Van onzichtbare elektriciteit naar een robot die echt rijdt.
In mijn vorige blogpost stelde ik CodeLAB voor en vertelde ik meer over het grotere project achter mijn LAB-cursussen. Vandaag neem ik je mee naar een ander onderdeel van die verzameling: EnergieLAB. De EnergieLAB cursus sluit aan bij dezelfde visie, maar vertrekt vanuit energie en elektriciteit.
Waar CodeLAB draait rond programmeren en logisch denken, staat in de EnergieLAB cursus de wereld van energie en elektriciteit centraal. De leerlingen onderzoeken hoe elektriciteit ontstaat en hoe een stroomkring werkt. Daarna ontdekken ze hoe elektrische energie een robot in beweging kan brengen.
Het uitgangspunt is eenvoudig: de robot STEAM heeft energie nodig. De leerlingen worden zijn ingenieurs en helpen hem stap voor stap opnieuw tot leven te komen.
Elektriciteit zichtbaar maken in de EnergieLAB cursus
Elektriciteit is voor leerlingen niet altijd gemakkelijk te begrijpen. Ze kunnen elektrische stroom niet zien en veel begrippen lijken in het begin erg abstract.
Daarom wilde ik de leerstof zo tastbaar mogelijk maken. De leerlingen lezen niet alleen over elektriciteit, maar gaan er zelf mee aan de slag. Ze onderzoeken materialen, bouwen schakelingen, gebruiken meetapparatuur en zoeken fouten op wanneer iets niet werkt.
Doorheen de acht missies van de EnergieLAB cursus groeit hun kennis geleidelijk. Iedere nieuwe opdracht bereidt hen voor op de volgende stap en uiteindelijk op de praktische eindmissie.
De route door EnergieLAB
- Waar komt elektriciteit vandaan?
- Geef STEAM energie
- Laat de lamp branden
- Detective Geleider
- Batterijdokter
- Robottaal
- Hoe worden robots slim?
- Bouw jouw borstelrobot
Missie 1: waar komt elektriciteit vandaan?
EnergieLAB begint bij de verschillende vormen van energie.
De leerlingen maken kennis met elektrische energie, lichtenergie, warmte-energie, chemische energie, bewegingsenergie en geluidsenergie. Ze ontdekken ook dat energie van vorm kan veranderen.
Zo zet een lamp elektrische energie om in licht en warmte. Bij een motor verandert elektrische energie in beweging. Een luidspreker maakt er geluid van.
Daarna onderzoeken de leerlingen hoe elektriciteit wordt opgewekt. Ze leren het verschil tussen groene en grijze energie en bekijken voorbeelden zoals zonne-energie, windenergie, waterkracht, aardgas en steenkool.
Ze denken daarbij ook na over een vraag die steeds belangrijker wordt: welke energie kiezen we voor de toekomst?
Missie 2: geef STEAM energie
In de tweede missie van de EnergieLAB cursus staan spanningsbronnen en verbruikers centraal.
De leerlingen vergelijken verschillende soorten batterijen, accu’s en andere spanningsbronnen. Ze onderzoeken welke bron geschikt is om een klein elektrisch toestel of een robot te laten werken.
Daarnaast leren ze het verschil tussen een bron en een verbruiker. Een batterij levert elektrische energie, terwijl een lamp, motor of ander toestel die energie gebruikt en omzet.
Ik koppel de begrippen aan echte onderdelen. Daardoor blijven ze niet beperkt tot definities op papier.
Missie 3: laat de lamp branden
Daarna is het tijd om zelf een stroomkring te bouwen.
Met een batterijhouder, geleiders, een lamp en een schakelaar proberen de leerlingen een lamp te laten branden. Ze krijgen daarbij niet onmiddellijk een volledige oplossing aangeboden.
Werkt de schakeling niet, dan moeten ze zelf controleren wat er fout loopt:
- Zit de batterij correct?
- Is de lamp goed bevestigd?
- Zijn alle verbindingen aangesloten?
- Is de schakelaar gesloten?
Het moment waarop de lamp uiteindelijk brandt, maakt het principe van een gesloten stroomkring heel concreet.
De leerlingen experimenteren ook met een gelijkstroommotor. Wanneer de aansluitingen worden omgewisseld, verandert de draairichting van de motor. Zo ontdekken ze door een eenvoudige handeling wat polariteit in de praktijk betekent.
Missie 4: Detective Geleider
Niet ieder materiaal laat elektrische stroom door. In deze missie worden de leerlingen echte materiaalonderzoekers.
Ze testen onder andere metaal, hout, papier, glas, touw en kunststof. Eerst voorspellen ze of de lamp zal branden. Daarna plaatsen ze ieder voorwerp in de stroomkring en voeren ze de proef uit.
De leerlingen verzamelen de resultaten in een tabel. Op basis van hun metingen bepalen de leerlingen welke materialen geleiders zijn en welke materialen isolatoren zijn.
Deze missie combineert technische kennis met onderzoeksvaardigheden. De leerlingen leren voorspellen, zorgvuldig meten, gegevens noteren en besluiten formuleren.
Missie 5: Batterijdokter
In Batterijdokter maken de leerlingen kennis met de multimeter.
Een multimeter bevat behoorlijk wat symbolen, instellingen en aansluitingen. Daarom verkennen de leerlingen het toestel stap voor stap. De leerlingen leren waar de rode en zwarte meetpen aangesloten worden en welke instelling nodig is om gelijkspanning te meten.
Vervolgens onderzoeken ze verschillende batterijen. Ze voorspellen eerst hoeveel spanning iedere batterij zal leveren en controleren dat daarna met een echte meting.
De gemeten waarden worden met elkaar vergeleken en gerangschikt. Zo wordt duidelijk dat niet iedere spanningsbron dezelfde spanning levert en dat een toestel altijd een geschikte spanningsbron nodig heeft.
De opdracht vormt tegelijk een natuurlijke aanleiding om over veilig omgaan met elektriciteit te spreken.
Missie 6: Robottaal
Een elektrische installatie wordt meestal niet met realistische tekeningen voorgesteld. Techniekers gebruiken vaste symbolen om snel en duidelijk te communiceren.
In de missie Robottaal vergelijken leerlingen echte onderdelen met hun elektrische symbolen. Ze leren de symbolen voor een spanningsbron, lamp, motor, schakelaar en geleider herkennen.
Ook het verschil tussen een open en een gesloten schakelaar wordt zichtbaar gemaakt. Daarna tekenen de leerlingen zelf eenvoudige elektrische schema’s.
Sommige schakelingen kunnen digitaal worden nagebouwd in Tinkercad. Zo kunnen de leerlingen hun schema simuleren en controleren of de schakeling werkt.
Missie 7: hoe worden robots slim?
Een batterij en motor kunnen een robot laten bewegen, maar daarmee kan hij nog niet reageren op zijn omgeving.
Daarvoor zijn sensoren en actuatoren nodig.
Sensoren verzamelen informatie. Een lichtsensor merkt bijvoorbeeld licht en donker op, terwijl een temperatuursensor warmte en koude meet.
Actuatoren voeren vervolgens een opdracht uit. De motor zorgt voor beweging, een led geeft licht en een zoemer produceert geluid.
De leerlingen onderzoeken welke onderdelen sensoren zijn en welke onderdelen actuatoren zijn. Daarna ontwerpen ze in Tinkercad een schakeling waarbij een motor op een lichtsensor reageert.
Zo leren ze een basisprincipe van automatische systemen en robots kennen. Eerst ontvangt het systeem informatie, daarna verwerkt het die en ten slotte volgt een actie.
Missie 8: bouw jouw borstelrobot
In de laatste missie komt alle opgedane kennis samen.
De leerlingen bouwen een borstelrobot met een kleine gelijkstroommotor, batterijhouder en schakelaar. Hiervoor wordt de OPITEC Easy-Line borstelrobot gebruikt. Het bouwpakket en de materialen zelf maken geen deel uit van de cursus.
Voor de bouw begint, controleren de leerlingen alle onderdelen en kiezen ze de juiste gereedschappen. Vervolgens leren ze draden knippen, ontmantelen en verbinden. Onder begeleiding kunnen de leerlingen de aansluitingen ook solderen.
Daarna monteren de leerlingen de motor, batterijhouder en schakelaar op de borstel. Een kroonsteentje op de motoras zorgt voor onbalans. Wanneer de motor draait, begint de borstel te trillen en beweegt de robot over de ondergrond.
Dat eenvoudige effect zorgt meestal voor een mooi moment in de klas. Een verzameling losse onderdelen verandert plots in een bewegend werkstuk.
Bouwen is nog maar het begin
Een robot is niet klaar zodra alle onderdelen vastzitten. Hij moet ook getest worden.
Daarom bevat de EnergieLAB cursus een duidelijke controlelijst. De leerlingen onderzoeken onder andere:
- of de robot rijdt;
- of de schakelaar correct werkt;
- of de robot niet omvalt;
- of alle draden stevig vastzitten;
- of de verbindingen netjes uitgevoerd zijn;
- of de werkplaats correct werd opgeruimd.
Bij ieder probleem denken ze na over een mogelijke verbetering. Zo wordt evalueren geen los moment aan het einde, maar een echt onderdeel van het technische proces.
Ook de afwerking krijgt aandacht. Leerlingen mogen hun robot versieren en er een eigen creatie van maken. Daardoor ziet geen enkele borstelrobot er helemaal hetzelfde uit.
Een cursus met een duidelijke eindbestemming
Bij de opbouw van de EnergieLAB cursus wilde ik dat iedere missie een duidelijke functie kreeg.
De lessen over energiebronnen vormen de basis. Daarna volgen spanningsbronnen, verbruikers en stroomkringen. Het onderzoek naar geleiders helpt leerlingen begrijpen waarom bepaalde verbindingen werken. De multimeter leert hen meten en controleren. De elektrische schema’s bieden een gemeenschappelijke technische taal. Sensoren en actuatoren openen vervolgens de deur naar robotica.
De borstelrobot brengt al die onderdelen samen in één tastbaar eindresultaat.
De leerlingen bouwen dus niet zomaar een leuk werkstuk. Ze begrijpen steeds beter welke onderdelen erin zitten, hoe de stroomkring werkt en waarom de motor begint te draaien.
Zelf met EnergieLAB aan de slag?
De digitale EnergieLAB cursus is verkrijgbaar via mijn LunaKadoo Etsy-shop.
Wat volgt hierna?
De EnergieLAB cursus zal, net zoals CodeLAB, verder groeien met extra oefeningen en werkblaadjes. Ook op de didactische website waaraan ik werk, wil ik later aanvullende ondersteuning bij de verschillende missies aanbieden.
In een volgende blogpost komt opnieuw een andere cursus uit de LAB-verzameling aan bod. VeiligLAB, LunchLAB en ConstructieLAB hebben elk hun eigen thema, opdrachten en praktische uitdagingen. Je vindt deze reeks en mijn andere klasprojecten terug bij Techniek en STEM projecten.
Voor vandaag sluiten we af met STEAM, een batterij en een kleine motor.
Soms begint een groot technisch inzicht bij een lampje dat voor het eerst brandt. Of bij een borstelrobot die onverwacht over de tafel begint te dansen.