Ideeën uit de natuur gebruiken

(LET OP: Deze les bevat een deel A en een deel B. Beide delen zijn belangrijk om de standaard volledig te kunnen leren. Als de tijd beperkt is, neem dan beide delen door om elementen te kiezen die aansluiten op de behoeften van je leerlingen.)

In deze les leren je leerlingen over technisch ontwerp en biomimetica, oftewel manieren waarop mensen ideeën uit de natuur gebruiken om oplossingen voor menselijke problemen te ontwerpen. Leerlingen gaan zelf zo'n oplossing ontwerpen en bouwen.
De les geeft enkele suggesties ter inspiratie. Moedig leerlingen aan om hun eigen ideeën te ontwerpen en te bouwen om een menselijk probleem naar keuze op te lossen. Benadruk dat er niet één juist model is.

• Wetenschappelijke achtergrond - Leren van de natuur: Biomimetica is het proces waarbij inspiratie wordt gehaald uit andere levende wezens om oplossingen voor menselijke problemen te ontwerpen.
  • Er kan inspiratie op worden te gaan door te kijken naar hoe organismen hun zintuigen of andere interne en externe structuren gebruiken, inclusief microscopische structuren en processen.
  • In deze les worden de leerlingen beperkt tot het nabootsen van alleen de externe structuren van dieren die zichtbaar zijn voor het menselijk oog.
  • Er worden voorbeelden gegeven en we raden aan die over licht en geluid te delen (voor de samenhang van het lesplan). Kies het aantal en type voorbeelden dat past bij de leerbehoeften van je leerlingen.
  • Om leerlingen te helpen bij het bedenken van een ontwerp kun je ook afbeeldingen/informatie over verschillende lichaamsdelen van dieren delen.
• Voorkennis opbouwen - Leren van de natuur: Deel informatie, afbeeldingen en definities met behulp van je belangrijkste wetenschappelijke materialen.
  • Externe lichaamsdelen van dieren zijn hoorns, vacht, kieuwen, gelede poten, vleugels, snavels, ogen, veren, schubben, oren, angels, antennes, neuzen, oogleden, schelpen, stekels en felle kleuren of kleurpatronen.
  • Dieren gebruiken hun lichaamsdelen om zich voort te planten, te groeien en te overleven in hun leefgebied, bijvoorbeeld om veilig te blijven door op te gaan in de omgeving, hun lichaam te beschermen of roofdieren op afstand te houden.
  • Mensen gebruiken ideeën uit de natuur om uitvindingen te doen. Voorbeelden voor licht en geluid: 1) Ledlampen hebben dezelfde vorm als de lantaarn van een vuurvliegje, waardoor ze meer licht kunnen produceren met minder energie; 2) Treinen en delen van windturbines worden ontworpen op basis van de snavel van een ijsvogel, waardoor ze stiller kunnen zijn en het lawaai voor nabijgelegen buurten wordt beperkt; 3) Er zijn lichtgevoelige materialen uitgevonden die van kleur veranderen afhankelijk van het lichtniveau, waardoor machines en mensen kunnen opgaan in hun achtergrond.
  • Bekende uitvindingen en hun inspiratie: vliegtuigen - vogelvleugels; helikopters - libellen en kolibries; fietshelmen - schildpadschilden; vorm van onderzeeërs - walvissen; kunstmatige armen - olifantenslurven (les Dierenstructuren)
  • Belangrijkste begrippen: lichaamsdelen, overleven, uitvinding
• Bouw- en programmeerervaring: Bekijk de suggesties in het lesplan. Voor deze les kun je ook:
  • Alle oefenactiviteiten in het menu Starten van de SPIKE app doorlopen.
  • Een of meer van de andere lessen in de les 'Wetenschap: Zie het! Hoor het! Bouw het!' gebruiken om meer bouwervaring op te doen en vertrouwd te raken met de Pictogramblokken in de SPIKE app.
  • Verduidelijken dat programmeren optioneel is in deze les.
• Materialen: Gebruik de bovenstaande achtergrond om passende informatie, afbeeldingen of video's voor de leeftijd te kiezen en op te zoeken over 1) externe delen van dieren en 2) biomimetica. Zoek voor dat laatste naar "biomimetica voorbeelden" of "biomimetica voorbeelden + licht en geluid". Bepaal hoe je deze wetenschappelijke informatie aan je leerlingen gaat presenteren. Denk na over hoeveel voorbeelden je gaat gebruiken, waar je de informatie wilt delen, hoeveel keuze je wilt bieden, enzovoort. Verzamel knutselmateriaal om leerlingen te ondersteunen bij het verbeteren van hun modellen.

DEEL A (45 minuten)

• Introduceer de hoofdpersoon/hoofdpersonen van het verhaal en de eerste uitdaging: Daniel, Sofie, Leo en Maria hebben geleerd dat de werking van sommige gloeilampen is gebaseerd op de manier waarop vuurvliegjes licht maken. Help ze om meer te weten te komen over andere ideeën die we uit de natuur halen.

• DENKEN: Deel je verzamelde voorbeelden van biomimetica en lichaamsdelen van dieren en breng een korte bespreking van het lesonderwerp op gang.

  • Kijk naar deze plaatjes. Hoe gebruiken dieren deze lichaamsdelen om te overleven? Kunnen mensen dit ook? (Antwoorden zijn afhankelijk van de biomimetica-foto's die je hebt gevonden: Nee, mensen kunnen niet: hun eigen licht maken - vuurvliegjes; vliegen of snavels gebruiken om stilletjes te bewegen - vogels; diep onder water duiken - walvissen; hun kop in een schild steken - schildpadden.)
  • Wat zijn uitvindingen die je doen denken aan wat dieren ook kunnen? (Voorbeelden: vliegtuigvleugels en helikopterbladen om te vliegen als een vogel of insect; onderzeeërs om te duiken als een walvis; helmen om ons hoofd te beschermen als een schildpad; gloeilampen die licht maken als een vuurvliegje; treinen en windturbines die zonder lawaai bewegen als een vogel)
  • Bekijk nog wat plaatjes. Welke lichaamsdelen van dieren zijn te zien? (De antwoorden zullen variëren op basis van de afbeeldingen die je hebt gevonden van delen van dieren: hoorns, vacht, kieuwen, gelede poten, vleugels, snavels, ogen, veren, schubben, oren, angels, antennes, neuzen, oogleden, schelpen, stekels en felle kleuren of kleurpatronen)
  • Denk aan de verschillende lichaamsdelen van dieren. Welk probleem kunnen ze je helpen oplossen voor mensen? (Benadruk en deel ideeën van leerlingen voor gezamenlijk gebruik).

• Geef elke groep een SPIKE Essential Set en apparaat.

• Maak de leerlingen terwijl ze bezig zijn duidelijk dat ze zelf mogen weten welke oplossing ze voor welk menselijk probleem mogen ontwerpen en bouwen, met inspiratie van welk dier. De les Activeren biedt een aantal suggesties. Benadruk dat er niet één correct model is en dat programmeren optioneel is in deze les.

• Laat leerlingen:

  • Inspiratie gebruiken van het lesdeel Activeren om een menselijk probleem te kiezen om op te lossen, met behulp van een dierlijk lichaamsdeel.
  • Hun idee tekenen, inclusief het lichaamsdeel van een dier dat dit idee inspireerde en hoe het ontwerp mensen kan helpen. (Zorg dat je leerlingen het deel van een dier een naam geven en omcirkelen, aanduiden of laten zien hoe ze het in hun idee gaan gebruiken.)
  • Nadenken over de beste materialen om te gebruiken.
  • Beginnen met het BOUWEN van een model van hun idee.
  • (Optioneel) Beginnen met het PROGRAMMEREN van hun model om te laten zien hoe het werkt.

• Laat de leerlingen halverwege de werktijd ideeën uitwisselen volgens een vertrouwde routine in de klas en geef ze vervolgens de tijd om hun modellen aan te passen met inspiratie uit de zojuist gedeelde ideeën.

  • Hun model testen. Laat ze aanpassingen maken zodat het werkt zoals de bedoeling was.

• Brainstorm samen over manieren om knutselmaterialen en LEGO^® elementen te combineren in de ontwerpideeën van de leerlingen. Moedig leerlingen aan om hun fantasie te gebruiken bij de problemen waarvoor ze iets ontwerpen en de materialen die ze daarbij kiezen.

• Laat leerlingen bij elkaar komen om hun ideeën met elkaar te delen.

• Laat elke groep de voortgang van hun ontwerp (modellen en schetsen) delen en toelichten, inclusief:

  • Het probleem dat ze willen oplossen en waarom ze het willen oplossen.
  • Welk lichaamsdeel van een dier ze gebruikten ter inspiratie en hoe het dier dit gebruikt.
  • Hoe ze willen dat hun uitvinding werkt. (Leerlingen kunnen met woorden beschrijven of visueel laten zien hoe hun oplossingen zullen werken, maar hoeven geen functionerend model te hebben.)
  • Of het ontwerp werkte of dat ze het moesten aanpassen.
  • Ontwerpuitdagingen waar ze graag hulp bij willen.

Als je door wilt gaan naar Deel B — Uitleggen, laat de leerlingen dan hun modellen intact houden of geef ze de tijd om die opnieuw op te bouwen.

DEEL B (45 minuten)

• Herhaal de stappen uit Deel A — Uitleggen om extra groepen hun leerproces te laten demonstreren en uitleggen.

• Laat leerlingen:

  • (10 minuten) Hun modellen blijven testen en aanpassen totdat ze werken zoals verwacht.
  • (15 minuten) Hun uitvinding demonstreren en laten zien hoe het een of meer menselijke problemen oplost met een idee op basis van een dierlijk lichaamsdeel.

• (5 minuten) Vraag je leerlingen om kennis, ideeën of vaardigheden te delen die:

  • hebben geholpen om de uitdaging te voltooien.
  • ze al doende hebben geleerd.

• Vraag je leerlingen om de sets en werkplekken op te ruimen.

• Stel sturende vragen om leerlingen aan het denken te zetten over hun beslissingen tijdens het bedenken, bouwen en programmeren.

Observatiechecklist

• Neem de leerdoelen door (vak Ondersteuning voor de leraar).

• Gebruik de checklist om de voortgang van de leerlingen te observeren:

  • Hun beschrijving en ontwerp identificeren voorbeelden van hoe dieren externe structuren gebruiken om te overleven (met behulp van verstrekte wetenschappelijke informatie).
  • Hun ontwerp lost een menselijk probleem op en bevat een functie die een specifiek lichaamsdeel van een dier nabootst. (Leerlingen kunnen met woorden beschrijven of visueel laten zien hoe hun oplossingen zullen werken, maar hoeven geen functionerend model te hebben.)
  • Ze beschrijven de materialen die ze gebruikten en de kenmerken van hun ontwerp.

Zelfevaluatie

Laat alle leerlingen een steen kiezen die volgens hen het best hun prestatie weergeeft.

• Blauwe steen: Met een beetje hulp kan ik instructies opvolgen om een programma te maken.
• Gele steen: Ik kan instructies opvolgen om een programma te maken.
• Groene steen: Ik kan instructies opvolgen om een programma te maken en ik kan een klasgenoot hierbij helpen.

Feedback met klasgenoten

Laat de leerlingen in kleine groepjes bespreken hoe ze de samenwerking hebben ervaren.
Moedig ze aan om hun boodschap als volgt te verwoorden:

• ik vond het leuk dat je...
• Ik zou graag willen weten hoe je...

Vereenvoudig deze les door:

• De keuzes te beperken of door met een specifiek menselijk probleem te komen en dit te koppelen aan een specifieke externe structuur van een dier. Te benadrukken dat leerlingen hun ontwerpoplossing kunnen bouwen zonder de Hub te gebruiken of te programmeren.
  Verhoog de moeilijkheidsgraad door:
• Je leerlingen te vragen hun model te PROGRAMMEREN om te laten zien hoe hun uitvinding werkt. Als je wilt, kun je ze vragen om de uitdaging Uitbreiden verder uit te breiden door twee of meer structuren te combineren om meerdere problemen op te lossen.

• Laat leerlingen hun ontwerptekening (uit Onderzoeken) uitwerken tot een flyer of advertentie voor hun uitvinding. Vraag ze om pijlen, cirkels en labels te gebruiken om uit te leggen hoe de uitvinding werkt. Ze kunnen ook een paar woorden of een zin toevoegen om mensen te vertellen waarom ze de uitvinding zouden moeten gebruiken.

Als je de leerlingen hiermee aan de slag laat gaan, duurt de les langer dan 45 minuten.