Signaal. Veranderingen. Deze Signaal is bestemd voor docenten en toa s in de natuurwetenschappelijke vakken, wiskunde, techniek

Signaal Science & Wiskunde juni 2009, nummer 30 Uitgave van het AMSTEL Instituut en de Stichting CMA over nieuwe producten en ontwikkelingen in ICT-onderwijs voor de Bètavakken

Veranderingen

Nummer 30! Een jubileum! In januari 1989 verscheen het eerste nummer van Signaal, meer flyer dan tijdschrift. Nu, ruim 20 jaar en 30 Signaals later, is het uitgegroeid tot een bètabreed tijdschrift over Meten en Analyseren m.b.v. de computer en al wat daarmee samenhangt. Het is tevens de laatste in deze vorm. Niet de laatste Signaal dus, maar wel de laatste op papier.

Ontstaan vanuit de afdeling Didactiek Natuurkunde is het AMSTEL Instituut nu een groep waarbij collega’s uit alle bètavakken werken. Wij zijn zogezegd ‘groter gegroeid’. In april zijn wij ingetrokken in de nieuwbouw van de FNWI (Faculteit voor Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica) in het Science Park van de UvA. Ons nieuwe adres: Science Park 904 ~ Postbus 94224.

Signaal wordt vanaf 2010 digitaal!

www.science.uva.nl/amstel

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

Inhoudsopgave

reacties op deze Signaal (o.v.v. S30) kunt u mailen naar: [email protected]

Artikelen zijn digitaal te bestellen op onze website. Coach 6 in de praktijk CMA: toen, nu en straks .............................................................................................................3 its labs – onderwijs voor de hele klas op de universiteit en hogeschool.....................................5 Videometen en modelleren van een val met versnelling groter dan g ........................................6 Hoe hangt een slinky? .................................................................................................................9 Modelleren van een wachtrij.....................................................................................................14 Nieuwe en vernieuwde CMA artikelen.....................................................................................17 CMA Mentor een nieuwe interface/datalogger.........................................................................20 Tips en Trucs Coach 6 ..............................................................................................................22 Coach op de open dag van het Erfgooierscollege .....................................................................25 Meten met synchrone video ......................................................................................................26 QTC – Quantum Tunnelling Composite...................................................................................28 Lesmateriaal voor Coach 6 op de CMA-site.............................................................................30 Proefjesdag Cuneraschool Basisschool! ...................................................................................31 De waterraket - het andere PO op het Sancta Maria Haarlem ..................................................32 Coach workshop voor de IBO-dag............................................................................................34 Arbeidservarend leren aan de UvA ...........................................................................................35 CO2-meter versus muffe schoolklas..........................................................................................36 Hoogoven-slakken herbergen CO2............................................................................................38 PONTOn VZW – Experimenteerkoffers uit Vlaanderen..........................................................41 RoboCup Junior 2009 ...............................................................................................................42 Techniek – de brug naar Bèta ...................................................................................................45 Watertoren met reedswitches ....................................................................................................49 Het Junior Science Lab (Univ. Leiden) ....................................................................................50 Animatie en videometen combineren in Coach 6 .....................................................................52 Online astronomie: Bradford vs. Faulkes Telescope ................................................................55 De E-klas dynamsiche modellen in NLT ..................................................................................57 Videometen aan een doelpoging ...............................................................................................61 Wetenschapsfestival Cosmicus College....................................................................................63 FNWI Mastercourses, congressen, festivals .............................................................................65 Cursusoverzicht.........................................................................................................................66 Prijslijst en Leveringsvoorwaarden – zie het ‘Hart’ Redactie: Piet Geerke, Vincent Dorenbos Aan deze Signaal is bijgedragen door: Jasper Bedaux, Onne van Buuren, Vincent Dorenbos, Ton Ellermeijer, Piet Geerke, Bart Groeneveld, Piet Hauwert, André Heck, Anthony van Inge, Ludo Juurlink, Peter van Lith, Gerda Manneveld, Leentje Molenaar, Piet Molenaar, Pascale Nukoop, Wim Peeters, Johan vd Ridder, Miek Scheffers, Onne Slooten, Peter Uylings, Ron Vonk, Pieter Wolff, Olga Zika. 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 (FAQ). Bij het uitkomen van deze Signaal is er weer een nieuwe prijslijst opgenomen.

2

CMA: toen, nu en straks In 1987 is de Stichting CMA opgericht om de eerste interface-kaarten voor het natuurwetenschappelijk onderwijs te kunnen verspreiden naar scholen. Vanuit het Ministerie was aan de toenmalige Didactiek Natuurkunde van de Universiteit van Amsterdam gevraagd deze kaart te ontwikkelen, en ook te produceren. Vanaf dat moment heeft de Stichting de taak gehad nieuwe producten ontwikkeld door de Universiteit te verspreiden, en zo samen met nascholing, ontwikkeling van lesmateriaal een grote rol gespeeld bij de invoering van ICT in de bèta vakken. CMA heeft nog steeds die sterke band met het AMSTEL Instituut van de UvA (waarin de afd. Didactiek Natuurkunde in 1997 is opgegaan). Inkomsten vanuit CMA worden volledig ingezet om de doorgaande ontwikkeling aan de Coach leeromgeving en aan de hardwareproducten te financieren, en om de gebruikers zo goed mogelijk te ondersteunen. Uiteraard is er in de meer dan 20 jaar veel veranderd. De producten zijn van een geheel andere aard, toch dienen ze nog steeds vooral het doel het bètaonderwijs moderner en aantrekkelijker te maken. En vooral leerlingen en leraren krachtige gereedschappen te geven om op een actieve, en onderzoekende manier het onderwijs in te richten. Dit was het doel in 1987, maar dat doel staat nog steeds, en als we de situatie in het Nederlandse bètaonderwijs op dit punt internationaal

vergelijken, dan staan we in de top, zo niet op plaats 1! Leeromgeving het belangrijkst Bij het realiseren van dit soort onderwijs is naar onze mening vooral de leeromgeving, Coach dus, van het grootste belang. De software is de interface tussen de computer en de docent/leerling. We zijn er trots op dat Coach diverse internationale prijzen heeft gewonnen, en ook nog steeds leidend is. Juist door Coach heeft CMA een grote internationale belangstelling en een netwerk van partners opgebouwd. In de meeste Europese landen wordt Coach in meer of mindere mate gebruikt, maar ook tot in landen als Mexico, Indonesië, Filippijnen en Vietnam. Onlangs is door de Russische Federatie een Coach-licentie aangeschaft voor alle scholen. Eervol, zeker omdat dit het enige onderwijspakket uit het buitenland is dat op deze manier is aangeschaft! Coach is vertaald in vele talen, iets om te onthouden indien u bijvoorbeeld samenwerkt met een school in een ander land. Op hardwareterrein zijn de ontwikkelingen eigenlijk minder spectaculair. Sensoren zijn slimmer geworden, kunnen hun gegevens aan de interface doorgeven. De interfaces zijn complexer, zijn nu eigenlijk kleine computers met processor, eigen programmatuur, en worden aangesloten via USB. Ook zijn er nu dataloggers die zonder computer bruikbaar zijn, zoals de ULAB. In deze Signaal wordt een belangrijke nieuwe ont-

Signaal30 - Digitaal – juni 2009

3

wikkeling op hardwareterrein aangekondigd: een krachtige datalogger met Windows CE en kleuren touchscreen met, technisch gezien, een nieuw type sensoren. Deze sensoren zijn daardoo ook beter geschikt om in de (nabije) toekomst draadloos te kunnen communiceren met de datalogger, omdat ze de sensorinformatie digitaal communiceren met de interface. Na 20 jaar ontwikkelen heeft CMA een complete lijn voor het toepassen van ICT in de science vakken, techniek en in toenemende mate wiskunde, voor de basisschool tot begin Universiteit. Organisatie CMA heeft lang niet uitgeblonken in praktische organisatie. Soms moest u lang wachten op uw bestelling, en werd daarover maar matig geïnformeerd. Indien u dat is overkomen, dan spijt ons dat. Dit heeft wel wat te maken gehad met de inbedding in de Universiteit, en we hebben dat proberen te compenseren door goede inhoudelijke ondersteuning. In de afgelopen periode hebben we hard gewerkt aan de verbetering van juist de praktische uitvoering van taken. Veel is al gerealiseerd, er is een andere fysieke distributeur genomen, die de bestellingen elke dag verwerkt. Zijn de producten op voorraad, dan krijgt u ze snel geleverd, en ook wordt u na het plaatsen van de bestelling direct geïnformeerd. M.a.w. we

4

zijn op weg dit proces ook professioneel aan te pakken en in te richten, en hopen dat u dat ondertussen gemerkt heeft. Een volgende stap is het inrichten van een webwinkel, waardoor u uw bestelling nog eenvoudiger, en met betere ondersteuning kunt doen. Uiteraard is het benutten van internetmogelijkheden steeds belangrijker, en krijgt u bijvoorbeeld de bevestiging van uw bestelling en de factuur nu al digitaal toegestuurd. Ook bij onze communicatie met u willen we meer gebruik gaan maken van email en website. We kunnen u dan sneller op de hoogte brengen, en de informatie beter toegankelijk bewaren op de site. Mogelijk dat we op deze manier ook meer collega’s in het land kunnen bereiken met de informatie. Met de hardcopy Signaal, die de afgelopen jaren slechts 1 keer per jaar werd verspreid stoppen we. CMA heeft zich bewezen als een belangrijke schakel tussen het AMSTEL Instituut en het onderwijsveld in Nederland (en daarbuiten), en zal ook samen met het AMSTEL in de toekomst ervoor (moeten) zorgen voorop te lopen in het ontwikkelen, verspreiden en ondersteunen van de ICT-gereedschappen voor het bètaonderwijs. Ton Ellermeijer Directeur CMA en Directeur AMSTEL Instituut


its labs –verdiepend en faciliterend onderwijs voor de hele klas op de universiteit en hogeschool ‘its’ staat voor Informatica, Techniek en Science. Doel van de its labs is om leerlingen van het VWO en de Havo kennis te laten maken met de spannende en uitdagende wereld van bèta en techniek. De its labs zijn een initiatief van de Universiteit van Amsterdam, de Vrije Universiteit, de Hogeschool van Amsterdam en de Hogeschool InHoland. Deze ho-instellingen hebben de handen ineen geslagen om middelbare scholen te faciliteren op het gebied van materialen en kennis. Enerzijds door voor de gehele klas activiteiten te bieden die aansluiten bij bestaande curricula en daarbij iets extra’s bieden in de vorm van materialen, apparatuur of kennis die op de individuele school vaak niet voorhanden is. Anderzijds bieden we voor de individuele leerlingen die extra verdieping op de lesstof wensen de mogelijkheid om een masterclass te volgen. In het aanbod tref je activiteiten voor havo en voor vwo-leerlingen. Activiteiten vanaf de 2e klas tot aan de 6e klas. Verdiepend en faciliterend.

Voorbeeld Aansluitend bij de NLT module Feest zonder katers is er voor de gehele klas een its lab te volgen aan de UvA. In de NLT module komt aan bod dat je kunt meten met Coach 6 en de gaschromatograaf, nano2. Nu is er op school misschien wel een nano2 aanwezig. Echter, op de UvA staan er 12 klaar. Hierdoor is het mogelijk om met de gehele klas de metingen te doen. Bovendien worden de leerlingen ontvangen door een scheikundige die een inleiding geeft op de gaschromatografie. Ook gaan de leerlingen op bezoek bij een lab waar een gaschromatograaf massaspectrometer staat. Hier krijgen ze uitleg van een onderzoeker over het apparaat en het soort onderzoek dat er mee gedaan wordt. Hoe, wat, waar en wanneer? Kijk voor het complete aanbod op www.itsacademy.nl onder its labs. Je kunt natuurlijk ook contact opnemen met de coördinator van de its labs, Bart Groeneveld (020 5257981)


5

Videometen en modelleren van een val met versnelling groter dan g Al weer twee jaar geleden schreven we in het septembernummer van Signaal over het probleem van vallen met een versnelling groter dan g aan de hand van bungeejumpen [1]. Het gebruik van videometen en modelleren is indertijd geopperd. In dit artikel beschrijven we de uitvoering m.b.v. videobeelden van een hogesnelheidscamera en we vergelijken de resultaten van een meting en een model. Videometing De proef is simpel van opzet: twee houten blokjes worden vanaf een hoogte van een paar meter tegelijkertijd losgelaten. Het ene blokje maakt een vrije val, terwijl het andere blokje aan een ketting vastzit. Het blokje aan de ketting komt eerder op de grond terecht, hetgeen impliceert dat de versnelling van dit blokje groter is dan de valversnelling. Dit opmerkelijke verschijnsel druist in tegen natuurkundige intuïtie, maar is uiteindelijk wel goed te begrijpen. Je kunt de versnelling meten met een sensor [2,3] of via videoanalyse. In het laatste geval heb je wel een goede camera nodig. Om voldoende meetpun-

6

ten te verkrijgen hebben we opnamen gemaakt met de Casio Exilim-F1 camera met een beeldsnelheid van 300 beeldjes per seconde. De twee blokjes worden gevolgd m.b.v. point-tracking want handmatige meting is te bewerkelijk. In Figuur 1 zijn de grafieken van de gemeten afgelegde afstanden van de blokjes te zien (t.o.v. het punt van loslaten; m.a.w. we kiezen een assenstelsel met een positieve verticale as naar beneden gericht) alsmede de grafieken van de snelheden van de blokjes (bepaald met behulp van spline-benadering). De snelheidsgrafiek, die nagenoeg een rechte lijn is, hoort bij het vrij vallende blokje. De grafiek waar het dradenkruis van de uitleesmodus staat hoort bij het blokje aan de ketting en dit heeft op het gekozen moment al een grotere afstand afgelegd dan het vrij vallende blokje.

- Digitaal – juni 2009 Figuur 1: Signaal30 Video¬meting van vallende blokjes.

Computermodel Om het grafische model van de vallende blokjes en de simulatie in Figuur 2 te kunnen begrijpen moeten we eerst de gebruikte symbolen definiëren: M = massa van een blokje (0,125kg) m = massa van ketting (0,68kg) L = lengte van de ketting (4,15m) g = valversnelling (9,81m/s2) a = versnelling van geketend blokje y1 = afgelegde afstand van geketend blokje v1 = snelheid van geketend blokje y2 = afgelegde afstand van geketend blokje v2 = snelheid van los blokje In het geval van het geketende blokje is er geen sprake van een star lichaam, maar van een vallend object waarvan de massa in de loop van de tijd veran-

Figuur 2:

dert. Dan moet je niet de op school ingehamerde formule F = m·a toepassen, maar de volgende algemenere formulering van de 2e wet van Newdp

∑ F = dt

=

dmobj

v + mobja

dt ton: , waarbij mobj de veranderde massa van het object is en de symbolen v en a resp. de snelheid en versnelling van het object representeren. We gaan uit van een model waarin aërodynamische effecten verwaarloosd worden. Later hebben we geverifieerd dat rekening houden met luchtweerstand geen verbetering van de kwaliteit van het model, in de zin van beschrijvende waarde, oplevert. De grafieken in Figuur 2 tonen een prima overeenkomst tussen modelresultaten en metingen.

Computermodel en simulatie van vallende blokjes (1: blokje aan ketting, 2: los blokje). Signaal30 - Digitaal – juni 2009

7

We concentreren ons op het computermodel voor het vallende blokje aan de ketting. Het is gebaseerd op een opsplitsing van de situatie in twee interacterende delen: een linkerkant met een stil hangende, maar steeds langer wordende ketting en een rechterkant met een vallend blokje en vallend stukje ketting. Tijdens de val worden er als het ware voortdurend schakels van het vallende gedeelte van de ketting getransporteerd naar de stil hangende linkerkant. Dit massatransport vindt plaats in de bocht van de ketting. Met behulp van de situatieschets is eenvoudig af te leiden dat de transportsnelheid gelijk is aan ½ v. Deze aanpak komt overigens neer op een studie van het blokje-ketting systeem als vallend object met een veranderende massa. Met behulp van de situatieschets is ook af te leiden dat de veranderende massa van dit object gegeven wordt door mobj =

m( L − y ) 2L

en dat dus dmobj dt

=−

mv 2L .

De transportsnelheid ½ v is de snelheid die in de extra term van de veralgemeniseerde 2e wet van Newton gebruikt moet worden. Dit kan ook gezien worden als een gemiddelde nemen van de snelheid v waarmee het blokje-ketting systeem valt en de snelheid 0 m/s voor het stil hangende deel van de ketting. Onder de veronderstelling dat alleen zwaartekracht een rol speelt krijgen we dan de volgende bewegingsvergelijking: 8

v ′ ⋅ + mobj a mobj g = mobj 2 .

Dus: a=g−

met ′ =− mobj

′ v mobj ⋅ mobj 2

mv m( L − y ) mobj = 2 L en 2L .

Deze formules worden gebruikt in de stroompijlen dm_dt en a in het grafim′ ≤ 0

sche model. Omdat obj moet wel gelden dat a ≥ g en het verschil tussen de versnelling a en de valversnelling wordt groter naarmate de snelheid toeneemt. Dit is goed te zien in het diagram linksonder in Figuur 2. Toegegeven, de wis- en natuurkunde van het vallende blokje aan een ketting is ingewikkelder dan gebruikelijk bij problemen in natuurkunde schoolboeken. Dit komt voornamelijk doordat het niet om een beweging van een star lichaam gaat en de factor ½ bij de transportsnelheid in de extra term in de algemene 2e wet van Newton, die alleen een rol speelt bij veranderende massa, gemakkelijk over het hoofd gezien wordt (zoals in [4]). Pluspunt is wel dat dit een veel uitdagender probleem is en zowel leerlingen als leraren met beide benen op de grond zet waar het gaat om klakkeloos toepassen van de formule F = m·a. Bovendien vullen theorie en experiment elkaar hier prima aan: modelleren is niet verworden tot louter en alleen het snappen van het (computer)model en hopen dat de afleiding klopt, maar omvat ook het zo goed mogelijk begrijpen van de onderliggende natuurkundige principes en veronderstellin-


gen die gemaakt worden en de toetsing van theorie aan de hand van echte experimenten. Dit is naar onze mening een essentieel onderdeel van goed natuurkundeonderwijs. De woorden van Nobelprijswinnaar Martinus Veltman (cf. [5]), “Als je de experimenten weghaalt, wordt natuurkunde religie.

Op dat moment tellen niet meer de feiten, maar de meningen van iemand die tot paus is benoemd.”, gaan net zo goed op voor natuurkundeonderwijs. Peter Uylings, Ewa Kędzierska & André Heck AMSTEL Instituut

Uylings, P. (2007) Signaal, 28, 39-41 Dubelaar, N. & Brantjes, R. (2003) Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, 96(10), 316-319. Biezeveld, H. (2003) The Physics Teacher, 41(4), 238-241. Pasveer, F. & de Muynck, W. (2003) Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, 96(12), 394. Mols, B. (2003) Een gevoelige snaar: Veltman vsDijkgraaf. Natuurwetenschap & Techniek, 71(9), 18-25, [Online] http://www.nikhef.nl/pub/services/biblio/bib_KR/Natutech200309-018.pdf

Hoe hangt een Slinky? In natuurkundeonderwijs is de bestudering van mechanicaproblemen meestal beperkt tot starre lichamen. De beweging van niet-starre lichamen wordt als te ingewikkeld voor vwo-leerlingen beschouwd, met als belangrijke uitzondering een veer. Dit is een beetje raar want juist een veer maakt vaak complexe bewegingen. Het best komt de complexiteit tot uiting wanneer een stil hangende, door zijn eigen gewicht uitgerekte slinky losgelaten wordt (voor de goede orde: een slinky is een metalen of plastic spiraal, zie nevenstaande foto). De intuïtie over valbewegingen opgedaan bij de bestudering van starre lichamen lijkt dan in tegenspraak met de werkelijke beweging van de vallende slinky. We verklappen in dit artikel niet wat er dan gebeurt: u moet zelf maar experimenteren. In een volgend Signaalnummer gaan we op de dynamica van een vallende Slinky in. Als voorbereiding hierop onderzoeken we eerst de vorm van een onder invloed van zijn eigen gewicht hangende Slinky. Meten op een foto is bij uitstek geschikt om gegevens te verzamelen. Met voor vwo-leerlingen toegankelijke wis- en natuurkunde is een wiskundig model op te stellen. Theorie en experiment blijken in goede overeenstemming met elkaar te zijn. Wiskundig model We laten een slinky aan de bovenste winding hangen, waarbij de onderste winding vrij van de grond is, zie nevenstaande foto. De afstand tussen 2

opeenvolgende windingen neemt van onderen naar boven toe omdat de zwaartekracht van steeds meer windingen gecompenseerd moet worden. Het modelleren van deze onder zijn


9

eigen gewicht uitgerekte slinky begint met een versimpeling van de werkelijke situatie. Wij hanteren het volgende schema, waarin gewichtjes van onderaf genummerd worden, beginnend bij 1, en toetsen later de geschiktheid op basis van gegevens verkregen via een fotometing:

2 als eenheid u, dan geldt vanwege evenwicht van krachten dat de zwaartekracht en de veerkracht werkend op het onderste gewichtje aan elkaar gelijk moeten zijn: m g = k u Dus:

u= en

Figuur 1. Versimpeld model van een slinky

We benaderen de slinky als een systeem van N gewichten met elk massa m en dikte δ, met daar tussenin massaloze veren met veerconstante k. Voor de totale massa M geldt dus: M=N·m. L0 is de lengte van de slinky in horizontale, niet-uitgerekte vorm. Er geldt: . ∆yi = i u L0 = N δ De totale lengte voor de onder invloed van zwaartekracht uitgerekte slinky noteren we met L. We leiden een formule voor lengte L af. Hiervoor kiezen we een coördinatenstelsel zodanig dat de oorsprong ter hoogte van de onderkant van het onderste gewichtsblokje is. Verder nemen we nemen aan dat de boven- en onderkant van opeenvolgende gewichtjes steeds de uiteinden van een uitgerekte veer vormen. Gebruiken we de lengte ∆y1 van de veer tussen gewichtje 1 en 10

mg k

∆y1 = u .

De verticale afstand y2 van de oorsprong tot de bovenkant van de eerste veer (gelijk aan de onderkant van gewichtsblokje 2) is gegeven door: y2 = y1 + ∆y1 + δ = u + δ . Omdat de veer tussen gewichtje 2 en 3 een gewicht moet dragen van 2m, geldt voor de lengte ∆y2 van de ∆pi = pi +1 − pi = ∆yi + δ = i u + δ

veer tussen gewichtje 2 en 3: ∆y2 = 2u De verticale afstand y3 van de oorsprong tot de bovenkant van de tweede veer (gelijk aan de onderkant van gewichtsblokje 3) is gegeven door: y3 = y2 + ∆y2 + δ = u + 2u + 2δ . Meer algemeen, omdat de veer tussen gewichtje i en i+1 een gewicht moet dragen van i·m, geldt voor de lengte ∆yi van de veer tussen gewichtje i en i+1 (voor i=1, 2,…, N-1):


Ook geldt: De verticale afstand yi+1 van de oorsprong tot de bovenkant van de ideale veer (gelijk aan de onderkant van gewichtsblokje i + 1 is gegeven door: ⎛ i ⎞ yi +1 = yi + ∆yi + δ = u ⎜ ∑ j ⎟ + i δ ⎝ j =1 ⎠ 1 = i ( i + 1) u + i δ 2 .

Hierbij hebben we de somformule van een rekenkundige rij gebruikt. Voor het bovenste gewichtje nemen we i = N – 1 en hieruit volgt: L=

1 1 ( N − 1) N u + Nδ = L0 + ( N − 1) N u 2 2 .

De voornaamste conclusies uit dit wiskundige model zijn: 1) de afstand tussen twee opeenvolgende windingen neemt van onder naar boven lineair toe; 2) de lengtetoename van een slinky in rusttoestand naar een verticaal opgehangen slinky hangt kwadratisch af van het aantal windingen. Meting op een foto De kwaliteit van een wiskundig model wordt bepaald door de beschrijvende en voorspellende waarde. De eerste eigenschap van het model komt in dit voorbeeld tot zijn recht wanneer de verticale positie van opeenvolgende windingen van de hangende slinky op een foto opgemeten worden en de experimentele resultaten met het theoretische model vergeleken worden. De fotometing kan op verschillende manieren gebeuren. In het gratis programma IrfanView om digitale afbeeldingen te bekijken en te bewerken kunnen de posities van de windingen, d.w.z. de posities waar

de windingen aan de rechterkant in de foto naar de fotograaf toekomen, in pixels heel nauwkeurig bepaald worden omdat je ongelimiteerd kunt inzoomen en nog steeds de posities in pixel coördinaten van de originele afmeting te zien krijgt. De meetlat in de foto maakt de conversie van pixel naar meter mogelijk. De gegevens kun je verzamelen in een spreadsheet programma zoals Excel en verder analyseren. Daarbij is het wel handig om eerst een paar gegevens van de gebruikte slinky vast te stellen omdat bijvoorbeeld in het onderste deel van de hangende slinky op een gegeven moment geen goed onderscheid te maken is tussen windingen. Je moet dus wel het totale aantal windingen van de slinky weten om de rangnummers correct te krijgen in de vergelijking van de experimentele gegevens met het wiskundige model. Ook moet je in ons wiskundige model de dikte δ van de spiraal weten en de positiemetingen hiervoor corrigeren. Voor de in het experiment gebruikte slinky geldt: rustlengte L0 = 0,0575 m, massa = 0,231 kg, diameter = 0,069 m en het aantal windingen N = 86 (bovenste en onderste winding meegeteld). Dus:

δ = 0, 0006686 m

en

m = 0, 002686 kg . Idealiter geldt voor de meting dat het verschil van twee opeenvolgende posities lineair toeneemt met het rangnummer. Meer preciezer: idealiter is de meting van de positie pi van winδ

ding i gelijk aan yi + ,


2

11

1 ⎛ 1⎞ d.w.z. pi = ( i − 1) iu + ⎜ i − ⎟ δ , voor 2

⎝

2⎠

geschikte waarde van u. Je kunt ook ⎛ 1⎞ pi − ⎜ i − ⎟ δ ⎝ 2⎠

uitzetten de grootheid tegen het rangnummer i en de beste functiefit van de vorm

1 ( i − 1) iu op2

In Figuur 1 staan de in Excel gemaakte diagrammen: links het lineaire verband van het toenamediagram en rechts het bijpassende kwadratische verband. Afwijkingen komen doordat de slinky in werkelijkheid oneffenheden vertoont.

sporen of het toenamediagram van deze grootheid bepalen en vaststellen dat hierbij de formule iu goed past.

Figuur 1. Excel-diagrammen bij de fotometing via IrfanView.

Figuur 2. Fotometing en analyse van resultaten.

Ook in Coach kun je meten op een foto. Omdat je in Coach 6 nog niet kunt inzoomen tijdens het meten is het voor de meeste computerschermen handig om de foto een kwartslag te draaien, zoals in Figuur 2 te zien is. De beste rechte12

lijnbenadering van ∆ρi met δ=0,0006686 m (rechterdiagram) geeft: u=0,00044 m. Deze waarde is goed te gebruiken indien aan de benadering van de aangepaste hoogten in het linkerdiagram met een constante correctieterm wordt toegevoegd.


Wij hebben de grafiek van de volgende uitdrukking gevonden:

Voor een groot aantal windingen vinden we dan:

aangepaste hoogte = 0, 00022(i -1)i - 0, 04743

1 1 zwaartepunt ≈ L + L0 3 6

Theoretisch zou deze constante term er niet moeten wezen: het wijst op een te grote berekende doorhang. De grafiek van de meetwaarden in vergelijking met de functiefit illustreert een sterkere afbuiging aan de onderkant. Dit duidt er op dat de veerconstanten tussen de windingen aan de uiteinden van de slinky groter zijn dan in het middenstuk. Wellicht is veelvuldig gebruik van de slinky de oorzaak van de afwijking. Al met al is de overeenstemming tussen theorie en experiment toch goed te noemen. Waar bevindt zich het zwaartepunt? Het zwaartepunt van een niet uitgerekte slinky bevindt zich halverwege, bij de middelste winding. Menigeen veronderstelt gemakkelijk dat dit ook zo is bij een onder zijn eigen gewicht hangende slinky. Dit is evenwel fout, maar waar ligt het zwaartepunt dan wel? Met ons theoretisch model kunnen we daar ook achterkomen:

Dit resultaat wijkt enigszins af van de literatuur waarin de hoogte van het zwaartepunt gelijk is aan eenderde van de totale lengte. Dit komt doordat wij de dikte van de windingen in ons model niet verwaarloosd hebben. Maar het is ook weer niet zo erg afwijkend, omdat bij een groot aantal windingen L0 te verwaarlozen is ten opzichte van L. Het is overigens niet zo gemakkelijk om het zwaartepunt van een hangende slinky experimenteel te bepalen. Eén manier is om de slinky van boven los te laten en de val te bestuderen. Aan de hand van een videometing kan men dan controleren of het berekende zwaartepunt zich inderdaad gedraagt als een vallende puntmassa ( y (t ) = 12 gt 2 ). Hierover meer in een volgend nummer van Signaal.

Wat mogen we nu concluderen? Ons inziens is deze studie een mooi voor1 N beeld van hoe modelleren in de prakzwaartepunt = ∑ pi N i =1 tijk gebeurt en hoe theorie en exN N periment met elkaar in verband woru ⎛ ⎞ ⎛ 2δ − u ⎞ ⎛ ⎞ 1 i2 ⎟ + ⎜ = ∑ ⎟⎜ ∑i⎟ − δ ⎜ den gebracht, soms met verassende 2 N ⎝ i =1 ⎠ ⎝ 2 N ⎠ ⎝ i =1 ⎠ 2 resultaten. Anderzijds is een belangu N ( N + 1)( 2 N + 1) ⎛ 2δ − u ⎞ N ( N + 1) 1 = ⋅ +⎜ ⋅ − δ pluspunt van deze activiteit, dat rijk ⎟ 2N 6 2 2 ⎝ 2N ⎠ het een aardige combinatie van beu 2 1 ⎛ N +1⎞ 1 hapbare wis- en natuurkunde met = ( N − 1) + δ N = ( L − L0 ) ⎜ ⎟ + L0 6 2 ⎝ 3N ⎠ 2 zich meebrengt. ⎛ N +1⎞ ⎛ N −1 ⎞ =⎜ ⎟L+⎜ ⎟ L0 ⎝ 3N ⎠ ⎝ 6N ⎠

André Heck , Peter Uylings , AMSTEL Instituut


13

Modelleren van een wachtrij We gebruiken eerst de grafische modelomgeving van Coach 6 voor het modelleren en simuleren van een wachtrij als Markovketen. Daarna converteren we het grafische model naar een tekstgebaseerd model om het uit te breiden tot een programma waarmee een groot aantal simulaties uitgevoerd kan worden. In de analyse van de resultaten is een grafische weergave met behulp van een histogram nuttig. Dit wiskundige voorbeeld illustreert mooi de reikwijdte van de geïntegreerde leer- en werkomgeving Coach. Wachtrij vb. van een Markovketen We bekijken een eenvoudige wachttijdketen, ook wel wachtrij genoemd. Dit is een Markovketen (X) met waardenverzameling {0,1,2,3,…}, waarin Xn het aantal klanten voorstelt dat op tijdstip n in de rij staat. In het tijdsinterval (n, n+1) komt er een stochastisch aantal nieuwe klanten bij, zeg Yn+1. In elk tijdsinterval is er een kans p dat er één klant wordt geholpen, voorzover er klanten zijn natuurlijk, en een kans 1 – p dat er geen klanten geholpen worden (personeel moet immers ook wel eens rusten). In formuletaal hebben we: ⎧ X − p + Yn +1 X n +1 = ⎨ n Yn +1 ⎩

als X n > 0 als X n = 0

De stochasten Y1, Y2, … worden onafhankelijk verondersteld en hebben allemaal dezelfde kansverdeling f: P[Yn=y] = f(y). We bekijken in ons voorbeeld alleen een eindige situatie

en een uniforme verdeling: f(0) = f(1) = … = f(M–1) = 1/M, voor vast gekozen natuurlijk getal M. De parameters waarmee we in ons model kunnen spelen zijn dus de kans op afhandeling van een klant (p) en het maximale aantal klanten dat er tegelijk bij kan komen (M–1) in de rij. Figuur 1 laat zien hoe eenvoudig een simulatie van een dergelijke wachtrij te maken is in de grafische modelomgeving. In ons rekenvoorbeeld hebben we p = 1/2 en M = 2 gekozen en zijn we uitgegaan van een wachtrij waarbij aan het begin al 2 klanten staan. Het grafische scherm is niet erg informatief, maar hoe het model werkt wordt duidelijker als de formules in beeld zijn. Figuur 2 toont het model in vergelijkingen-modus. De precieze details zijn alleen zichtbaar in de tekstmodus (Figuur 3)

Figuur 1. Grafisch model en simulatie van een wachtrij.

14


Figuur 2. Wachtrijmodel in vergelijkingen-modus.

Figuur 3. Een tekstgebaseerd wachtrijmodel.

Statistische analyse Deze tekst-modus kan ook gebruikt worden om een groot aantal runs achter elkaar te doen en de resultaten statistisch te verwerken. Handig is dat je een groot deel van bovenstaand programma kunt hergebruiken; zie Fig. 4 voor een analyse m.b.v. Coach 6. In Figuur 4 is de computeranalyse voor p = 1/2, M = 2 en een beginaantal van 2 klanten. Het blijkt dat het gemiddelde aantal klanten na 25 tijdstappen in een totaal van 10000 runs ongeveer 3 is met een standaarddeviatie van 2,4. Het histogram met de verdeling van het aantal klanten is ook getekend. Als je start met 25 klanten, dan is het gemiddelde aantal klanten na 25 stappen gelijk aan 25 met standaardafwijking 3,55.

Dit resultaat is te verklaren omdat er gemiddeld per 2 tijdstappen 1 klant geholpen wordt en 1 klant erbij komt, mits er maar steeds klanten in de rij blijven staan. Zoals Figuur 5 suggereert is het aantal klanten van 25 tijdstappen normaal verdeeld: de formule voor de fit is gelijk aan f (aantal_klanten) = 11, 2 × e

−

1 ( aantal_klanten − 25,0 ) 2 12,6

2

Hieruit rolt ook de standaarddeviatie van 3,55:

( 3,55)

2

≈ 12, 6 en

100 ≈ 11, 2 3,55 2π .

Het statistische begrip normale verdeling komt zo mooi tevoorschijn in de computeranalyse en is niet voorgekauwd door leraar of lesmateriaal.


15

Figuur 4. Computeranalyse van het wachtrijmodel in tekst-modus; beginaantal klanten = 2.

Figuur 5. Computeranalyse van het wachtrijmodel in tekst-modus: beginaantal klanten = 25. André Heck, AMSTEL Instituut,

16


Nieuwe en vernieuwde CMA artikelen www.cma.science.uva.nl

€Motion €Motion (art. nr. 010) is een ultrasone bewegingsdetector, die direct op de USBpoort van de computer wordt aangesloten. Er is geen interface of adapter nodig. €Motion meet continu de afstand tussen de detector en een object door middel van teruggekaatste hoogfrequente geluidsgolven (ultrasoon). €Motion heeft standaard bevestigingspunten voor statiefmateriaal. Er wordt een stangetje (voor een statiefklem) en een statief meegeleverd. De minimumafstand die €Motion kan meten is 0,20 meter. De maximumafstand bedraagt 6 tot 10 m, afhankelijk van de meetomstandigheden (afmeting, vorm en oriëntatie van het reflecterend oppervlak dat gedetecteerd wordt en de hoeveelheid lege ruimte om de sensor). De prijs van €Motion bedraagt € 106,50 (excl. BTW). €Motion lesmateriaal €Motion wordt ondersteund vanaf Coach 6.25. Deze update is beschikbaar op de CMA website en bevat een mooie complete lessenserie met 12 lesactiviteiten voor €Motion (ook beschikbaar in Coach 6.25 Lite). In deze activiteiten worden leerlingen uitgedaagd om allerlei aspecten van

beweging te onderzoeken, zoals eenvoudige afstandsmetingen, eenparige snelheid, snelheidsgrafieken, versnelling, versnellingsgrafieken, periodieke bewegingen, ultrasoon lopen (x-t en v-t diagrammen nalopen), onderzoek van de beweging van een opgegooide bal, een stuiterende bal, en luchtweerstand. Webcam (art. nr. 041) Webcam van 1.3 megapixel, die video tot 30 beelden per seconde kan opnemen. De webcam wordt aangesloten op een USB-poort van de computer (en de microfooningang als u ook audio wilt opnemen) en werkt prima samen met Coach 6. Heel handig op school is dat er bij gebruik onder Windows XP en Vista geen drivers nodig zijn. Dit betekent dat de webcam direct herkend wordt. Voor gebruik onder Windows 2000 (en 98) is een driver beschikbaar. De webcam heeft een standaard schroefdraad voor statiefmontage. Een handig statiefje wordt meegeleverd. De webcam beschikt tenslotte nog over LED-verlichting waarmee het onderwerp uitgelicht kan worden. De prijs van de webcam incl. accessoires bedraagt € 45,- (excl. BTW).


17

Zuurstofsensor (gas)

ECG-sensor

Zuurstofsensor (gas) 0665i meet gasvormige zuurstofconcentraties in het bereik van 0 tot 100%. Deze sensor vervangt art. nr. 0265i en is op een aantal punten verbeterd: de levensduur van het membraan is nu minimaal 3 jaar en de sensor is beter luchtdicht te monteren op een fles. De prijs bedraagt € 157,50 (excl. BTW).

ECG-sensor 0628i, vervangt ECG sensor 028, die niet meer leverbaar is. De nieuwe sensor is eenvoudiger in het gebruik: er is geen batterij nodig, geen externe lichtsensor en het signaal hoeft niet meer te worden afgeregeld . Ook beschikt de nieuwe sensor over een ingebouwd geheugen (EEPROM), waardoor de sensornaam en -ijking automatisch worden herkend door o.a. de CMA interfaces CoachLab II+, ULAB en €Lab. Voor de veiligheid gebruikt de sensor intern twee elektronische circuits die galvanisch van elkaar gescheiden zijn. De sensor wordt geleverd inclusief 100 plakelektrodes. Extra sets van 100 elektrodes kunnen apart worden bijbesteld. De prijs is € 142,50 (excl. BTW).

Stralingsensor

Stralingsensor 0666i vervangt de 029BT GM-sensor. Behalve dat deze sensor aanzienlijk voordeliger geprijsd is, detecteert de nieuwe sensor behalve bèta- en gammastraling ook alfastraling. De sensor is bedoeld voor het meten van stralingsbronnen met een lage intensiteit. De prijs is € 180,- (excl. BTW).

18

CO2-sensor (hoge concentratie)

De hoge-concentratie CO2-sensor 0660i heeft een bereik van 0 tot 100.000 ppm (0 tot 10% CO2). Hiermee is het bijvoorbeeld mogelijk de CO2-concentratie van door men-


sen uitgeademde lucht te meten (ongeveer 50.000 ppm of 5%). De ‘normale’ CO2-sensor (0661i) heeft een bereik van 0 tot 5.000 ppm of 0,5%. Ook de hoge-concentratie CO2-sensor wordt automatisch herkend door ULAB, CoachLab II+ en €Lab. De hoge-concentratie CO2-sensor is niet geschikt voor het meten van atmosferische CO2-concentraties (ongeveer 400 ppm of 0,04%). Hiervoor is de CO2-sensor 0661i veel geschikter, bijvoorbeeld voor het volgen van fotosynthese. De prijs is € 269,- (excl. BTW).

air en is qua specificaties identiek aan de oude versie 016BT. Het belangrijkste verschil is dat de sensor automatisch herkend wordt door ULAB, CoachLab II+ en €Lab. De prijs is €65,- (excl. BTW).

Draaihoeksensor

Draaihoeksensor 013i is vrijwel gelijk aan het oude type 013BT, maar wordt automatisch herkend door ULAB, CoachLab II+ en €Lab. De prijs is € 75,- (excl. BTW).

Magneetveldsensor 024i vervangt de 024BT. Elektronisch is deze sensor vrijwel identiek aan de oude versie. Hij beschikt nog steeds over het uitzonderlijk hoge bereik van -100 tot 500 mT (en ook -10 tot 50 mT). Hiermee is het mogelijk het veld van zeer sterke permanente magneten of elektromagneten te meten. Het belangrijkste verschil met de oude versie is dat 024i automatisch herkend wordt door ULAB, CoachLab II+ en €Lab. De prijs is € 79,- (excl. BTW).

Temperatuursensor (lineair)

Stappenmotortitrator

Temperatuursensor 016i meet temperatuur in lucht en vloeistof in het bereik -18 tot 110 °C. De sensor is line-

Stappenmotortitrator 061 is ook vernieuwd. Het belangrijkste verschil is dat de nieuwe versie met een krachtiger stappenmotor is uitgerust. Hier-

Magneetveldsensor


19

door blijft de titrator ook bij gebruik van bijvoorbeeld stroevere spuiten betrouwbaar werken. De prijs is € 98,- (excl. BTW).

Digitale microscoop Digitale microscoop 044 wordt direct op de USB-poort van een computer aangesloten en werkt dan vergelijkbaar met een webcam. De microscoop ondersteunt vergrotingen tot 200x en wordt geleverd inclusief software. Hiermee is het mogelijk om • details op het beeldscherm aan te wijzen; • screenshots in verslagen op te nemen; • digitale beeldbewerking te doen; • bewegingen in een videoclip vast te leggen en evt. versneld af te spelen. De prijs bedraagt € 99,- (excl. BTW).

CMA Mentor – een nieuwe interface/datalogger (Vooraankondiging) Graag kondigen wij vast aan voor het komend najaar: Mentor. Mentor is een nieuw, handzaam grafisch meetsysteem dat zelfstandig kan meten (multimeter, datalogger), maar ook gekoppeld aan de PC met Coach. Mentor is voorzien van een fantastisch grafisch kleuren-touchscreen en

20

heeft een interne microfoon en speaker. Op Mentor draait Windows CE met een speciale applicatie voor meten en het analyseren van meetgegevens en voor de uitwisseling van meetgegevens met de PC. Er zijn 4 kanalen voor sensoren beschikbaar.


Bij Mentor hoort een, technisch gezien, nieuw type sensoren. Deze sensoren worden aangesloten op Mentor via een miniplug. De sensoren hebben als voordeel dat ze klein en goedkoop zijn en allemaal automatisch herkend worden door de interface. Sommige sensoren meten meerdere grootheden. Een draadloze adapter voor de sensoren is in ontwikkeling en zal vermoedelijk begin 2010 beschikbaar komen. De sensorlijn zal steeds verder uitgebreid worden, m.n. met sensoren voor biologie en scheikunde. Ten tijde van levering zullen de volgende sensoren verkrijgbaar zijn: • Luchttemperatuur € 6,00 • Thermokoppel (-200 .. 1200 °C) € 20,25

• • • • • • • • • • • • • •

Temperatuur (-5.. 128 °C)€ 9,00 Luchtvochtigheid/Temp.€ 20,25 Licht € 6,00 Barometer/Temperatuur/ Hoogtemeter € 9,75 Absolute druk € 27,75 Spanning (-18..+18 V) € 10,50 Stroom € 10,50 Galvanometer € 10,50 Versnelling (3-assig) € 18,75 Kracht € 26,25 Beweging € 63,75 Magnetisch veld € 18,75 Radioactiviteit € 177,00

Leveringsinformatie Mentor zal worden geleverd incl. voedingsadapter, USB-kabel en een basisset sensoren voor licht, temperatuur, spanning (-18..+18 V). Lever-

baar vanaf eind november. Vanaf oktober tot eind 2009 kunt u Mentor bestellen tegen een introductieprijs van €299,00 (ex. BTW). Afmetingen: 12,5 cm x 8 cm x 2 cm


21

Tips en Trucs Coach 6 Een meting automatisch herhalen

In Coach 6 is het mogelijk om een meting te herhalen. Dit kan met of zonder conditie. Deze optie zit een beetje verborgen, u vindt hem in de meetinstellingen-dialoog, op het tabblad ‘Geavanceerd’. Vink de optie ‘Herhalen’ aan. Dan verschijnen meer opties om de wijze van herhalen in te stellen. U kunt kiezen een meting een vast aantal keren of continu te herhalen. En de herhalingen kunnen onvoorwaardelijk zijn (elke herhaling start direct nadat de vorige meting is beëindigd) of voorwaardelijk (met een wachttijd). Coach wacht dan met de herhaling totdat de opgegeven wachttijd is verstreken. Tip: Favorietenknop Nu Coach-activiteiten en projecten niet meer gebonden zijn aan één bepaalde map, heeft Coach de mogelijkheid om eenvoudig tussen verschillende favoriete Coach-mappen te kunnen navigeren. In de dialogen ‘Bestand openen’ en ‘Opslaan’ vindt u rechts bovenaan een klein knopje met een ster waaronder u de favoriete mappen vindt. In het lijstje staat bovenaan altijd een verwijzing naar de map ‘CMA Coach Projecten’, maar via de optie ‘Huidige map toevoegen’ kunt u het lijstje naar belie22

ven uitbreiden. Indien Coach bij u op het netwerk geïnstalleerd is, dan vindt u ook nog een permanente link naar de map ‘Schoolprojecten’. Dit is een netwerkmap waarin u uw eigen Coach-materialen kunt opslaan. Via de Favorieten kunt u vanaf een cliënt snel naar deze map gaan. (Zie ook de tip over de opstartlocatie van Coach hieronder). Instellen in welke map Coach opstart (Docentmodus) In de Docentmodus kunt u in de voorkeursinstellingen aangeven in welke map Coach moet opstarten. U heeft hierbij drie keuzes: − de map CMA Coach Projecten, − de map Schoolprojecten (alleen mogelijk indien u over een netwerkinstallatie beschikt) of − de laatst geopende Coach map. Deze laatste optie is m.n. handig als u Coach op uw eigen computer gebruikt. U werkt dan de volgende keer automatisch verder in de map waar u nu aan het werk bent. Wanneer Coach op het netwerk is geïnstalleerd, heeft u waarschijnlijk wel bepaalde rechten nodig om de voorkeursinstelling te mogen wijzigen.


Diagram voor ingetypte waarden Bij een handmatige meting (d.w.z. een meting waarbij elke druk op de groene knop één meetpunt oplevert), is het soms ook handig om de waarde van een grootheid in te typen. Hiervoor is een speciaal diagram nodig. Dit diagram maakt u eenvoudig aan via de meetinstellingen-dialoog. Open dit dialoogvenster en stel bij het meettype in ‘Handmatig meten’.

Zodra u dit heeft gedaan, verschijnt een tabblad Diagram. Open dit tabblad. Vink de optie Diagram maken van alle handmatige gegevens aan en geef aan hoeveel grootheden u handmatig wilt (laten) intypen. Voer voor elke grootheid de naam, eenheid en het aantal decimalen in. Klik op OK. Aan de muis ‘hangt’ nu een diagram. Klik in één van de vensters om het diagram te plaatsen. Na elke druk op de groene knop, vraagt Coach om de opgegeven grootheden in te typen. Deel van een grafiek verwerken Wist u dat de meeste analyse- en verwerkingsfuncties van Coach 6 slim gebruikmaken van de gezoomde toestand van het diagram? Op deze manier kunt u bijv. meerdere fits aan delen van het diagram toevoegen. Zie als voorbeeld de verwerking van de videometing van de softbalklap (meegeleverde activiteit). De gemeten grafiek wordt gevormd door de

dikke punten. Door eerst op de linkerflank van deze grafiek in te zoomen en deze te fitten met een rechte lijn, en daarna het zelfde te doen met de rechterflank, verkrijgt u het hieronder getoonde eindresultaat.

Door een ingezoomde grafiek lopen Langs een ingezoomd diagram staan blauwe pijlen. Door op deze pijlen te klikken verschuift het beeld langs de grafiek waarbij de zoomfactor het zelfde blijft. Ook handig als het getrokken kader net niet helemaal nauwkeurig is. Eerdere resultaten niet tonen in een diagram Standaard wordt in Coach bij een nieuwe meetserie de vorige grafiek in grijs weergegeven. Deze grafieken staan alleen nog getekend op het scherm, maar de onderliggende meetgegevens zijn overschreven door


23

de volgende meetserie. Als u een paar meetseries achter elkaar doet, dan kunnen deze eerdere meetgrafieken behoorlijk in de weg zitten. U kunt uiteraard eerst de meting wissen, of de meting starten met +Groene knop (of +F9), maar er is ook een nieuwe Activiteit-optie. Open Opties>Activiteit-opties… en kies het tabblad Geavanceerd. • Vink de optie Vorige resultaten tonen in diagram uit. Om deze optie te bereiken moet u wel als docent ingelogd zijn. Deze instelling wordt in de activiteit opgeslagen. •

Sensoren onafhankelijk ijken Als u in Coach meerdere dezelfde sensoren gebruikt, dan bevinden de sensoriconen hiervoor zich op hetzelfde stapeltje van het sensorpalet. Al deze iconen hebben dezelfde ijking. In deze tip beschrijven we hoe u te werk kunt gaan om voor dezelfde sensor twee onafhankelijk geijkte iconen te maken, bijvoorbeeld om nauwkeurig temperatuur te meten met twee dezelfde temperatuursensoren. We maken hierbij gebruik van het feit dat een sensoricoon altijd maar op één plek tegelijk aanwezig is: in de sensorbibliotheek óf in de activiteit. Zodra een eigenschap van een sensoricoon wordt gewijzigd is daarmee dat icoon een locaal icoon geworden, en is het standaardicoon vanzelf weer teruggezet in de sensorbibliotheek.

Ga als volgt te werk: • Rechtsklik op de lege paletpositie en kies uit de bibliotheek het icoon van temperatuursensor 016 of 016i (aanwezig vanaf Coach 6.25). • Plaats het sensoricoon op de juiste ingang. • Rechtsklik het icoon en kies Wijzigen/IJken. • IJk het sensoricoon zo nauwkeurig mogelijk en klik OK. • Rechtsklik op de lege paletpositie en kies weer hetzelfde sensoricoon uit de bibliotheek. Deze is door het wijzigen van het eerste icoon weer in de bibliotheek te vinden. • Plaats het tweede icoon op een ingang van het paneel. • IJk het tweede icoon. U heeft nu twee iconen voor dezelfde sensor met onafhankelijke ijking. Deze iconen zijn na wijzigen beide locale iconen geworden: hun gegevens worden opgeslagen in het activiteit of resultaatbestand. Als docent kunt u de gewijzigde iconen desgewenst toevoegen aan de gebruikersbibliotheek van Coach (via rechtsklikken op het icoon en kiezen voor Opslaan in gebruikersbibliotheek). Het is wel verstandig het icoon dan van een begrijpelijke naam te voorzien (zie evt. de Coach Docenthelp, boek Docentgereedschappen > Sensoren & Actuatoren beheren). Bij gebruik van een netwerk zijn deze ijkingen dan direct beschikbaar voor de gehele school. Vincent Dorenbos <[email protected]> AMSTEL Instituut

24


Coach op de open dag van het Erfgooierscollege Het Erfgooiers College in Huizen heeft nu ongeveer een jaar Coach 6 op alle computers in de school staan. In de vaklokalen van natuuren scheikunde is een aantal standalone computers aanwezig. Daarnaast is Coach via het netwerk beschikbaar in een computerlokaal (o.a. voor informatica) met 32 computers en in de mediatheek (35 computers). Sinds twee jaar is er een computerlokaal met 15 computers bijgekomen, waar natuuren scheikunde als eerste aanspraak op kan maken, om daar met een hele klas (in tweetallen) practicum met Coach te kunnen doen. De leerlingen kunnen de verkregen meetgegevens op een USB-stickje zetten om ze elders in de school verder te analyren of te bewerken. Bij de open dag wil de school de toekomstige leerlingen (en ouders) graag iets van de computermogelijkheden laten zien, waarbij de natuuren scheikundesectie Coach gebruikt. Er is een aantal experimenten ontwikkeld of aangepast zodat deze zonder uitleg uitgevoerd kunnen worden. Een afdruk dient dan als ‘bewijs’ dat de leerling in het lokaal geweest is en levert een paraafje op op de stempelkaart. Volle kaart = Hebbedingetje... De proeven die wij gebruiken zijn: • geluid meten van een instrument, stemvork en je eigen stem; • de slingertijd van een slinger meten via een lichtsluis; • de inductiespanning meten opgewekt die een vallende magneet opwekt in een spoel.

Al deze experimentjes zijn in principe simpel te doen. Het aardige is dat je er veel meer van kunt maken als de leerling (of vaak ook de ouders) er meer van wil weten. In die gevallen ben je er als docent natuurlijk wel bij nodig, en met een beetje uitleg kun je ze een aardig eindje meenemen. Bij de geluidsproefjes kun je het verschil tussen stemvork (mooie sinus) en instrument of stem (samengestelde trilling) laten zien. Uitleggen dat meting van een stem nooit een mooie sinus geeft en dat de trilling die je van je eigen stem ziet niets zegt over je zangkwaliteiten, en dat het patroon bij iedereen anders is. Eventueel kun je via Fourieranalyse de frequentiecomponenten laten zien. Bij de slingertijdmeting leggen wij uit dat je de trillingstijd net zo goed met een stopwatch kunt meten, maar dat (met inzoomen) de “verduistertijd” is te bepalen en daarmee de snelheid van het blokje (als je de breedte van het blokje gemeten hebt). Van de inductieproef is de natuurkundige achtergrond natuurlijk nog veel te lastig, maar dat er iets gebeurt (en dan ook nog heel snel), ziet iedereen. Het voordeel van de PC voor zulke snelle processen is dan meteen duidelijk. Ook kun je gemakkelijk de invloed van het aantal windingen of de sterkte van de magneet (twee of drie aan elkaar plakken) laten zien. Bert te Winkel Erfgooiers College Huizen www.erfgooiers.nl


25

Meten met synchrone video U weet dat het met Coach mogelijk is om metingen te doen. Ook weet u waarschijnlijk dat het mogelijk is om video’s af te spelen ter illustratie van een experiment. Maar wist u dat het ook mogelijk is om een meting te doen en er tegelijkertijd een videoopname van te maken (bijv. met een webcam)? Naderhand kan de meting worden teruggespeeld en daarbij wordt ook de video (gesynchroniseerd) afgespeeld. De leerlingen kunnen het resultaat van het experiment bekijken en er vragen over beantwoorden, zonder dat er daadwerkelijk een meting gedaan hoeft te worden. Hoe u zo’n meting kunt voorbereiden wordt in deze tip uitgelegd. • Sluit de webcam aan op de computer. • Start Coach 6 en maak of open een meetactiviteit. Zet sensoren klaar en bepaal goede meetinstellingen voor de proef. • Vervolgens plaatst u het webcambeeld door te drukken op de gele videoknop en te kiezen voor Bron: Webcam… en in een venster te klikken. • Rechtsklik dan op het videovenster en kies de optie Opname. • Rechtsklik opnieuw in het Videomeetvenster en markeer de optie Gesynchroniseerde opname. Door deze optie te markeren zal Coach bij een druk op de groene knop zowel de meting als de videoopname tegelijkertijd starten. De video krijgt een speciale naam: Gesynchroniseerde video-opname bij meting. 26

In het snelmenu van die video is dan de optie Gesynchroniseerd terugspelen aangevinkt. U kunt de meting nu terugspelen met de Terugspeelknop , net rechts van de groene knop. Er verschijnt een regelpaneel waarmee u het terugspelen kunt starten of pauzeren. Ook de snelheid bepalen waarmee de meting wordt teruggespeeld. Coach heeft tijdens de opname het synchronisatiemoment zo goed mogelijk bepaald. Dit is het moment waarop de meting bij de video ‘invalt’ of de video bij de meting. Het eerste geval komt het meest voor, en dit wordt in het videomeetvenster op de afspeelbalk aangegeven met een groen vlaggetje. Wat voor soort metingen lenen zich nu voor meting met een synchrone video? Met name metingen die visueel interessant zijn (bijv. een thermokoppelsensor die verschillende delen van een kaarsvlam mee), of metingen die heel snel gaan (bijv. een sprong op de krachtplaat, een karretje dat tegen de krachtsensor botst, het hooghouden van een tennisbal op een racket voorzien van een versnellingsensor). Hieronder ziet u een mo-


mentopname van een meting van gekoppelde slingers, die teruggespeeld wordt. Deze slingers voeren een beweging uit, die zeer de moeite waard is om te zien tegelijkertijd met de meetgegevens in het diagram! De videobeelden voegen echt iets toe aan het begrijpen van de grafieken. Indien u een synchrone video opneemt bij een snelle meting, bijvoorbeeld een sprong op de krachtplaat, dan kan de sprong mooi in slowmotion bekeken worden, samen met de grafiek.

(Een voorbeeldactiviteit staat in de rubriek ‘Lesmateriaal>Coach 6’ op de CMA website). Indien het moment van synchronisatie door Coach niet helemaal precies bepaald is, dan is het nog met de hand aan te passen. Hiervoor verwijs ik naar het Coach helpsysteem (boek Meten>Een meting met video synchroniseren). Vincent Dorenbos <[email protected]> AMSTEL Instituut


27

QTC - Quantum Tunnelling Composite - Verrassend onderzoek met Coach QTC In de jaren ’90 van de vorige eeuw was de Brit David Lussey op zoek naar een fabricageproces voor geleidende lijm. Het product voldeed niet aan de verwachtingen, maar het bleek een nieuw materiaal met bijzondere eigenschappen. QTC (Quantum Tunnelling Composite) gaat steeds beter stroom geleiden naar mate er een grotere kracht op wordt uitgeoefend. De soortelijke weerstand kan daarbij wel een factor 1 biljoen kleiner worden.

QTC-snippers (3,6 x 3,6 mm)

Sciencelab ‘Moderne materialen’ Aan de Vrije Universiteit is een sciencelab voor klas 3 vwo ontwikkeld waarin leerlingen een eenvoudig onderzoek doen naar de eigenschappen van QTC. Ook maken ze een technisch ontwerp met QTC dat ze aan het eind van het sciencelab presenteren. Voor 2009 staat er een sciencelab met bovenbouwleerlingen op het programma. Daarin zullen de leerlingen met Coach allerlei fysische eigenschappen van QTC onderzoeken. In de voorbereiding van dat nieuwe sciencelab is bij een eerste onderzoek van QTC een reeks bijzondere waarnemingen gedaan.

28

Bron: www.peratech.com

Een model van QTC QTC is een ideale isolator, als je er geen kracht op uitoefent. Bij kleine krachten (in de orde van 1N) begint het materiaal –opgenomen in een stroomkring– stroom te geleiden. Dit effect is met een eenvoudig model te beschrijven. QTC bestaat namelijk voor het grootste deel uit een polymeer. De rest bestaat uit fijn verdeeld nikkel. Samendrukken van QTC zorgt ervoor dat de nikkelatomen dichter bij elkaar komen, zodat stroomgeleiding mogelijk wordt. Dit eenvoudige model is voor klas 3 te begrijpen. Om de continue afname van de soortelijke weerstand te beschrijven is echter een kwantummechanisch model nodig: elektronen ‘tunnelen’ tussen atomen die (nog) geen contact met elkaar hebben. De meetopstelling Voor het nieuwe sciencelab voor de bovenbouw is een solide meetopstelling ontwikkeld. Deze bestaat uit een zware bodemplaat waarop een krachtsensor (bereik 5N/50N) verticaal is opgesteld. Op het plateautje


van de krachtsensor ligt (op een geleidende ondergrond) een QTCsnipper. Deze kan met een schroefmicrometer samengeperst worden. De kracht, de spanning en de stroomsterkte worden met een U-Lab op het scherm zichtbaar gemaakt.

sen spanning en stroomsterkte (bij een constante kracht). Ook verrassend is dat de stroomsterkte bij grotere spanning juist weer afneemt.

Een eerste verkenning De metingen met Coach hebben al een paar verrassende resultaten opgeleverd. Bij het vergoten en daarna verkleinen van de kracht (bij een constante spanning) blijkt de stroomsterkte een duidelijk waarneembaar hysterese-effect te vertonen. Een hysterese-effect blijkt ook voor te komen bij het onderzoek naar de relatie tus-

Hysterese stroomsterkte en kracht

Meer onderzoeksideeën Er zijn nog veel meer facetten van QTC te onderzoeken: - De grafiek waarin de stroomsterkte uitgezet is tegen de kracht (bij een constante spanning van 4,0 V) is in ongeveer 20 seconden tot stand gekomen (10s om de kracht te vergroten, 10s om de kracht tot nul terug te brengen).

Hysterese stroomsterkte en spanning

- Krijg je dezelfde grafiek, als je er twee keer een minuut over doet? Krijg je dezelfde grafiek bij een spanning van bijvoorbeeld 6,0 V? - Welke eigenschappen blijkt QTC te hebben, als je wisselstroom gebruikt?


29

- Er komen dan nieuwe variabelen bij, zoals de frequentie en de vorm van de wisselspanning (sinusoïde, blokgolf, zaagtand, …). - Heeft de temperatuur invloed op de fysische eigenschappen van QTC? - Heeft magnetisme invloed op QTC? Onderzoek op school QTC is in het kader van een praktische opdracht heel goed door leerlingen te onderzoeken, maar de ervaringen laten zien dat de meetopstelling heel stabiel moet zijn. Trillingen en oncontroleerbare luchtstromingen zorgen ervoor dat een instabiele op-

stelling weinig betrouwbare waarnemingen oplevert. QTC is online te bestellen bij http://www.mutr.co.uk/

Pilot sciencelab Vanaf maart komt een aantal scholen proefdraaien met het nieuwe sciencelab voor de bovenbouw vwo. Als de experimenteeropstellingen en het lesmateriaal hun definitieve vorm hebben gekregen, wordt het sciencelab aangeboden in de reeks its labs die via de its academy gereserveerd kunnen worden - www.itsacademy.nl Hans van Dijk

Lesmateriaal voor Coach 6 op de CMA website Op de CMA website vindt u in de rubriek ‘Lesmateriaal>Coach 6’ nieuwe Coach 6 activiteiten die u kunt downloaden. Nieuwe aanwinsten zijn een activiteit voor een sprong op de krachtplaat met synchrone video, een mooie geluidssnelheidmeting waarbij gebruik wordt gemaakt van een stofzuigerslang, en herziene scheikundematerialen van

30

IT4US over Sterke en Zwakke zuren. Van harte aanbevolen! Heeft u een mooie Coach 6 activiteit gemaakt, die de moeite van het verspreiden waard is, dan vragen wij u die op te sturen naar [email protected]. Vincent Dorenbos <[email protected]> AMSTEL Instituut


Proefjesdag Cunera Basisschool! Op verschillende basisscholen wordt met Coach gewerkt. Zij werken met €Sense. Twaalf kinderen van groep 7 & 8 van de Cunera Basisschool in Bakkum schreven een verslagje over hun proefjesdag met de €Sense. Met die €Sense hebben wij licht, tempratuur, geluid en afstanden (€Motion) gemeten. De sensoren waren verbonden met een kabeltje naar de computer. We mochten de lichtsterkte meten en de warmte van kaarsvet van een brandende kaars. Geluid konden we met hulp van een microfoontje meten door hard en zacht te klappen. De afstand konden we meten door verder en dichterbij naar de sensor te lopen. Op de computer stonden grafieken waar je precies de resultaten op zag. We kregen

de informatie en hulp van een Duitse meneer (1), die van de Universiteit van Amsterdam kwam, genaamd het AMSTEL Instituut. Het was heel leerzaam te zien hoe alle sensoren in elkaar zaten. We krijgen de sensoren en de computer software ook op school. Bedankt voor de hulp. Vivian, Benthe, Puck, Marc, Kay, Teun, Stefan, Lars, Connor, Julie, Lara, Nina. 1)

Frank Schweickert


31

De waterraket - Praktische opdracht VWO – 5 NATUURKUNDE 21 april 2008 Op het Sancta Maria in Haarlem is de natuurkunde-sectie een nieuwe weg ingeslagen met de praktische opdracht (PO). De opdracht bestaat uit twee delen. ’s Ochtends het praktische gedeelte, ’s middags het theoretische. Beide delen worden afgesloten met een verslag dat op de dag zelf gemaakt moet worden (aan de hand van een aantal vragen). In de elektronische versie van deze Signaal is het volledige PO te vinden (12 pagina’s. incl. de formulieren waarop leerlingen kort hun aantekeningen kunnen maken en de te behalen punten zijn vermeld). Ochtendgedeelte

Middaggedeelte

De waterraket Een waterraket is een PET-fles. Deze wordt gedeeltelijk gevuld met water. De fles wordt onder druk gezet met een fietspomp. De fles wordt gelanceerd. Het water spuit eruit en de fles schiet omhoog.

De groep wordt nu in tweeën gesplitst. Eén groep gaat aan de slag met een applet van een waterraket en doet daaraan metingen. Ze variëren de instellingen en kijken wat het effect is op de beweging van de waterraket. De andere groep gaat aan de slag met het modelleerprogramma Coach en gaat daar kijken wat de invloed van massa en luchtwrijving is op de beweging van de waterraket.

De opdracht - praktisch gedeelte: Hoe hangt de prestatie van de waterraket af van de verschillende parameters, die een rol spelen? De opdrachten van het theoretisch gedeelte: Modelleren A) Simulatie De te variëren of te meten grootheden zijn: maximale snelheid, maximale hoogte, tijd, volume van het water en druk. Beantwoord met het applet voor zover mogelijk dezelfde onderzoeksvraag

32

Het applet is te vinden op http://exploration.grc.nasa.gov/ education/rocket/rktsim.html

B) Modelleren Met het programma Coach gaan leerlingen aan de slag om de beweging van de raket na de lancering te analyseren. In Coach is al een model aangemaakt. Dit model moet worden geanalyseerd, eventuele parameters aangepast.


Het model ziet er als volgt uit: 1 5

4

2

3

Zowel voor het hanteren van het applet als voor omgaan met Grafisch Modelleren krijgen leerlingen enkele aanwijzingen en de noodzakelijke stappen. Hiertoe zijn er inleidende opdrachten die beantwoord moet

worden voordat leerlingen overgaan naar de eigenlijke onderzoeksvraag in het applet respectievelijk in Coach. Pieter Wolff Sancta Maria, Haarlem


33

Coach workshop voor de IBO-dag Op verzoek snel een techniekworkshop orkestreren voor schoolleiders? En dat een paar weken voor de grote verhuizing van het gehele AMSTEL Instituut naar de nieuwbouw? Het is ons gelukt!. Ruim 40 schoolleiders konden werken met een brede keuze uit ons ICT-rijk practicummateriaal voor techniek en science De gebruikersvereniging Informatiebeheer Onderwijs vertegenwoordigt ongeveer 200 scholen in het voortgezet onderwijs in Nederland. De IBOdag wordt goed bezocht en dat betekende dat de workshop een groot aantal van de bezoekende schoolleiders mocht verwachten. De pakkende woorden van de keynote-spreker Hans Appel over maatschappij en technologie maakte duidelijk dat het geven van science en techniekvakken niet alleen noodzakelijk is, maar ook interessant en leuk kan zijn. De vraag aan AMSTEL was dan ook in de workshop te laten zien dat science en techniek inderdaad interessant en leuk zijn. Na afloop sprak Hans Appel zijn waardering uit over het vermogen van het AMSTEL Instituut om een dergelijke workshops te verzorgen. Ruim 40 bezoekers met hun uiteenlopende achtergrond waren allen aan de slag en na afloop overtuigd van nut en mogelijkheden. In totaal waren door ons elf activiteiten opgesteld voor uiteenlopende vakken van wiskunde via informatica

en techniek tot nartuurkunde, scheikunde en biologie. Bijvoorbeeld was in de techniekhoek gebaseerd op het “Systeembord” de “Piepschuimsnijder”, de “Watertoren” en de “Knikker sorteerder” te vinden. Voor de combinatie van informatica en techniek was gekozen voor het “kruispunt” en voor Lego de “robot arm” en de “lopende band”, beide aangestuurd door de populaire NXT. Voor biologie, scheikunde, natuurkunde en wiskunde waren er activiteiten over “reactie-/ denksnelheid”, “gaschromatgraaf”, “massaveersysteem”, “modeleren” en “videometen”. Een deel van de bezoekers voelde zich meteen thuis en gingen direct aan de knoppen draaien om de andere bezoekers te vertellen wat hier getoond werd. Al snel was het voor iedereen duidelijk dat dit de manier was om de interesse op te wekken voor deze vakken. De enkele schoolleider die nog niet bekend was met het fenomeen werd al snel overtuigd dat dit zeker meer aandacht verdiende. Het enthousiasme van de bezoekers was treffend en de onderlinge informatie-uitwisseling een succes! Toto van Inge

34


Arbeidservarend leren aan de UvA De universiteiten ondernemen de laatste jaren veel activiteiten om het universitaire leven te presenteren. Vaak gebeurt dat echter op een vrij laat tijdstip in de vijfde of zesde klas. Dan is het wel vaak vissen in eigen vijver. De leerling heeft eigenlijk al een beslissing genomen welke studierichting het gaat worden. Sinds enkele jaren organiseert Piet Molenaar (Fons Vitae en AMSTEL) voor vierde klas VWO in het kader van hun profielkeuze een zogenaamde arbeidservarend leren week. De leerlingen bivakkeren een week lang op onze bètafaculteit. Bij de voorbereiding van de beroepsen studiekeuze van de VWOleerlingen willen de leerlingen kennismaken met de sfeer van een universiteit. “Wat doet nu een wetenschapper op de universiteit?” Het beeld van de leerlingen is vaak nogal karikaturaal: “Een wetenschapper is een man in een witte jas met een verwarde haardos en geitenwollen sokken aan.” Een intensieve week Even snuiven aan de universitaire sfeer. Dit jaar werd er gestart met een bezoek aan de supercomputer bij Sara met een driedimensionale tocht ondernomen in de Cave. Daarna een interview met de studenten. De deskundigen bij uitstek als het gaat over hoe de universitaire studie georganiseerd moet worden. Interviews met wetenschappers; een startende scheikunde-onderzoeker met een rondleiding door het laboratorium; een wiskunde promovendus en twee sterrenkundigen met complexe onderzoeken aan planeten bij andere sterren.

Maar natuurlijk ook de geavanceerde wetenschapsinstituten laten zien. Bezoek aan het NIKHEF: in 2 uur een inleiding over het standaardmodel van elementaire deeltjes. En nog wat proeven aan muonen. Onderzoek in de biologie: een bezoek aan de onderzoekskassen met experimenten met sluipwespen die luis opvreten. Belangrijk: leerlingen moeten ook zelf aan de slag, een werkcollege informatica volgen. In drie uur leren hoe een rekenmachine werkt; zelf een stukje programma ‘bouwen’. En een moeilijk college organische chemie. Tenslotte was er nog een bezoek aan de VU met het fantastische nieuwe materiaal QTC waarmee je bijv. zulke mooie lampdimmers kunt maken. Toegepast onderzoek! Leerlingen waren zeer enthousiast en kregen in een ongedwongen sfeer een concreet beeld van studeren en werken op de universiteit. Piet Molenaar, AMSTEL Instituut, Fons Vitae


35

CO2-meter versus muffe schoolklas Scholen zijn berucht (en nog te weinig beducht) om hun slechte binnenklimaat. Ventilatievoorzieningen zijn er vaak mager, terwijl er grote groepen mensen langdurig worden samengepakt in een gesloten ruimte. Al na een kwartiertje begint de lucht in de klas zwaarder en muffer te worden. Dat kan leiden tot gezondheidsklachten als sufheid, hoofdpijn, branderige ogen en allergieaanvallen. Teveel CO2 in de lucht van klaslokalen beïnvloedt de leerprestaties. Begin 2007 deed een student civiele techniek aan de TUDelft (Kim vd Ven) het volgende voostel: Hang in iedere klas een detector op die de hoeveelheid CO2 in de gaten houdt. De detector moet met lampjes aangeven in hoeverre de lucht in de klas 'schoon' is. Het CO2-gehalte is daarvoor een aardige indicator, en is bovendien makkelijk te meten. Een CO2-detector kost immers één tot anderhalfduizend euro(!). Dat is veel geld maar het aanleggen van andere klimaatsystemen is doorgaans duurder. Voor scholen is er een goedkopere CO2 sensor! In Chemie Aktueel nr. 55 wordt hiermee een experiment voorgesteld (zie kader). In de buitenlucht geldt voor CO2: 350 tot 400 ppm In een lokaal geldt maximaal 1200 ppm CO2.

36

1 Ga met bronnen (internet) na wat de concentratie CO2 (in ppm) in de buitenlucht is. 2 Ga met bronnen na wat de maximale concentratie CO2 (in ppm) mag zijn in een binnenruimte. Onderzoek Via metingen ga je bekijken wat er gebeurt met de concentratie CO2 in een lokaal tijdens een lesuur. - Maak een Coach-meetopstelling met een CO2sensor ,een O2-sensor en een temperatuursensor. - Meet tijdens een lesuur het verloop van de CO2 en O2 concentratie. Ontwerp - Ontwerp in Coach een meet- en regelsysteem waarbij bij het overschrijden van de maximaal toelaatbare hoeveelheid CO2 een lampje gaat branden, zodat de ramen open gezet kunnen worden. Wanneer de concentratie CO2 genoeg gedaald is, moet het lampje weer uitgaan. - Test je ontwerp uit.


Gebruikte sensoren: • CO2-sensor (0661i) (CMA) (0..5000 ppm) • Zuurstofsensor (0376bt) (CMA) (0..100%) • Temperatuursensor (0511bt) (CMA) (-25..150°C).

Bronnen: • www.delta.tudelft.nl > archief • http://www.senternovem.nl/mmfiles/ LCM-standpunt ventilatie scholen en kindercentra 004-2006_tcm24200220.pdf

• Chemie Aktueel nr. 55 (www.chemieaktueel.nl)

Meetresultaten: Miek Scheffers <[email protected]>

(Met dank aan Bas van Genabeek, oudleerling Gymnasium Beekvliet (St. Michielsgestel), voor het uitvoeren van de experimenten).


37

Hoogoven-slakken herbergen CO2 Opname van CO2 door portlandiet In de staalindustrie maakt men staal (voornamelijk bestaande uit ijzer) uit ijzererts. Hiertoe laat men het erts reageren met koolstofmono-oxide tot ijzer en koolstofdioxide. IJzererts bevat ijzer(II)oxide of ijzer(III)oxide. Een bijproduct hierbij is de staalslak, deze slakken bevatten o.a. de stof portlandiet. De opname van CO2 door een portlandietsuspensie kan worden onderzocht door het CO2-gehalte te meten, en door de geleidbaarheid en de pH te volgen van de suspensie waardoor de CO2 werd geleid. In Chemie Aktueel 60 staat beschreven hoe deze experimenten worden nagebootst. Het is mogelijk om met behulp van kalkwater koolstofdioxide te verwijderen uit CO2-houdende lucht, zoals uitgeademde lucht. Met behulp van Coach 6 kan het verloop van de CO2 opname op twee manieren gemeten worden. Een PPO! (Prachtige Praktische Opdracht). Benodigdheden Experiment I: - Kalkwater (verzadigde Ca(OH)2 opl.) - CO2 sensor (0.. 100.000 ppm) - Gaswasfles - Afzuigerlenmeyer (250 mL) - Rubberslangen (passend op afzuigerlenmeyer en gaswasfles) Experiment II: - Kalkwater (verzadigde Ca(OH)2 opl.) - Geleidbaarheidssensor (0.. 20.000 µS) - pH sensor (CMA) (030i) (0.. 14) - Bekerglas 250 mL - Rubberslang - Statief & Klem Experiment I Instellen Coach (Tijdsduur: 10 min. en Meetfrequentie: 1 per seconde). Het sensoricoon kan nu naar de juiste ingang van het paneel gesleept worden en de CO2 sensor kan eveneens aangesloten worden op het paneel (voor stabiele resultaten behoort de sensor nu ca. 10 minuten ‘op te warmen’ voor de meting). 38

De sensor moet eerst geijkt worden met ‘frisse’ buitenlucht. Dit gebeurt door de bij de sensor behorende fles te vullen met verse lucht, de sensor op de fles te zetten en het knopje ‘CAL’ op de sensor in te drukken. (De sensor geeft nu een waarde aan van rond de 400 ppm). Maak nu een diagram van de sensor (rechtsklikken op het sensoricoon). De assen kunnen naar eigen wens worden ingesteld.


Meting: Plaats de sensor in de opening van de afzuiger-erlenmeyer en sluit een (schone!) rubberslang aan op de zijkant van de erlenmeyer. Een gaswasfles wordt alvast voor de helft gevuld met kalkwater. Start nu de meting en blaas rustig, maar met constante snelheid door de slang. De waarde die de sensor aangeeft zal stijgen tot ongeveer 80.000 ppm. Als deze waarde bereikt is, wordt de gaswasfles aangesloten tussen de rubberslang en de erlenmeyer (de slang wordt aangesloten op de ingang van de gaswasfles, de erlenmeyer wordt (met een ander stuk slang) aangesloten op de uitgang van de gaswasfles. (De meting blijft ondertussen doorlopen. Het aansluiten moet dus snel gebeuren). Blaas vervolgens weer rustig door de slang. De CO2 in de uitgeademde lucht borrelt door het kalkwater, waardoor de CO2 weggevangen wordt. De waarde die de sensor geeft hoort nu te dalen. Na een tijdje (afhankelijk van de hoeveelheid kalkwater) is het kalkwater ‘verzadigd’ met CO2. Dit is te zien aan de waarde van de sensor, die weer op begint te lopen. De meting kan nu worden beëindigd. Bespreek de vorm van de grafiek met betrekking tot de opname van CO2. Experiment II Instellen Coach: (Tijdsduur: 500 s en Meetfrequentie: 10 per seconde). Stel de geleidbaarheidssensor in voor een meting tot 20.000 µS (d.m.v. het

verschuifbare knopje op de sensor). Sluit de geleidbaarheidssensor en de pH sensor aan op het paneel. Coach zal waarschijnlijk de juiste icoontjes op het bord plaatsen. Zo niet, dan kan dat handmatig door de juiste icoontjes in de sensorbibliotheek te kiezen en naar het paneel te slepen. Plaats in 2 lege schermen diagrammen van beide sensoren. Beide sensoren kunnen ook worden weergegeven in één diagram door eerst een diagram te plaatsen voor één sensor en vervolgens bij ‘diagraminstelling’ de andere sensor te plaatsen onder bijvoorbeeld kolom C3. Voor de geleidbaarheidssensor is de volgende y-as aan te raden: 0 – 5000µS Voor de pH sensor de volgende y-as: 7,0 – 14,0. Meting: Vul het bekerglas met ongeveer 150 mL kalkwater. Zet het bekerglas vast met behulp van een statief en klem. Plaats beide sensoren in het bekerglas. Start de meting en blaas met een rubberslang door het kalkwater tot de meting is afgelopen. Bespreek de vorm van de grafiek met betrekking tot de opname van CO2. Resultaten experiment I De grafiek zal ongeveer onderstaande vorm hebben: Hieruit valt af te leiden dat vanaf punt 1 de CO2 wordt opgenomen door het kalkwater waardoor het gemeten CO2 gehalte daalt. De CO2 reageert met het kalkwater tot calciumcarbonaat. Vanaf punt 2 begint het


39

CO2-gehalte weer toe te nemen, wat aangeeft dat het kalkwater is uitgewerkt. Alle calciumhydroxide heeft dan gereageerd met CO2. (Met dank aan Bas van Genabeek (student scheikunde TU/e)).

Resultaten Experiment II De meting geeft de volgende grafiek:

Tijdens het blazen reageert de CO2 met het kalkwater en worden vaste deeltjes CaCO3 gevormd. De geleidbaarheid neemt hierdoor af (eerste gedeelte onderste curve). Ook is te zien dat het kalkwater steeds troebeler wordt (melkachtig wit). Dit zijn de vaste kalkdeeltjes gesuspendeerd in het water. Na iets meer dan 150 s (punt 1 in de grafiek) daalt de pH. Dit geeft aan dat het ‘equivalentiepunt’ bereikt is: alle calciumhydroxide heeft gereageerd met de CO2 (dit is in feite te vergelijken met een zuur-base titratie). Vanaf dit punt wordt het kalkwater steeds minder troebel en neemt de geleidbaarheid weer toe. Dit komt omdat de vaste kalkdeeltjes ook reageren met CO2. Samen met water reageren kalk en CO2 tot calciumwaterstofcarbonaat. Dit is beter oplosbaar in water dan kalk, waardoor de geleidbaarheid zal stijgen en de troebelheid minder wordt. (Zie ook onderstaande foto’s)

Kalkwater vóór, tijdens en na experiment II: Kalkwater t = 0 s

Kalkwater t = 150 s

Extra bronnen • NRC Handelsblad, 14 okt. 2008 • Technisch Weekblad, 25 okt. 2008 • Chemie Aktueel nr. 60 <www.chemieaktueel.nl>

40

Kalkwater t = 500 s

Miek Scheffers, docente scheikunde Gymnasium Beekvliet St. Michielsgestel / Aansluitingsdocent fac. Scheikundige Technologie TU Eindhoven en hoofdredacteur Chemie Aktueel <[email protected]>.


PONTOn VZW een Vlaams kleinschalig initiatief - Promotie en Ondersteuning van Natuurwetenschappen en Techniek in het Onderwijs -

Wim Peeters en Patrick Walraven zijn in België twee bekende onderwijsnamen. Zij zijn ook in de natuurkunde gemeenschap in Nederland geen onbekenden, zij nemen vaak deel aan en presenteren op de Woudschotenconferentie, Reehorstconferentie en het NVON congres. Patrick Walraven schreef vier boekjes met telkens 50 eenvoudige experimenten. Deze vinden gretig aftrek in Nederland. Wim Peeters kent u misschien van het project “Experimenteerkoffer” van de Universiteit Antwerpen. Beiden hebben de handen inéén geslagen om hun kunnen en kennen door te geven aan collega’s in België en Nederland. Dit gebeurt via de Stichting PONTOn. PONTOn wil leerkrachten van alle natuurwetenschappen en techniek ondersteuning bieden op twee manieren: via het deelnemen aan (internationale) projecten en via nascholing. Op dit moment lopen er twee projecten: MOSEM en MOSEM² (informatie op www.mosem.no). Centraal staat de op experimenten gebaseerde, didactische nascholin-

gen. Hiervoor wordt steeds eenzelfde concept gevolgd: rond een thema (optica of geluid, later andere) worden uit de bijna 1000 experimenten die Patrick tot zijn beschikking heeft een 20-tal geselecteerd. Al het materiaal dat nodig is voor die proeven wordt verzameld en bijeengebracht in een doos (zie foto 1). Een nascholing bestaat uit een training van een halve dag in het experimenteren met al deze proeven (foto 2); tegelijkertijd worden didactische en pedagogische achtergronden gegeven; de proeven zelf zijn zeer divers, laagdrempelig en zijn er op gericht concepten te verduidelijken (foto 3), maar evengoed geschikt om metingen mee uit te voeren. De doos met al het, dikwijls eenvoudige, materiaal (inclusief syllabus) wordt meegegeven en kan direct worden ingezet in de klas. PONTOn komt vanaf november naar Nederland: naar Breda (locatie op dit moment nog niet bekend) en naar Amsterdam (AMSTEL Instituut). Wim Peeters <[email protected]>

Informatie via mail of de website: http://pontonvzw.eu


41

RoboCup Junior 2009 Kunnen robots voetballen ? Al sinds het midden van de tachtiger jaren organiseert de internationale RoboCup- federatie jaarlijks wedstrijden voor voetballende robots. Het doel is om het onderzoek naar robotica wereldwijd te stimuleren met een uitdagende opdracht: zorg dat in 2050 een team van lopende robots kan winnen van de dan heersende menselijke wereldkampioen. Deze uitdaging is vergelijkbaar met de eerdere opdracht om de wereldkampioen schaken door een computer te laten verslaan. Dit is uiteindelijk gelukt. Een schakende computer blijkt alleen heel anders te spelen dan mensen en daardoor kon maar weinig inzicht worden verkregen over de manier waarop menselijke intelligentie werkt. Daarom werd in de negentiger jaren besloten om het onderzoeksterrein te verleggen naar voetballende robots. Over vrijwel de gehele wereld is de interesse in technische vakken de afgelopen twintig jaar sterk gedaald met als gevolg dat de instroom van bèta-studenten aan universiteiten veel lager is dan de industrie nodig heeft. Reden dus om maatregelen te nemen. De RoboCup-federatie heeft daarom in 1999 een nieuw initiatief ontwikkeld, RoboCup Junior, waarbij leerlingen van 9 tot 19 jaar kunnen meedoen aan internationale wedstrijden. Door het leveren van lesmateriaal, het opleiden van docenten en het geven van workshops op scholen hopen de universiteiten op die manier jongeren te interesseren voor techniek. 42

Gestart als initiatief in Parijs in 1999 en in Amsterdam in 2000 tijdens de WK RoboCup groeide deze jongste tak van RoboCup al snel uit tot een populaire activiteit in vele landen. Hoewel in Nederland in 2000 al werd gestart, duurde het tot 2004, dat ook in Nederland een jaarlijkse wedstrijd voor scholieren werd opgestart. Gesteund door science center NEMO, de Universiteit van Amsterdam, de Technische Universiteit van Delft en IBM, groeide het evenement uit tot een jaarlijkse gebeurtenis op roboticagebied die in 2009 bijna 100 teams uit heel Nederland naar NEMO brengt om daar op 6 juni te laten zien wat de scholieren op roboticagebied in hun mars hebben. RoboCup Junior-wedstrijden De wedstrijden worden gespeeld in drie disciplines en drie leeftijdsgroepen. Leerlingen uit het Primair Onderwijs strijden tegen elkaar en de Onderbouw en Bovenbouw uit het Voortgezet Onderwijs hebben ieder een eigen categorie. Leerlingen ontwerpen, bouwen en programmeren hun eigen robotjes en spelen mee met Dansen, Rescue of Voetbal. Bij Dansen zorgen ze dat één of meer robotjes dansen op de maat van zelf uitgezochte muziek en de leerlingen mogen zelf ook meedansen in een wervelende show. Het gaat erom het publiek te vermaken, maar ook om te laten zien wat hun robotje(s) allemaal kunnen.


Bij Rescue gaat het erom, analoog

onderkant van de robot kunnen bepa-

aan de Rescue wedstrijd bij de ‘grote’ RoboCup om een container met gevaarlijke stoffen op te sporen en onschadelijk te maken. De leerlingen doen dat door hun robotje op het rescue speelveld zo snel mogelijk naar het gele moeras te rijden en daar de container te zoeken en naar de kant van het moeras te duwen. Het slim gebruik van sensoren moet hier helpen om de opdracht zo snel mogelijk uit te voeren. De voetballende robots zijn het moeilijkst te maken. Bij de wedstrijd gaat het er om welk team, van twee of vier robotjes, de meeste doelpunten weet te scoren. Alle robots moeten geheel autonoom werken en mogen dus niet worden geholpen. De programma’s moeten zo worden gemaakt, dat de robots met behulp van hun sensoren zelf bepalen waar ze op het veld zijn en waar de bal en de doelen zich bevinden. Ze moeten zelf proberen de bal in het doel van de tegenstander krijgen. De bal zendt infrarood licht uit, dat met behulp van sensoren wordt gedetecteerd, waardoor de robot de bal kan vinden en volgen. De ondergrond van het veld verloopt van wit naar zwart, waardoor de sensoren aan de

len waar de robot zich op het veld bevindt. De meeste leerlingen beginnen met het populaire Lego MindStorms platform, geprogrammeerd in één van de populaire programmeertalen. Inmiddels doen er meer dan 35 scholen mee met deze wedstrijden en hebben verschillende scholen een doorlopende leerlijn opgezet, waarbij leerlingen in de hogere klassen de lagere klassen begeleiden. Met name in de hogere klassen wordt het steeds populairder om zelf robots te ontwerpen en te bouwen, waarbij soms zelfs eigen prints worden gemaakt. Inmiddels hebben de eerste generaties leerlingen de middelbare school verlaten en zijn met hun verworven kennis begonnen aan een bètastudie in Nederland. Techniek Eén van de belangrijkste doelen van RoboCup is het stimuleren van de interesse in techniek en daarom is het ook belangrijk dat leerlingen de gelegenheid krijgen om zelf hun robots te ontwikkelen. Het its lab van de Universiteit van Amsterdam biedt leerlingen en docenten van scholen daarom begeleiding en cursussen aan.


43

(www.itsacademy.nl, zie ‘its for profs’). De afgelopen jaren zijn vele leerlingen geholpen met het opzetten van een robotica profielwerkstuk en zijn ook docenten geschoold in het begeleiden van leerlingen die mee willen doen met RoboCup Junior. De meeste scholen starten met één of meer Legosetjes. De afgelopen jaren zijn er echter verschillende robotplatforms op de markt gekomen, die op basis van bouwpakketten of losse onderdelen de leerlingen stimuleren om zelf hun robots te ontwikkelen. In internationaal verband is gewerkt met de RoboDidactics robots, waarbij aan de Universiteit van Amsterdam ontworpen elektronica wordt gekoppeld aan software die een simulator bevat. Dat maakt het voor de leerlingen aantrekkelijk om hun programma’s ook thuis verder te ontwikkelen en te testen. In 2009 wordt voor het eerst van deze nieuwe ontwikkelomgeving gebruik gemaakt.

Het gebruik van een simulator is in de RoboCup-wedstrijden algemeen aanvaard. Het maakt het ontwikkelen en testen van robots een stuk eenvoudiger. Tot voor kort bestond zo’n 44

hulpmiddel niet voor de Junior Leagues. In samenwerking met het Australische bedrijf muVium is deze simulatiesoftware ontwikkeld voor een aantal robotplatforms, waaronder de Lego NXT en de in Nederland ontwikkelde JoBot robots, die op verschillende scholen worden gebruikt. Lesmateriaal Er is volop lesmateriaal gratis beschikbaar via de website van RoboCup Junior en ook de simulatorsoftware RoboPAL is gratis beschikbaar, zie www.robopal4nxt.com. De robotjes en de firmware voor de robots worden door de scholen en soms door de leerlingen zelf aangeschaft en kunnen werken met een hele reeks software tools die op de markt beschikbaar zijn. Sinds 2008 is er ook een module Robotica voor NLT beschikbaar, dat op een zestal scholen momenteel wordt uitgeprobeerd. Hierbij is het uitgangspunt dat de leerlingen omgaan met een professionele ontwikkelomgeving (Eclipse) en een programmeertaal (Java) waardoor ze vertrouwd worden gemaakt met hulpmiddelen die ook in de industrie gebruikt worden. Na het volgen van de NLT Robotica module hebben ze dan een goede basis om in Java applicaties te bouwen zonder een overschakeling van een ‘speelgoed’ omgeving naar de wereld van de informatica te hoeven maken. De wedstrijden in NEMO werden gehouden op 6 juni 2009. Peter van Lith Inlichtingen: www.robocupjunior.nl


Techniek – de brug naar Bèta Het vak techniek staat helaas onder druk. Ten onrechte. In het vak kunnen veel onderwerpen uit het domein Mens en Natuur aan de orde komen. Techniek slaat een brug naar bèta van natuurkunde tot informatica, en biedt een opstap naar NLT. Bij techniek zijn een groot aantal werkvormen mogelijk: individueel- of samenwerken, ontdekken en presenteren, materiaalgebruik, ontwerpen, bouwen, onderzoeken, automatiseren, meten-sturen-regelen en programmeren. In dit artikel bespreken we een een lessenserie Digitale Techniek, ontleend aan lesmateriaal van het Nifterlake College Maarssen en het Montessori College Groesbeek. Opbouw De lessenserie omvat het verkennen van digitale principes: “Digitaal, wat is dat?” en het bouwen van eenvoudige schakelingen om de principes te ontdekken: “Digitale schakelingen maken”. Begrippen zijn signaalanalyse, systeemontwerpen en ‘invoer-verwerking-uitvoer’. We maken daarbij gebruik van het systeembord en simulatiesoftware (van Tomsoft). Deze verkenning wordt afgerond met het ontwerp en de bouw van een waterniveauregeling. Bovendien wordt er een werkstuk gemaakt, een omrekenmachine van decimaal naar binair. De lessenserie wordt afgesloten met een presentatie. Er is gebruik gemaakt van een mini-module Digitale Techniek uit NLT(!). Deze is aangepast voor een 2e klas. Lesopzet De lesopzet is als volgt: • 1e fase: ontdekken: signaalanalyse en aansluiten van voorbeelden; • 2e fase: verdieping van de opgedane kennis, en korte uitleg binair tellen;

• 3e fase: een werkstuk maken “binaire omrekenmachine.” In de eerste fase ontdekken leerlingen op het systeembord de betekenis van ‘invoer-verwerking-uitvoer.’ Alle leerlingen onderzoeken minimaal drie problemen: • Kronkelspel (gemaakt als werkstukje in een eerdere les!); • Schilderijbeveiliging; • Voorbijgangers (binair)tellen.

Hiermee wordt als vanzelf de stap naar de 2e fase gezet. Opnieuw wordt het systeembord gebruikt, nu om signalen te bekijken en te beoordelen en eventueel te digitaliseren.


45

Daarbij is er een uitstapje naar de begrippen stroom en spanning. Dit deel wordt besloten met de bouw en presentatie van een praktisch voorbeeld. Standaard is dit de bouw van een

‘watertoren’ waarin water met een aquariumpompje wordt opgepompt tot een maximale hoogte. Met een peilstok wordt gemeten of de hoogte bereikt is. Dan wordt de pomp uit gezet.

Een schilderijbeveiliging Opdracht 1: Schilderij ophangen.

► Hang het schilderij aan een aparte haak. De haak werkt als schakelaar. De schakelaar is gesloten als het schilderij aan de haak hangt. ► Verbind deze schakelaar met de variabele spanning en de zoemer. Vraag 1: Waarom klopt deze beveiliging niet? Opdracht 2: Een rustige beveiliging.

► Verbind de schakelaar met de variabele spanning. Verbind de schakelaar met de invertor. De invertor keert het signaal om: Als het signaal HOOG is dan maakt de invertor het LAAG. ► Verbind de uitgang van de invertor met de zoemer. Vraag 2: Is de beveiliging beter dan in opdracht 1?

Wanneer ook dit met succes is gebouwd is er een eindopdracht: kies een probleem en ontwerp een apparaat dat met behulp van het systeembord dit probleem oplost. Beschrijf de stappen invoer-verwerking-uitvoer en geef aan wat de gebuikte verwerkers (EN, OF, Invertor, …) met het signaal doen. Een aantal problemen wordt gegeven: een lift naar 2 verdiepingen waarin max. 6 personen 46

mogen; een garagedeur die automatisch opent op een claxonsignaal; een watertoren met 2 peilstokken. In de voorbereiding bij het ontwerpen van een schakeling kunnen leerlingen hun oplossing bouwen en testen met de simulatiesoftware van Tomsoft. Dit is een prettig en overzichtelijk hulpmiddel bij oefenen en testen van zulke systemen – een echte aanrader!


Omrekenmachine Maar er is nog meer te doen. Naast deze mini-module is er een opdracht een binaire omrekenmachine te bouwen, aan de hand van een lesbrief

van het Montessori College uit Groesbeek. Het complete werkblad is te vinden op: www.lorus14u.com. Tekenen, zagen, boren, bouwen - de foto’s spreken voor zich!

De omrekenmachine is klaar! Vervolg (3e klas?) Binnen techniek is sturen en regelen een bekend fenomeen (of het zou dat moeten zijn…). Binnen de andere bètavakken is dat een stuk minder. Techniek slaat de brug bij vakoverstijgende activiteiten of samenwerking met natuurkunde. Een voortzetting is mogelijk door de verwerking niet uit te voeren met vaste componenten (EN, OF, Invertor, Geheugen, Teller), maar over te laten nemen

door de computer en daarvoor een stuur & regelprogramma te maken. Dit kan bijv. met Coach. Een mooie uitdaging om te combineren met Informatica! Op de foto (p.37) is te zien dat pomp en peilstokken nu zijn aangesloten op CoachLab II. Er zijn meerdere goede oplossingen voor het regelen van de watertoren in Coach. Een voorbeeld is hieronder te zien:


47

En in de bovenbouw Vaste componenten zoals EN en OFpoorten, teller en geheugen zijn letterlijk ‘black-boxen’. Voor leerlingen die nu meer willen weten over de opbouw en signaalverwerking van dergelijke vaste componenten, die op het systeembord zijn gebruikt, is er het lespakket “Hoe werkt de computer nu

precies” compleet met simulatiesoftware SIM-PL (‘simpel’). Hierin wordt de werking en bouw tot aan de kern van een rekenapparaat “bottomup” gepresenteerd. Johan vd Ridder, AMSTEL Instituut/ Nifterlake College Maarssen

Het besproken lesmateriaal is te vinden op de volgende websites: -

Lesbrief 1e fase http://www.science.uva.nl/amstel/dws/ridder/index.php?page_id=1511

-

Lesbrief 2e fase

-

http://www.science.uva.nl/amstel/dws/ridder/index.php?page_id=1511 Lesbrief 3e fase http://www.lorus14u.com/binaireomrekenmachine.htm

-

(met dank aan het Montessori College Groesbeek) Tomsoft simulatie Systeembord http://www.sools.nl/?menu=personal Simulatiesoftware SIM-PL: http://www.science.uva.nl/amstel/SIM-PL/

48


Watertoren met reedswitches Piet Hauwert van de OBC Bemmel schrijft ons, n.a.v. een bezoek aan een conferentie waar hij ons idee zag, over de ‘watertoren’. Nadat ik op een conferentie jullie watertoren gezien had ben ik daar op doorgegaan.

Daarom heb ik in het midden van de toren een niveauvlotter aangebracht. In de vlotter bevindt zich een magneet en in de geleiderstang een tweetal reedswitches, één switch voor het

Ik heb een watertoren gebouwd van plexiglas met daarin elektrodes om het niveau te bepalen. Deze elektrodes heb ik verstelbaar gemaakt zodat je het vloeistofniveau op elke hoogte kan regelen. Alleen de voedingselektrode is vast. Ik wilde bovendien laten zien dat het ook mogelijk is om een ander schakelelement te gebruiken dan de vloeistof in de toren.

hoge vloeistofniveau en één voor het lage. Zie bijgaande foto’s. Door de reedswitches op de gewenste minimale en maximale waterhoogte te zetten kun je instellen tussen welke niveaus de vloeistof in de watertoren zal blijven. Piet Hauwert (OBC Bemmel)


49

Het Junior Science Lab (Universiteit Leiden) Vorig jaar hebben 10 partners in de omgeving van Leiden de handen ineen geslagen om extra mogelijkheden te creëren voor experimenteel onderwijs in natuurkunde, scheikunde en biologie. De Universiteit Leiden heeft hiertoe het licht laten zien aan het Junior Science Lab (JSL), dat is gehuisvest in de Fac. der Wiskunde en Natuurwetenschappen. Hiernaast dragen de gemeente Leiden, de Hogeschool Leiden, de Stichting Leiden Life Meets Science (LLMS) en 6 middelbare scholen uit de omgeving bij (Stedelijk Gymnasium, Da Vinci College, Visser ’t Hooftlyceum, Bonaventuracollege en Vlietlandcollege uit Leiden en Rijnlands Lyceum Oegstgeest). In het JSL worden practica en modules ontworpen en uitgevoerd voor basisonderwijs, onderbouw en bovenbouw vwo en havo. Het JSL biedt mogelijkheden om individuele scholieren, groepjes en hele klassen te ontvangen in de speciale practicumzaal. Deze zaal is recentelijk verbouwd en bevat o.a. een groot 5 vlaks ACTIV Board, een tweede grote beamer, verduisteringsmogelijkheden, 12 chemisch resistente werkbanken en bijbehorende zuurkasten. Bij iedere werkbank is een nieuwe computer geplaatst met een CoachLab II+. Verder is er een ‘basisuitrusting’ voor iedere werkbank, met o.a. een fors aantal sensoren en actuatoren voor Coach, een snelle camera (tot 1 kHz frame rate!) voor videometen, een trinoculaire optische microscoop met aparte camera, een losse lasertafel 50

met optica, een set electronica, en een set benodigdheden voor (bio)chemische proeven (incl. PCR apparaat). De hele opbouw is nu in de afsluitende fase en de officiële opening wordt in het najaar van 2009 verwacht. De achterliggende gedachten bij het Junior Science Lab zijn o.a. om een groot aantal basis- en middelbare scholen één gezamenlijke faciliteit te bieden voor geavanceerde natuurwetenschappelijke experimenten. Met deze experimenten hopen we extra interesse te kweken voor natuurwetenschappen en zo een bijdrage te leveren aan de gewenste groei van het aantal leerlingen in de bètastudies. De universiteit verzorgt ten dele de begeleiding van de practica en heeft een TOA en verschillende studentassistenten in dienst. Verder biedt het JSL een ideale locatie voor ontwikkeling van onderwijs en professionalisering van bètadocenten. Hiervoor werkt de Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen samen met het ICLON van de Universiteit Leiden en biedt het een nascholingscursus “LAPP Top for Teachers” aan. Deelname aan de cursus geeft toegang tot de faciliteiten. De cursus duurt van september t/m december (met evt. uitloop tot mei) met een tijdsbesteding van 4 uren/week. Subsidie heeft ertoe geleid dat we de cursus tot 2011 gratis kunnen aanbieden. De cursus biedt naast inhoudelijke en didactische verdieping o.a. trainingen Coach en ACTIV-Board.


Geïnteresseerd? Voor meer informatie kunt u kijken op de website van het Junior Science Lab www.science.leidenuniv.nl/juniorsciencelab, contact opnemen met haar directeur, dr. Ludo Juurlink

of de LAPP Top for Teachers coördinator, drs. Cris Bertona .


51

Combineren van animatie en videometen in Coach 6 (onverkorte versie – in S30 om technische redenen ingekort) Op de Woudschoten-natuurkundeconferentie in november 2008 werd de nieuwe (bèta-)versie van Coach 6 getoond, waarin de mogelijkheid tot animatie is opgenomen. In maart 2009 getest als onderdeel van een lessenserie over snelheid, in heterogene 2e klassen mavo-havo-vwo op het Haags Montessori Lyceum (HML). Leerlijn modelleren De lessenserie is bedoeld als een eerste stap in een leerlijn ‘modelleren’ vanaf de onderbouw. Het doel van de lessen met Coach was drieledig: wennen aan Coach, wennen aan de modelleeromgeving, en begripsontwikkeling d.m.v. de combinatie van videometen en animatie. De serie bestaat uit 5 lessen van 80 minuten. Les 1 en 2 waren ‘papieren’ lessen over afstand,tijd-grafieken en het werken met de formule voor gemiddelde snelheid, afstand en tijd. Les 3 bestond uit videometen, les 4 was een papieren les over snelheid,tijdgrafieken en in les 5 werd gewerkt met een computermodel, dat een animatie aanstuurde. Wennen aan Coach. Als je wilt beginnen met modelleren moet je over een zekere basiskennis en zekere basisvaardigheden beschikken. Daarbij gaat het om zaken als het interpreteren van grafieken, maar ook om ‘knoppenkennis’. Het voordeel van Coach is dat je ermee kunt meten met sensoren, video en beeld, sturen en modelleren. De knoppenkennis die je tijdens de ene activiteit opdoet is voor het ook bij andere activiteiten bruikbaar. In de eerste activiteit, videometen, laten we leerlingen kennis maken met enkele basisfuncties binnen Coach. 52

Als je docenten vraagt naar hun ervaringen met de introductie van Coach in de onderbouw lopen de antwoorden uiteen van ‘dat is in het begin erg lastig’ tot ‘geen enkel probleem’. Op het HML werkten we met een filmpje waarin werd gedemonstreerd hoe je met Coach moet omgaan. Dit filmpje speelden we ter introductie af. Het filmpje is zonder geluid maar met ondertiteling, zodat leerlingen het in de klas ook zonder koptelefoon kunnen gebruiken. Het filmpje kan eenvoudig binnen Coach worden afgespeeld. Het bleek nu mogelijk om een complete klas tegelijk door één docent, zelfs zonder assistentie van de TOA, te laten begeleiden. De leerlingen gingen nu vlot met Coach om en konden hun energie steken in het leren van natuurkunde. Animatie: modelsprinter tegen videosprinter. Leerlingen vinden het begrip ‘gemiddelde snelheid’ niet altijd eenvoudig. Videometen kan helpen bij het opbouwen van een beter begrip op dit punt. Maar hoe mooi videometen ook is, het blijft eenrichtingsverkeer. Je kunt een bestaande beweging analyseren, maar je kunt niet je eigen modellen van bewegingen maken en testen. Door te modelleren kan dat wel, maar tot voor kort bleef de output van de modellen beperkt tot grafieken en


tabellen. Met de nieuwe animatiemogelijkheid kan de output van het model ook op een minder abstracte manier zichtbaar worden gemaakt. Tegelijk kunnen nog steeds grafieken worden getekend, waardoor het verband tussen beweging en grafieken goed zichtbaar kan worden gemaakt. We lieten de leerlingen werken met een simpel model: een beweging met een constante snelheid. Het model stuurde een figuurtje in de animatie aan. De leerlingen konden zijn startpositie en snelheid instellen. De bedoeling was dat de hardloper dezelfde startpositie en dezelfde gemiddelde snelheid zou krijgen als de sprinter uit de video.

delde snelheid en de echte, veranderende snelheid goed zichtbaar. Ons ideaal was daarom een hardloopwedstrijd tussen het model en de video. We besloten de video te simuleren met behulp van een tweede model. Hierin werd een tweede modelvariabele aangestuurd door de echte experimentele gegevens uit de video. Door een functiefit te maken bij de video en deze als formule in te voeren in een modelvariabele kan de video goed worden nagebootst. Voor de leerlingen hebben we deze modelvariabele buiten beeld gehouden. Het ging er ons alleen om, dat de beweging van de sprinter uit de video in beeld gebracht wordt.

De cirkel zou rond zijn als we het model direct zouden kunnen vergelijken met de echte video-opname. Dan wordt het verschil tussen de gemid-

Zo kregen we de gewenste hardloopwedstrijd tussen de videosprinter en het model. Tijdens elke run lieten we steeds ook de plaats,tijd-grafieken en


53

snelheid,tijd-grafieken van de videosprinter en het model tekenen. Op het eind lieten we de snellere leerlingen het model zelf verbeteren. De meest eenvoudige manier leek ons het gebruik van een als,dan-conditie. De sprint van het model kan daarmee in twee stukken worden opgedeeld, met een verschillende snelheid in elk stuk. De opdracht voor de leerlingen was om ervoor te zorgen dat de afstand tijdens de wedstrijd tussen het model en de videosprinter zo klein mogelijk bleef. Eerste resultaten. De meeste leerlingen vonden het werken met de animatie leuk. De bediening bleek dankzij de filmpjes weinig problemen meer te geven. De activiteit bleek zelfcorrigerend. Het model en de videosprinter moeten immers gelijk beginnen en gelijk eindigen. Zo niet, dan is er duidelijk een fout gemaakt. Meestal was de fout, dat er bij het bepalen van de gemiddelde snelheid geen rekening was gehouden met de startplaats. Leerlingen gingen dan vanzelf op zoek naar een verbetering. Het bleek van belang om leerlingen enigszins te sturen door middel van opdrachten of begeleiding. Veel leerlingen vertoonden de neiging alleen die zaken te gebruiken waar ze zich vertrouwd mee zijn. Voelen ze zich nog niet vertrouwd met de formule, dan vermijden ze het gebruik er van. Hetzelfde kan gezegd worden van de plaats,tijd-grafieken en, vooral, de snelheid,tijd-grafieken. Dat geldt in

54

het bijzonder op de momenten, dat er fouten werden gemaakt, bijvoorbeeld in een berekening. Liever dan de berekening te controleren willen sommige leerlingen dan de fout verbeteren door verschillende getallen in te vullen en uit te proberen. Dit betekent overigens nog niet, dat er dan niks geleerd zou worden. Maar kennelijk moeten leerlingen er toch toe gebracht worden om over hun eigen grenzen heen te stappen. Dat kan door middel van vragen of coaching door de docent. Wellicht is het ook mogelijk om situaties te scheppen, waarin leerlingen geen andere keus hebben dan over hun eigen grenzen heen te stappen. Over het leerrendement kunnen we voorzichtig positief zijn. Leerlingen zijn tijdens de lessenserie duidelijk vooruitgegaan waar het gaat om het werken met formules en grafieken. De eerste toetsresultaten zijn zeker niet slecht. Hoewel de analyses op dit punt nog niet zijn afgerond, lijkt het er op dat leerlingen iets beter dan in vorige jaren omgaan met grafieken en met het begrip gemiddelde snelheid. Als docenten weten we nu beter waar de voetangels en klemmen zitten. Wel kostte de lessenserie nu een les meer dan voorheen. We hopen de serie nog wat te kunnen inkorten. Wat deze versie van Coach betreft: in een bètaversie kun je nog bugs verwachten. We kwamen er enkele tegen, maar ze bleken niet storend. Onne van Buuren, AMSTEL Instituut / Haags Montessori Lyceum


On-line astronomie: Bradford vs. Faulkes Telescope - Vanuit het klaslokaal waarnemen met professionele telescopen Mensen lijken soms een aangeboren interesse voor sterrenkunde te hebben. Een docent die er tijdens zijn lessen over begint, merkt gelijk een verschil in de houding van leerlingen. Een verhaal over de zwaartekrachtsversnelling wordt interessanter als je vertelt over de zwaartekrachtsversnelling op andere planeten of, beter nog, bij een zwart gat. Sterren en planeten spreken tot de verbeelding. Sinds kort zijn er via internet instrumenten beschikbaar om de sterren het klaslokaal in te brengen: de Bradford Telescope en de Faulkes Telescope. Internettelescopen Het gaat om telescopen die op veraf gelegen plaatsen staan, maar die (gratis) te bedienen zijn via het internet. Er zijn wel verschillen in de bediening, de mogelijkheden en in de kwaliteit van beide telescopen. Bradford Telescope De Bradford Telescope staat op het Canarische eiland Tenerife, bovenop de Teide berg. Bradford heeft de beschikking over een koepel met 3 kijkers: constellation, cluster en galaxy. Constellation is een kleine kijker (diameter: 16mm) met een zeer grote kijkhoek (40°), bedoeld voor opnamen van hele sterrenbeelden. Cluster is groter (diameter: 200mm) en is bedoeld voor relatief heldere hemellichamen, zoals de pleiaden of een planeet. De grootste is galaxy (diameter: 355mm) voor de allerzwakste nevels en sterrenstelsels. Bij Bradford kan ieder die dat wil gratis een account aanmaken. In een eenvoudig invulschema kun je aangeven welk object je wilt bekijken. Dit kan aan de hand van de naam, het nummer of de coördinaten van het object. Je kiest welke kijker en filter je wilt gebruiken en hoe lang je wil

belichten. Nadat je je opdracht hebt bevestigd, wordt deze in de wachtrij geplaatst. Je krijgt per email een bericht wanneer je opname klaar is. Je kunt de opname dan downloaden als JPG-file (gecomprimeerd) of als FITS-file (ongecomprimeerd; geschikt voor fotometrie).

De Bradford Telescope

Faulkes Telescope Voor de Faulkes telescope kunnen alleen scholen een account aanmaken. Na inschrijving wordt vanuit de organisatie gecontroleerd of de inschrijving klopt. Hierdoor neemt inschrijven iets meer tijd in beslag. Qua voorzieningen loont dit wel de moeite. Faulkes heeft de beschikking over twee kijkers, ieder met een diameter van 2 meter. Een van de kijkers staat op Hawaï, de ander in Australië. Als je met een van deze kijkers wil waar-


55

nemen, moet je intekenen op een ‘observing slot’: periodes van een half uur op bepaalde data. Tijdens de waarneemsessie krijg je live controle over de telescoop. Hoewel je in feite hetzelfde doet als bij Bradford (opgeven waar je wilt kijken, hoe lang en met welk filter) kun je nu ook snel je plan aanpassen als er iets mis gaat. En het is veel spannender om de waarneming live uit te voeren.

Its academy Op www.itsacademy.nl staat een deel van het educatief materiaal van de Faulkes Telescope in vertaalde vorm, onder ‘its labs’Æ ‘its at school’Æ ‘Telescoop’. U vindt hier o.a. een introductiefilmpje, een simulator van de telescoop, kleine oefenprojecten en twee hoofdprojecten: 1. het waarnemen van asteroïden en het opmeten van hun positie, en 2. het maken van een Hubble Stemvork Diagram (de klassieke wijze om sterrenstelsels in te delen). De projecten kunnen door leerlingen zelfstandig worden uitgevoerd, bijvoorbeeld als praktische opdracht of profielwerkstuk. Onne Slooten, AMSTEL Instituut,

Eén van de Faulkes Telescopen

Het waarnemen van planeten met de Faulkes telescope is helaas niet toegestaan. Voor de gevoelige telescopen is een planeet te fel: het beeld blijft ‘hangen’ in de CCD. Met de Bradford telescoop is dit geen probleem. Het voordeel van de Faulkes telescope is dat je gemakkelijker tijdsafhankelijke observaties kan doen. Hierdoor is het bijvoorbeeld mogelijk om de coördinaten van een asteroïde op een bepaald tijdstip op te zoeken en de asteroïde waar te nemen. Met twee waarnemingen valt zijn radiële snelheid al te bepalen.

56

Links: De Bradfordtelescope is te vinden op www.telescope.org

De Faulkes telescope is te vinden op www.faulkes-telescope.com


De E-klas Dynamische modellen in NLT Praktische opdrachten - Powersim versus Coach 6 De NLT-module Dynamische modellen kan zonder overdrijving tot de basisvaardigheden van NLT gerekend worden. Juist omdat je als school met NLT niet alleen leuke, afwisselende bètavakken wil aanbieden, maar ook de know-how hoe je de problemen in die vakken kunt aanpakken. Anders dan in ANW, wil je niet alleen praten maar ook doen! Dus: diverse metingen, kwantitatieve gegevens verwerken, conclusies trekken. Het opstellen van modellen hierbij, zeker ook bij praktische opdrachten, zal het begrip en de diepgang alleen maar vergroten. Vanwege de centrale rol heeft het regionaal steunpunt A’dam de module Dynamische modellen gekozen om naar een E-klas om te werken. Een E-klas is een internetcursus over een onderwerp met alle multimedia mogelijkheden erop en eraan; een opgetuigde ELO dus: − tekst én beeld én geluid − filmpjes − studiewijzer − werkdocument(en) − toepassingen als Excel, Powerpoint, Powersim of Coach 6 kunnen vanuit het werkdocument automatisch gestart worden. − animaties, applets, simulaties − inlever- en nakijkmogelijkheden − overal bereikbaar, zowel op school als thuis − de docent leidt de les in (ik heb zelf altijd wel 10 minuten nodig) en springt vervolgens van groep naar groep.

René Westra en Arjan de Graaf zijn de auteurs van deze E-klas, die vooralsnog alleen op Powersim gebaseerd is maar nu ook naar een Coach 6 versie vertaald wordt. Het product kan zowel in html in de bekende ELO Moodle gehangen worden, als in SCORM pakketjes in de door Amsterdam aangeboden ELO Sakai.

Aanvankelijk was het de bedoeling de gecertificeerde pdf Dynamische modellen alleen naar E-klas formaat om te werken, maar gaandeweg zijn de auteurs, geïnspireerd door alle extra E-mogelijkheden, steeds meer van het origineel af gaan wijken. In vergelijking met de papieren versie (die ik vorig jaar in twee klassen gedraaid heb), vind ik de E-klas veel rijker en gevarieerder qua onderwerpen. Zo biedt het werkdocument keuzeopdrachten ondersteuning bij acht verschillende onderwerpen: Polderbeheer; Eilandecologie; Schaatsen; Wielrennen; Chaos in de natuur; Broeikaseffect op Daisyworld en Iceworld; De was doen; Griepepidemie (vooral het laatste onderwerp is actueel vanwege de Mexicaanse griep). Het is de bedoeling daarbij


57

een opdrachtgever in gedachten te hebben, voor wie de leerlingen met hun model een bepaald probleem uit-

Figuur 2

Opgave uit de E-klas. Middels modelleren moet de optimale kogelbaan bepaald worden.

Powersim versus Coach 6 Zoals bij alle NLT modules, worden leerlingen fifty-fifty beoordeeld aan de hand van hun praktische opdracht (in een groepje) en een individuele toets. Bij het draaien van de module in H4 en V5 is zoveel mogelijk vermeden een keuze te maken tussen Powersim

58

zoeken: modelleren is immers beslissingsondersteunende software!

en Coach 6. Het werkdocument gaat uit van Powersim, met de beamer worden voorbeelden van beide pakketten gegeven. In de toets werden Powersim en Coach 6 dan ook naast elkaar gebruikt, zoals bij onderstaande vraag naar modelleren van het aantal voldoendes in een klas van 25:


Hierbij moet worden opgemerkt dat ik zelf niet goed weet hoe je in Powersim een andere onafhankelijke variabele dan de tijd (Time) kunt introduceren. Een ander duo-voorbeeld uit de toets:

Hierin valt meteen het belang van het gebruik van een conditie en de random-generator op. Zoals te zien werkt de conditie in Powersim wat meer impliciet: leerlingen vinden dat niet moeilijker, maar hebben wel meer de neiging de precieze uitdrukking te vergeten. Ditzelfde geldt voor de stopconditie (Powersim: STOPIF) die in Coach 6 expliciet bij de modelinstelling staat. Behalve met condities en random leven leerlingen zich nogal eens uit met de kanteelfunctie Puls (een soort blokfunctie, om bijv. meer verkoop in het weekend, meer vraag naar kerstbomen in december te modelleren), die opvallend veel meer in V5 dan in

H4 gebruikt wordt. De vorm van de Pulse opdracht moet overigens in de help van beide programma’s opgezocht worden. − Bij het zelf maken van een model is Coach 6 ietsje leerling-vriendelijker: de relatiepijlen zijn niet verplicht (wel zo prettig bij een complex model) maar kunnen desgewenst automatisch getrokken worden. − Ook worden in Coach 6 (nog) niet gedefinieerde variabelen bij gebruik aangemaakt (zie figuur):

− Het maken van grafieken als functie van de onafhankelijke variabele gaat in Coach 6 door rechtsklikken met de muis op de gewenste grootheid, in Powersim met de grafiekknop . − Diagrammen van twee willekeurige variabelen moeten in beide programma’s uitgeschreven worden. Praktische opdrachten Zoals u ziet zijn de verschillen niet al te groot en kun je in beide programma’s naar believen en hartelust modelleren. Toch hebben bij de praktische opdrachten in H4, 19 van de 23 groepjes gebruikgemaakt van Coach. Waarom? Je zou kunnen denken dat het vergelijken met en verwerken van


59

experimentele gegevens makkelijker gaat in Coach 6, maar in werkelijkheid wordt dat juist bij deze module niet veel gedaan. Één reden is ‘het bekend zijn met’: veel mensen hebben de neiging terug te grijpen op de eerste modelleer- (of programmeer)taal die ze hebben gezien, als de alternatieven niet duidelijk beter zijn. In dit geval hebben een aantal leerlingen eerder in de onderbouw Coach 6 gebruikt voor (video)meten.

60

De voor leerlingen belangrijkste reden blijkt er één te zijn waar je als leraar niet direct aan denkt: de “look and feel” van een modern 32-bits programma met alle opmaakmogelijkheden van dien trekt leerlingen veel meer aan. Powersim Lite is 16bits en wordt helaas niet meer onderhouden. In plaats daarvan maken ze graag modelletjes als het onderstaande. Peter Uylings AMSTEL Instituut


Videometen aan een doelpoging Lezen van grafieken met Coach 6 http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=939780

In alle geledingen en op alle niveaus van het onderwijs in de exacte vakken worden leerlingen regelmatig met grafieken geconfronteerd. Het blijft voor leerlingen moeite kosten om grafieken te lezen en te interpreteren. Hierbij kan grote winst worden geboekt als de leerlingen de grafiek zelf hebben zien ontstaan. Bijv. bij een temperatuurmeting: deze is later makkelijker te reconstrueren: ‘hier werd er warm water bij gedaan,’ of ‘hier haalde ik de sensor uit het water’. Op eenzelfde manier kunnen leerlingen grafieken beter herkennen als we gebruikmaken van videometen. In dit artikel wordt een filmpje besproken waarbij in een voetbalpartijtje iemand op doel schiet. De positie van de bal wordt voor verschillende coördinaten (links-rechts of hooglaag) weergegeven. Het bijbehorende coachproject is te downloaden via bovenstaande link. Een spelertje schiet vanaf rechts in beeld de bal op het doel, de bal beweegt van rechts naar links en gaat precies op het doel af, de keeper strekt zich om de bal op te vangen. Het lijkt dat dit gaat lukken maar dan stopt de filmopname. Van de beweging van de bal is iets minder dan een seconde op de film te zien. Niemand weet of er gescoord is of niet.

Gelukkig hebben we de grafieken nog. Hier is de beweging van de bal voor de gehele doelpoging te zien. In onderstaande grafiek is de horizontale positie van de bal (links –rechts) weergegeven.

Voor leerlingen kost het soms wat moeite, maar binnen de les lukt het goed om het gezamenlijk met de leerlingen te concluderen: de bal zit niet. Net na de 1,0 s verandert de bal van richting en beweegt (met iets lagere snelheid want de lijn is minder stijl) de andere kant op. De keeper heeft de bal weggestompt of de bal is op de lat gekomen.


61

Opnieuw in samenspraak met de leerlingen kan worden vastgesteld dat de bal twee keer stuitert, rond de t = 1,5 s en t = 2,4 s. Het is ook mogelijk om de beweging in bovenaanzicht weer te geven, dit wordt in het artikel op natuurkunde.nl gedaan maar daarvoor ontbreekt hier de ruimte.

De heel concrete beweging kan in verschillende grafieken (hoog-laag of links-rechts) vertaald worden. Binnen dit project wordt meerdere malen geswitcht van filmpje naar grafiek en weer terug. Een leerzaam en enthousiasmerend project dat ik in mijn lessen in 4 Havo heb gebruikt tegen het eind van het hoofdstuk waarin plaatstijd-grafieken worden behandeld. Binnen de groep zijn genoeg leerlingen die met wat moeite de grafieken doorzien en dit van harte willen delen met hun medeleerlingen. De voorspellingen die gedaan worden op basis van de grafieken kunnen mooi gecheckt worden als de docent het filmpje met de hele beweging (dat we nog even achter de hand hadden gehouden) te voorschijn tovert.

Juist door van de beweging, die door iedereen eenvoudig in woorden is te beschrijven, de verschillende grafieken te bekijken komen de leerlingen een stap verder.

Ron Vonk was docent natuurkunde op het A. Roland Holst College Hilversum. Hij is nu werkzaam op het AMSTEL instituut, o.a. voor natuurkunde.nl.

Behalve deze x,t-grafiek, kunnen we ook kijken naar de y,t-grafiek, deze ziet er zo uit:

62


Wetenschapsfestival Cosmicus College Op het Cosmicus Montessori Lyceum (CML) in Amsterdam is 20 en 21 februari een wetenschapsfestival gehouden. Op basis van “door leerlingen voor leerlingen” werden bijna alle activiteiten bemand door leerlingen van de 1e klas, waarbij de aandacht voornamelijk uitging naar basisschoolleerlingen uit groep 8. Het CML werd in augustus 2008 geopend en profileert zich sindsdien o.a. met het vak Science. Het idee om op het wetenschapsfestival een lokaal in te richten met een groot aantal Coachactiviteiten om een deel van het Science-onderwijs te representeren bleek een gulden greep.

De randvoorwaarden waren tweeledig: de activiteiten moesten geschikt zijn voor kinderen rond de 11 jaar en de uitleg en begeleiding van iedere activiteit moest uitgevoerd kunnen worden door de 1e klas leerlingen van het CML. Om alle activiteiten makkelijk georganiseerd krijgen werd gekozen om iedere activiteit tweemaal uit te voeren. Daardoor kon één leerling twee activiteiten tegelijk bedienen. Zodoende waren er maar vijf leerlingen nodig om tien activiteiten te bemannen. De activiteiten waren zo gekozen dat er bij elke activiteit gemakkelijk een

relatie te leggen was naar de eigen ervaringen van de bezoekers.

Voor elk van de twee kruispuntactiviteiten werden verschillende programmeerniveaus gekozen. Eén icoon gebaseerd en de ander vrij programmeerbaar in de Coach taal. De eerste reactie van bijna elke bezoeker op de opdracht een stoplicht te programmeren was, dat dit wel eenvoudig moest zijn. Alle stoplichten die zij kenden deden toch niet veel meer dan om beurten rood, groen en oranje aan- en uit zetten. Ja, en dan is de juiste volgorde natuurlijk nog belangrijk. Na wat proberen bleek de volgorde niet alleen belangrijk te zijn, maar het bleek ook niet zo heel eenvoudig te zijn. Opmerkelijk was, dat één van de CML leerlingen juist in staat bleek om, tussen alle bedrijven door, een volledig programma te schrijven, inclusief de afhandeling van de sensoren in het wegdek en de voetgangersknoppen! De hartslagactiviteit trok ook veel aandacht. Het weergeven van je eigen


63

hartslag en opmerken dat het doen van tien kniebuigingen zichtbaar werd in de grafiek was boeiend. Daarna rustig zitten en ontspannen ademhalen leidde tot een grafiek die soms voor een discussie zorgde. Is dit een indicatie voor iemands conditie? De lichtmetingactiviteit waarbij de reflectie van verschillende kleuren licht gemeten kon worden viel ook in de smaak. Hier werd een relatie gelegd met het feit dat snelwegverlich-

ting over het algemeen geel is. De activiteit voor het bepalen van de reactietijd was de topper. Er was een klein, maar belangrijk verschil tussen beide activiteiten. Bij de ene moest gereageerd worden op een lichtsignaal, bij de andere op een geluidssignaal. Wanneer werd gevraagd te voorspellen bij welke activiteit de snelste reactie gemeten zou worden werd over het algemeen gekozen voor het lichtsignaal. Toen er uit kwam dat het geluidsignaal een snellere reactie teweegbracht was het ook direct duidelijk waarom bij bijna alle sporten gestart wordt met een geluidsignaal. Bij de activiteit “warm en koud” werd de watertemperatuur bepaald met bei-

64

de handen en met een temperatuursensor. Drie bakken worden gevuld met respectievelijk warm, lauw en koud water. De bedoeling is om met de hand de temperatuur te schatten van het lauwe water. Maar…, eerst wordt de ene hand in het koude en de andere in het warme water gehouden. Na 30 seconden worden de handen in het lauwe water gehouden. Het schatten van de temperatuur is dan heel lastig omdat beide handen een verschillend idee geven over de temperatuur.. De bezoekers hadden direct door dat als het bepalen van de temperatuur met je eigen handen al zo verwarrend is, het zeker lastig wordt als twee personen het eens moeten worden over de temperatuur. Als toegift stond de watertorenactiviteit klaar. Hierbij wordt het waterniveau in de toren geregeld met een elektronische schakeling op het systeembord. Het systeembord was voor een aantal bezoekers een heerlijke plek om zich eens uit te leven. Naar eigen inzicht snoeren aansluiten en dan op de knoppen drukken om te zien wat voor effect dat heeft. En dan proberen een schakeling voor de watertoren te doorgronden en kijken wat er gebeurt bij kleine veranderingen van de schakeling. Het waren twee leerzame en aangename dagen. Toto van Inge AMSTEL Instituut


FNWI - Universiteit van Amsterdam Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica

www.science.uva.nl/docenten-vwo - 020-525 6233 Science Park 904 , Postbus 94216 , 1090 GE Amsterdam

MASTERCOURSES Doelgroep: docenten vwo Een mastercourse is een cursusdag speciaal georganiseerd voor vwodocenten. De mastercourses van de Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica zijn met name geschikt voor docenten aardrijkskunde, ANW, biologie, informatica, natuurkunde, scheikunde en wiskunde. 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 actuele wetenschappelijke ontwikkelingen en verschillende interpretaties van uw vakgebied te horen. De mastercourses hebben een tweeledig doel: verdieping van de vakkennis en de toepassing in de praktijk van de vwo-docent en zijn leerlingen. Waarop de meeste nadruk ligt - verdieping of toepassing - verschilt per mastercourse. De meeste mastercourses bestaan uit hoorcolleges en een interactief gedeelte. Het interactieve deel kan zich beperken tot een discussie, maar kan ook bestaan uit een (computer)practicum of excursie. Aan het eind van de dag ontvangen de deelnemers desgewenst een certificaat van deelname. Het cursusaanbod 2009-2010 zal eind augustus 2009 op Kosten: € 150

CONGRESSEN - FESTIVALS

Doelgroep: vakdocenten natuurwetenschappen/wiskunde & leerlingen 5/6 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. Er zijn verschillende dagen: Kosten: gratis - Bezoek in 2010: Viva Fysica!, Viva Chemie! en Leve de Wiskunde. www.science.uva.nl/congres

www.science.uva.nl/mastercourses Signaal30 - Digitaal – juni 2009

65

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.

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

DOE-dag: Werken met Coach 6 Doelgroep: Docenten en TOA’s natuurkunde, scheikunde en biologie, NLT. 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 6

Prijs: € 235

Amsterdam Leeuwarden Amsterdam Leeuwarden Amsterdam

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

ma 16/11/09 vr 29/01/10 vr 12/03/10 vr 09/04/10 vr 23/04/10

DOE Dag: Coach 6 Projecten maken/organiseren Doelgroep: Docenten en TOA’s natuurkunde, scheikunde en biologie, NLT. Vervolg op ‘Werken met Coach 6’ Coach bevat gereedschappen voor het maken van computerpractica (teksten, afbeeldingen, instellingen) en vervolgens beheren per klas (open of gesloten 66

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 Coach6 Proj.&Profielen € 235 Amsterdam Amsterdam

wo 25/11/09 ma 10/ 5/10

9.30-16.30 u 9.30-16.30 u

TOA & Gebruikersdagen Coach 6 Doelgroep: Docenten & TOA’s biologie, natuurkunde, scheikunde, techniek, NLT.

Uitwisseling & tips voor gebruik van Coach computerpractica en over de organisatie ervan (u heeft ervaring met Coach; u heeft vragen en opmerkingen waarop u antwoorden zoekt). Gebruikersdagen Coach 6 Prijs: € 95 Alle dagen zijn in Amsterdam, TOA-dag TOA-dag TOA-dag TOA-dag

ma ma ma ma

23/11/09 8/02/10 19/04/10 17/05/10

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

Invoeringstraject ICT & Coach 6 Vaak komt het er 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 daarbij het voorbereiden, aanschaffen, uitvoeren en organiseren van concrete practica. Data en prijs op aanvraag


Videometen Hogesnelheidscamera Doelgroep: docenten/toa’s BiNaSk, NLT. Met meten aan een video doen leerlingen onderzoek aan de gefilmde werkelijkheid. U krijgt technische en didactische tips, u maakt opnames met webcam en digitale fotocamera. Coach 6 biedt traceren, perspectiefcorrectie, etc.!

Cursus Inclusief hi-speed camera! Prijs: € 705 incl. Casio EX-FH20; Prijs: € 505 incl. Casio EX-FC100 We maken in de cursus gebruik van een Casio hogesnelheidscamera’s (tot 1000 fps!). U kunt tevens op de cursus inschrijven incl. aanschaf van naar keuze één van beide prachtige Casio camera’s! Video-meten Prijs: € 235 mét camera: €505 (FC100)/€705 (FH20) Amsterdam Amsterdam Amsterdam

vr 13/11/09 vr 05/03/10 ma 07/06/10

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 modellen van Fischer of LEGO (dag 1). U kunt uw eigen modellen bouwen en automatiseren in Coach (dag 2). Ook voor Lego NXT® Prijs: 2 dagen € 495 Data en prijs:

1 dag € 275

op aanvraag

op aanvraag

Cursus bij u op school

op aanvraag

PONTOn - Exp. uit Vlaanderen: Optica en Geluid Doelgroep: Docenten/toa’s natuurkunde/science. Uit Vlaanderen komen twee series creatieve experimenten: Geluid, en Optica. (Zie het artikel elders in deze Signaal.) Patrick Walravens en Wim Peeters hebben per serie een 20-tal eenvoudige experimenten ontworpen. Alle benodigde materiaal voor de proeven is bijeengebracht in een experimenteerdoos. Per serie wordt er een training gegeven (dagdeel) waarin u kennis maakt met het materiaal en de ideeën. Bovendien krijgt u didactische en pedagogische tips en de doos met materiaal incl. syllabus mee, die u direct in de klas kunt inzetten. De evaluatie van collega’s in Vlaanderen zijn buitengewoon positief. Informatie via [email protected]. Cursuskosten € 225 per thema (incl. alle materiaal), € 125 voor een tweede deelnemer per school (geen materiaal). Experimenten Optica: Prijs: € 225 / 125 Amsterdam Amsterdam Breda

ma 2/11/09 9.30-12.15 u di 3/11/09 13.30-16.15 u wo 4/11/09 13.30-16.15 u

Experimenten Geluid: Prijs: € 225 / 125

(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. Bovendien kunnen in Coach de modelresultaten vergeleken worden met experimentele waarden. Binnenkort kunt u ook animaties maken in Coach. (Grafisch) Modelleren

Prijs: € 235

Amsterdam Amsterdam Amsterdam

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

vr 20/11/09 ma 08/03/10 vr 04/06/10

Wiskunde en Coach

Amsterdam Amsterdam Breda

ma 2/11/09 13.30-16.15 u di 3/11/09 9.30-12.15 u do 5/11/09 13.30-16.15 u

Cursus op school Wanneer u belangstelling heeft voor hier genoemde cursussen of voor een cursus op uw school (Maatwerk) kunt u dat kenbaar maken via [email protected] of telefonisch via 020 5255886 (tel. bijvoorkeur ma-di-do-vr-ochtend).


67

RoboCup Junior

its labs & itsacadamy

Doelgroep: geïnteresseerde docenten VO en bovenbouw Basisonderwijs 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.

Doelgroep: leerlingen bovenbw BiNaSk. ‘Doe het lekker zelf!’ – leerlingen ontwerpen en onderzoeken op de universiteit en hogeschool in de its labs. Bijvoorbeeld: Metingen aan bomen op hun transect met een speciale datalogger/GPS. Veel leerlingen; allemaal met hun eigen transect. De its labs maken delen uit van de its academy. Op locaties van de VU, HvA en UvA voeren leerlingen gedurende een dagdeel praktisch werk uit dat de bestaande lesstof verdiept. Enerzijds vanwege de meer specialistische kennis die de instellingen in huis hebben, anderzijds om practica uit te voeren die scholen zelf niet kunnen bekostigen, van biologie tot natuurkunde, van NLT tot informatica. De leerlingen werken in speciaal voor hen ingerichte laboratoriaruimtes. Ze maken kennis met onderzoekend en ontwerpend leren in een HO omgeving. Samenwerking met het bedrijfsleven binnen het project laat bovendien de relatie met het beroepsperspectief zien. Scholen kunnen zich inschrijven via een daartoe ontwikkeld webportal: www.itsacademy.nl; voor meer informatie kunt u contact opnemen met Bart Groeneveld [email protected]

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 school gegeven worden!

68


69

Leveringsvoorwaarden Alle productprijzen in deze Signaal zijn exclusief BTW. Prijswijzigingen en typefouten voorbehouden. Verzend- en administratiekosten zijn: 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 níet voor LEGO DACTA, voor pakketten met korting en voor aanbiedingen. Wij verzoeken u te bestellen door middel van het e-mailbestelformulier dat u kunt downloaden van de CMA website (rubriek ‘Prijzen’). De levertijd is uiterlijk 2 weken. U wordt verzocht pas te betalen na ontvangst van de factuur, o.v.v. het factuur- en het debiteurnummer.

Stichting CMA Science Park 904 Postbus 94224 1090 GE Amsterdam Administratieve vragen: (020) 5255869 van 11.00 - 13.30 uur of per e-mail. Bestellingen kunt u richten aan: [email protected] Helpdesk: vragen kunt u stellen via onze website of per e-mail aan: [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.

AMSTEL Instituut Science Park 904 - 1098 XH Amsterdam - 020 5255886 Postadres: Postbus 94224 – 1090 GE Amsterdam E-mail: [email protected] Internet: www.science.uva.nl/amstelinstituut

Het AMSTEL Instituut geeft cursussen en houdt gebruikersbijeenkomsten over metenanalyseren en sturen-regelen, modelleren, videometen en nascholing ook bij u op school. Het AMSTEL Instituut heeft expertise in onderwijs-ontwikkeling in de bètavakken en techniek: • lesmateriaal, practica en vakspecifieke ICT-toepassingen; • leerplannen en leerlijnen, ook vakoverstijgend; • projectvoorstellen en subsidieaanvragen; • nascholing, ook bij u op school (maatwerk). 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 bovenstaand emailadres.

Plattegrond van het Science Park Amsterdam

X

Het AMSTEL Instituut zit vanaf april 2009 in vleugel C van gebouw 904 (het gebouw op palen) op de onderste verdieping in de hoek bij de rode pijl.

N De foto hiernaast is genomen vanaf het begin van de pijl op de plattegrond hierboven. De straatnaam ‘Kruislaan’ is omgedoopt in ‘Science Park’. De foto op de voorzijde is genomen vanaf de rode X.

Signaal. Veranderingen. Deze Signaal is bestemd voor docenten en toa s in de natuurwetenschappelijke vakken, wiskunde, techniek

Recommend Documents