Zwaartekracht

(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, bekijk dan beide delen om elementen te kiezen die aansluiten op de behoeften van je leerlingen.)

In deze les bouwen de leerlingen een balancerende vogel, waarbij ze de voorbeeldafbeelding(en) ter inspiratie gebruiken. Moedig ze aan om hun eigen idee voor een balancerende vogel te ontwerpen en te bouwen.

• Wetenschappelijke achtergrond - Zwaartekracht:
  • Het zwaartepunt van een voorwerp is waar het gewicht in balans is. Een laag zwaartepunt helpt voorwerpen stabiel te blijven.
  • Als de leerlingen het vogelmodel kantelen, komt het gemiddelde gewicht hoger te liggen en wordt de vogel minder stabiel.
  • De neerwaartse zwaartekracht zal de vogel terug trekken, zodat het zwaartepunt zo laag mogelijk is.
  • Het maakt niet uit hoe de vogel wordt gekanteld, de zwaartekracht die erop werkt, zal de vogel recht naar beneden naar het centrum van de aarde trekken.
• Voorkennis opbouwen - Zwaartekracht: Deel informatie, afbeeldingen en definities met behulp van de wetenschappelijke kernmaterialen en de bijgeleverde achtergrondinformatie.
  • De werkende krachten zijn het duwen of trekken in een specifieke richting.
  • Zwaartekracht is een kracht die door de aarde wordt uitgeoefend en die voorwerpen naar het centrum van de planeet trekt.
  • Een argument ondersteunt een bewering over iets dat in de natuur gebeurt (bijv. de zwaartekracht die door de aarde op voorwerpen wordt uitgeoefend is neerwaarts). Het moet bewijs bevatten zoals redenen, gegevens zoals feiten en/of een model dat waarnemingen aantoont.
  • Belangrijkste begrippen: kracht, zwaartekracht
• Bouw- en programmeerervaring: Bekijk de suggesties in het lesplan. Voor deze les kun je ook:
  • De oefenactiviteit De gyrosensor in het menu Starten van de SPIKE app doorlopen.
  • De secties Gebeurtenisblokken en Geluidsblokken van het menu Help > Woordblokken in de SPIKE app doorlopen voor meer ondersteuning. Bekijk de sectie Sensorblok>Is gekanteld? voor begeleiding bij deze sensor, waarvoor de Hub waterpas moet staan wanneer het basismodel inactief is.
  • Gebruik de les Hightech speelplaats om ervaring op te doen met het Gebeurtenisblok.

DEEL A (45 minuten)

• Introduceer de hoofdpersoon/hoofdpersonen van het verhaal en de eerste uitdaging: Help Daniel een model te bouwen voor een balancerende vogel.

• DENKEN: Breng een korte bespreking van het lesonderwerp op gang:

  • Wat gebeurt er als je een voorwerp in de lucht houdt en loslaat? Waarom? (Het voorwerp valt op de grond omdat de zwaartekracht het naar beneden trekt.)
  • Wat gebeurt er als je een schommel of slinger naar achteren trekt en dan loslaat? Waarom? (De schommel keert uiteindelijk terug naar zijn laagste rustpositie omdat de zwaartekracht hem naar beneden trekt.)

• Geef elke groep een SPIKE Essential Set en apparaat.

• Terwijl de leerlingen aan het werk zijn, kun je de onderstaande voorbeelden delen als ondersteuning bij het bouwen en programmeren. Maak duidelijk dat de afbeeldingen één idee laten zien en dat de leerlingen hun eigen idee voor een balancerende vogel moeten ontwerpen en bouwen.

• Laat leerlingen:

  • Het basismodel gebruiken om een balancerend vogelmodel voor Daniel te BOUWEN, waaruit blijkt dat de neerwaartse zwaartekracht de vogel in de oorspronkelijke rechtopstaande positie houdt als het model wordt gekanteld.
  • De ingebouwde gyrosensor gebruiken met Gebeurtenis- en Geluidsblokken om hun model te PROGRAMMEREN zodat het verschillende vogelgeluiden maakt wanneer het naar rechts of naar links wordt gekanteld en wanneer het rechtop staat.

• Brainstorm samen over manieren om LEGO elementen te gebruiken om een vogelmodel te maken dat naar de oorspronkelijke rechtopstaande positie terugkeert wanneer het wordt gekanteld. Demonstreer indien nodig hoe de Hub van het basismodel aan een draaipunt hangt (bijv. een connector of as), waardoor deze kan bewegen en terugkeren naar de oorspronkelijke rechtopstaande positie als hij wordt gekanteld en weer losgelaten. Leerlingen kunnen variaties maken op het basismodel, zolang de Hub maar aan een enkel draaipunt hangt.

• 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.

Voorbeeldideeën

• Verzamel leerlingen om het werk te bespreken. 

• Laat elke groep hun model gebruiken om het volgende te demonstreren en uit te leggen:

  • In welke richting de zwaartekracht werkt op hun vogel ("naar de grond")
  • Hoe de zwaartekracht hun model terugbrengt naar de oorspronkelijke positie wanneer het wordt gekanteld.
  • Hoe hun programma geluiden gebruikt om de verschillende posities van de vogel aan te geven.

• 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.

• (5 minuten) Deel aanvullende informatie om studenten te helpen met het gedeelte Uitbreiden.
• Laat de leerlingen hun vogels 160 graden draaien (bijna ondersteboven) en vervolgens loslaten.
• Herhaal indien nodig wat ze zullen ontdekken:
  • De Hub moet zich boven het draaipunt bevinden om het vogelmodel te laten werken, omdat het van nature terugkeert naar de meest stabiele positie, namelijk recht onder het draaipunt. Het zware gewicht boven het draaipunt is niet stabiel omdat de zwaartekracht de Hub weer naar beneden trekt.
• (10 min) Laat de leerlingen een model bedenken en testen waarmee ze de volgende uitdaging in de app kunnen voltooien:
  • Bouw een balancerend vogelmodel zonder de Hub, dat ook rechtop blijft staan - zelfs als het wordt gekanteld. (Tip: Bij deze modellen moet het gedeelte van de vogel onder het draaipunt meer wegen dan het gedeelte erboven.)
  • Laat zien dat het onderste deel van hun vogel zwaarder is dan het bovenste deel en leg uit waarom dit inderdaad zo moet zijn in verband met de zwaartekracht. (Als het bovenste deel van de vogel zwaarder zou zijn dan het onderste deel, zou de zwaartekracht het zwaardere bovenste gedeelte juist naar beneden trekken, waardoor de vogel zou omvallen.)
• (15 minuten) Laat de leerlingen kennis, ideeën of vaardigheden 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).

• Ze ondersteunen een argument dat de zwaartekracht die door de aarde op voorwerpen wordt uitgeoefend neerwaarts is.

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

  • Hun model bevat een vogel die zichzelf rechtop zet.
  • Deel A: Hun verklaring toont aan dat de zwaartekracht op het model naar beneden werkt. De zware Hub wordt door de zwaartekracht naar beneden getrokken, waardoor de lichtere delen van de vogel bovenop blijven.
  • Deel B: Hun uitleg toont aan dat de onderste helft van de nieuwe vogel zwaarder moet zijn dan de bovenste helft om de vogel rechtop te laten staan. De vogel uit het gedeelte Uitbreiden verschilt op een belangrijke manier van de vogel uit het gedeelte Uitleggen: deze heeft niet de zware Hub onder het draaipunt om hem rechtop te houden.

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:

• Te stoppen na de eerste uitdaging: Bouw een balancerend vogelmodel met de Hub in de onderste helft. Leerlingen ja/nee-vragen te stellen om ze uitleg te laten geven.

Verhoog de moeilijkheidsgraad door:

• De uitdaging uit Deel A - Verkennen te vergroten: Laat de leerlingen een ander dier (geen vogel) bouwen en programmeren, inclusief de Hub zoals die werd gebruikt in deel A, zodat hier dier zichzelf rechtzet wanneer het wordt gekanteld. Mogelijke voorbeelden zijn eekhoorns of apen.

• Verzorg lesmateriaal over manieren waarop verschillende voorwerpen, zoals raceauto's en drinkbekers voor baby's, zijn ontworpen om kantelen te voorkomen. Laat de leerlingen meer leren over één voorbeeld en dit vervolgens schriftelijk delen, bijvoorbeeld door een script te schrijven voor een videoadvertentie voor een product.

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