zoekopdrachten op Internet - Toetsen in Wintoets -

IJken van de temperatuursensor www.batech.eu 59a

Pulsar heeft zowel voor scheikunde als voor natuurkunde een serie practicumopdrachten met Coach beschreven. In het leerboek Chemie worden de computerpractica nog algemeen geformuleerd, begrijpelijk van uit het standpunt van een uitgever. Voorbeelden zijn reactiekinetiek en conductometrische bepalingen. Voor natuurkunde zijn er duidelijk meer mogelijkheden voor computerpractica en is er een langere lijst met beschreven opdrachten. O.a.: -

Plaats- & Snelheidsgrafieken maken Grafieken nalopen Vallende kegel Videometen aan een kegel Slingerende bal Bepalen geluidssnelheid Onderzoek versnellend karretje Onderzoek bewegend karretje Meten aan varend bootje De wet van Ohm

Omdat Coach 5 op de meest scholen aanwezig is, heeft de uitgever zich bij de praktijk aangesloten. Deze practica zijn al beschikbaar voor Coach 6 zodat u ze niet zelf hoeft om te zetten. Op de website voor Pulsar staan de beschreven practica klaar in zowel Coach 5 als in Coach 6 voor de nieuwe uitgaven havo en vwo. www.pulsarnatuurkunde.wolters.nl

Cursusoverzicht Het AMSTEL Instituut organiseert verscheidene cursussen. Het accent ligt op uitvoering bij u op school of begeleiding gedurende een cursusjaar (ICT-project). De meest recente informatie over het gehele cursusaanbod kunt u vinden op de site: http://www.cma.science.uva.nl/nascholing/agenda.htm Hier kunt u ook inschrijven. Informatie aanvragen kan via [email protected]. Geld: scholen ontvangen per jaar ca. € 600 per formatieplaats om te besteden aan nascholing – wanneer de sectie of een bèta-cluster een meerjarenplan maakt, is een maatwerkcursus op school zonder problemen te financieren.

Gebruikersbijeenkomsten (gratis) Doelgroep: Docenten, TOA’s natuurkunde, scheikunde, biologie, techniek. Uitwisseling over gebruik + mogelijkheden van Coach 5/6 en CoachThuisversies voor H/V en VMBO, hardware, lesmateriaal en nieuwe producten. Informatiebijeenkomst Coach 5/6 Amsterdam Amsterdam

di 25/9/07 di 29/1/08

14.00-16.00 u 14.00-16.00 u

Op verzoek organiseren wij ook een bijeenkomst bij u op school wanneer daarvoor voldoende belangstelling is, bijv. voor enkele scholen uit uw regio.

DOE-dag: Werken met Coach 5/6 Doelgroep: Docenten en TOA’s natuurkunde, scheikunde en biologie. U voert basispractica uit met de standaard hardware en software van CMA voor computerpractica. In deze cursus werken wij met kant en klare practica. Met nadruk op (leren) aansluiten van opstellingen, gebruik en instellen van de sensoren. De cursus is startpunt voor een invoeringsplan, aanschaf, practica). Werken met Coach 5/6

Prijs: € 215

Amsterdam Amsterdam Amsterdam Leeuwarden Leeuwarden

9.30-16.30 u 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

60

do 11/10/07 do 13/ 3/08 di 15/ 4/08 do 31/ 1/08 di 8/04/08

DOE Dag: Coach 5/6 Projecten maken/organiseren Doelgroep: Docenten en TOA’s natuurkunde, scheikunde en biologie. Vervolg op ‘Werken met Coach 5/6’ Coach bevat gereedschappen voor het maken van computerpractica (teksten, afbeeldingen, instellingen) en vervolgens beheren per klas (open of gesloten gebruiken; toegang via wachtwoord, bestandsbeheer). Ontwerp/maak/schrijf en organiseer uw eigen serie practica. Aandacht voor geavanceerd gebruik van tabellen/diagrammen en analyseren van meetresultaten; al enige kennis is nodig! Vervolg Coach5/6 Proj.&Profielen € 215 Amsterdam Amsterdam

di 27/11/07 di 22/ 4/08

9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

Gebruikersdagen Coach 5/6 Uitwisseling & Tips bij gebruik in de les. Alle dagen zijn in Amsterdam, Prijs: € 50 Doelgroep docenten & toa’s - aparte TOA-dagen: TOA’s Coach 5/6 TOA’s Coach 5/6

do 4/10/07 9.30-16.30 u di 19/ 2/08 9.30-16.30 u do 17/ 4/08 9.30-16.30 u do 15/ 5/08 9.30-16.30 u

Applets: Simulatie met applets Doelgroep: Docenten/TOA BiNaSk Een cursus met veel tips over het gebruik van simulaties in de les, zoals applets en physlets,. Waar kunt u ze vinden, hoe kunt u ze aanpassen en hoe plaatst u deze op een website voor direct gebruik door uw leerlingen.


In de vervolgcursus ‘Applets aanpassen en ontwerpen’ gaan wij dieper in op de technische aspecten. Aan de orde komen javascript-codes en gereedschappen om eigen applets op te zetten. Applet–cursussen

Prijs: € 215

Simulaties met Applets Amsterdam

di 6/11/07

9.30-16.30 u

Vervolg Applets aanpassen/ontwerpen Amsterdam

do 10/ 4/08

9.30-16.30 u

Coach 5/6 bij Natuurkunde, Biologie en Scheikunde Doelgroep: Docenten en TOA’s natuurkunde/biologie/scheikunde. Bedoeld voor secties die de ICT-toepassingen in de Basisvorming of Tweede Fase vorm willen geven. Coach gebruiken bij het meten en verwerken van gegevens met de computer. Het accent ligt op het uitvoeren van practica. Omdat er op school steeds meer samenwerking tussen secties is, wordt deze cursus gelijktijdig geven voor zowel natuurkunde, scheikunde als biologie docenten/toa’s waarbij u toch eigen vakpractica uitvoert. Kern van deze cursus vormen de kant en klare leerling-activiteiten voor de aparte vakken. Aandacht voor hoe proeven te wijzigen, te kopiëren en te organiseren in Coach. Coach 5/6 bij Natuurkunde, Biologie en Scheikunde (2 dgn) Prijs: € 475 Amsterdam

20 + 22/5/08 9.30-16.30 u

Invoeringstraject ICT & Coach 6 Vaak komt het er toch niet van om de ideeën voor ICT-practica (in brede zin) en toepassingen met Coach daadwerkelijk sectiebreed in te voeren. Dat lukt wel wanneer wij u gedurende een jaar regelmatig ondersteunen. Wij integreren de nascholing met voorbereiden, aanschaffen, uitvoeren en het organiseren op aanvraag van concrete practica:

Video-meten & Examen-organisatie Doelgroep: docenten/toa’s – BiNaSk, Wi. Met meten aan een videofilmpje doen leerlingen onderzoek aan de gefilmde werkelijkheid. U krijgt technische tips en u maakt opnames met webcam en digitale fotocamera. Coach 6 biedt nu ook auto-trace, perspectiefcorrectie etc.. Het plan is de computer vanaf 2007 op het examen te gebruiken (IMEX). U kunt proefexamens VMBO/H/V Videometen hier oefenen en wij informeren u over de praktijk van Examenorganisatie. Video-meten Amsterdam Amsterdam Amsterdam

Prijs: € 215 do 8/11/07 di 4/ 3/08 do 29/ 5/08

9.30-16.30 u 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

Besturing bij Techniek Doelgroep: Docenten en TOA’s techniek U werkt met kant en klare leerlingpractica en vaste modellen, waaronder de bouwdozen van Fischertechnik of van LEGO Dacta: en RCX (dag 1). En u kunt uw eigen modellen bouwen en automatiseren in Coach (Systeembord, CoachLab, Fischer en/of LEGO (dag 2). Prijs: 2 dagen € 475

1 dag € 245

Amsterdam di 20/5/08 (dag1) do 22/5/08 (dag2)

9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

U kunt inschrijven voor 1 of 2 dagen! (Grafisch) Modelleren Bedoeld voor docenten/toa’s BiNaSk. Voor simulaties en hypothesetoetsing kunnen er in Coach 6 modellen worden gemaakt in tekstmode en in grafische mode (wij denken beter dan Powersim). (Graf.) Modelleren Amsterdam Amsterdam Amsterdam

do 15/11/07 do 6/ 3/08 di 3/ 6/08

Prijs: € 215 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

Wiskunde en Coach

op aanvraag

Cursus bij u op school

op aanvraag


61

Hoe werkt ’n computer nu precies? Doelgroep: Docenten Informatica, Natuurkunde en NLT Hoe werken programmeerbare elektronische apparaten? Wat gebeurt er met de "hardware" als een programma wordt uitgevoerd? Hoe kunnen scholieren zelf schakelingen ontwerpen? Deze cursus geeft hier antwoord op. Het materiaal bestaat uit de basismodule en de verdiepingsmodule. Deze modules zijn ontwikkeld voor het voortgezet onderwijs voor het vak Informatica. Een deel van het materiaal wordt gebruikt bij de NLT-module "Digitale techniek". Bij de practica wordt gewerkt met SIMPL. Dit is een auteursomgeving om zowel digitale componenten als kleine programmeerbare systemen te construeren en te simuleren. Zie voor SIM-PL : www.science.uva.nl/amstel/SIM-PL/ Hoe werkt een comp.? Prijs: € 100 (bij deelname aan beide modulen € 180) Basismodule Amsterdam di 20/11/07 Amsterdam wo 12/12/07 Amsterdam ma 25/ 2/08 Verdiepingsmodule Amsterdam wo 19/ 3/08

14.30-19.00u 14.30-19.00u 14.30-19.00u 14.30-19.00u

Robots NXT basiscursus Doelgroep: Docenten en Toa’s NLT, Informatica, Techniek Robotjes bouwen met de nieuwe Lego Mindstorms NXT. Leerlingen vragen er om. In onze cursus leert u de basismodellen kennen en ook welke andere modellen u kunt bouwen en hoe u deze moet programmeren. U leert ook welke voorbereiding nodig is, hoeveel (les)tijd het kost. Na een korte introductie bent u vooral zelf aan het werk en krijgt u van ons de noodzakelijke instructies en alle nodige hulp. U kunt de nieuwste typen sensoren gebruiken zoals de kompas-, versnelling- en kleurensensor. 62

Robots NXT basis Amsterdam Amsterdam

Prijs: € 130

ma 8/10/07 13.30-16.30u ma 5/11/07 13.30-16.30u

Robots NXT – Vervolgcursus Er zijn veel meer mogelijkheden voor Robotjes met de NXT dan dat u in één middag kunt oefenen. Tijdens deze middag heeft u tijd om meer met de NXT te doen en is er extra uitleg. Robots NXT - vervolg Prijs: € 130 (bij deelname aan beide modulen € 220) Amsterdam

do 24/ 1/08

13.30-16.30u

RoboCup Junior Doelgroep: geïnteresseerde docenten VO en bonvenbouw Basisonderwij.s RoboCup Junior is een competitie met robots voor het basis- en voortgezet onderwijs. RoboCup Junior stimuleert het uitwisselen van kennis, communicatie en teamwerk. Schoolteams bouwen en programmeren robots om te spelen tegen andere teams in één van de drie robot uitdagingen: Dansen, Redden en Voetbal. Er mag gebruik worden gemaakt van ieder soort robot en software, maar Lego is in Nederland favoriet. Kijk op www.robocupjunior.nl . Ter voorbereiding op de RoboCup wedstrijden kunnen docenten een korte cursus volgen, één of twee middagen, om te leren omgaan met het materiaal. Docenten leren hier de robotjes te programmeren voor één van de cursussen: Dansen, Redden of Voetbal. Op deze cursus gebruikt u ons materiaal, u hoeft dat nog niet zelf te hebben aangeschaft. Robocup Jr. Prijs: € 100 Cursusdata: (13 .30-16.30 uur) Nieuwe data nog niet bekend, zie website. Op locatie: Voor een Team of voor een grotere groep kan de cursus ook op uw school gegeven worden!


AMSTEL Instituut Kruislaan 404 - 1098SM Amsterdam - 020 5255886 E-mail: [email protected] www.science.uva.nl/amstelinstituut/

Het AMSTEL Instituut organiseert Seminars over nieuwe mogelijkheden die ontstaan in de betavakken. AMSTEL geeft ook Cursussen en houdt Gebruikersbijeenkomsten over metenanalyseren en sturen-regelen en wij organiseren Nascholing computerexamens, ook bij u op school. Het AMSTEL Instituut heeft ervaring in de ontwikkeling van onderwijs in bètavakken en techniek: lesmateriaal, practica en vakspecifieke ICT-toepassingen, leerplannen en leerlijnen, ook vakoverstijgend, projectvoorstellen en subsidieaanvragen nascholing, ook bij u op school. Het AMSTEL Instituut heeft expertise op de volgende gebieden. Didactische benaderingen ICT en bètaonderwijs Zelfstandig leren Examens met de computer Onderzoekend leren Videometen en Modelleren Ontwerpend leren Besturingstechniek Blended learning Elektronische leeromgeving Afstandsleren en nascholing op afstand Samenhang in en buiten het onderwijs Schoolbeleid, aansluiting vervolgonderwijs Vakkenintegratie Onderwijsontwikkeling in netwerken Leerlijnen in ontwikkeling van concep Bètapartners ten en vaardigheden Acquisitie en management landelijke en Aansluiting tussen curricula onderbouw, internationale projecten bovenbouw en hoger onderwijs Wanneer u met medewerkers van het AMSTEL Instituut wilt overleggen over vernieuwing van het onderwijs in de bètavakken bij u op school kunt u contact opnemen met Cor de Beurs [email protected] of Piet Geerke [email protected] of Maarten Pieters [email protected].


63

Leveringsvoorwaarden en Prijzen Alle productprijzen in deze Signaal zijn exclusief BTW. Prijswijzigingen voorbehouden. Verzend- en administratiekosten brengen we als volgt in rekening: Bij bestellingen van minder dan € 230 (excl.): € 13, € 230 of meer (excl.): geen. Bij bestellingen boven € 2300 (excl. BTW) geldt een korting van 5%.

De 5%-korting geldt niet voor LEGO DACTA, niet voor pakketten met korting en niet voor aanbiedingen. Wij verzoeken u te bestellen door middel van een bestelformulier. Er geldt een levertijd van 3-4 weken. U wordt verzocht pas te betalen nadat u de factuur hebt ontvangen, onder vermelding van het factuur- en het debiteurnummer.

Bestellingen kunt u richten aan: Stichting CMA Kruislaan 404 1098SM Amsterdam [email protected]

Fax: (020) 5255866 Telefonische informatie via de administratie: (020) 5255869 van 14.00 - 16.30 uur Helpdesk: Vragen kunt u stellen via onze website of E-mail: [email protected] Actuele prijzen, productoverzicht, ondersteuning, FAQ e.d. en aanvragen van Signaal op uw naam: http://www.cma.science.uva.nl/ Wilt u deze Signaal na het lezen ook aan uw collega’s uit de andere natuurwetenschappelijke/wiskunde en technische secties doorgeven.

Stichting CMA “Centrum voor Microcomputer Applicaties” CMA is verbonden met het AMSTEL Instituut van de UvA. CMA is een non-profit organisatie die onderzoek en ontwikkeling van het gebruik van informatietechnologie in de natuurwetenschappelijke en technische vakken bevordert. 64


Signaal. Coach 6. Deze Signaal is bestemd voor docenten en toa s in de natuurwetenschappelijke vakken en wiskunde

Recommend Documents