Lerarendossier Wijs me de weg TECHNIEK
Vanwaar de naam ISAAC?
Isaac Newton staat gegrift in ons collectief geheugen als een gigant in de wetenschapsgeschiedenis. Verwondering ontstaat niet in mysterie. Mysterie leidt tot nieuwsgierigheid of verbazing. Verwondering ontstaat in het leren begrijpen van dat mysterie. Vanop de schouders van deze reus kijken wij met een beter begrip naar het universum. Zo’n drie eeuwen na de verwezenlijkingen van deze homo universalis prijkt zijn naam op de cover van deze methode waarmee we natuurkundige, ruimtelijke en technologische kennis geïntegreerd doorgeven aan de volgende generaties.
ISAAC
ISAAC is een methode natuur, ruimte en techniek (of natuurwetenschappen, aardrijkskunde en techniek) voor de eerste graad A-stroom van het secundair onderwijs. De methode is bedoeld voor alle onderwijsnetten en is zowel geschikt voor een interdisciplinaire als een multidisciplinaire aanpak. De volgorde van de modules onderling is vrij te kiezen. Je kunt ze inzetten verspreid over de twee leerjaren van de eerste graad A-stroom. Het totaalpakket van ISAAC is doelendekkend voor natuurwetenschappen, aardrijkskunde en techniek voor de eerste graad.
Met ISAAC verwerven jongeren op een methodische wijze betrouwbare feitelijke kennis over die vakgebieden.
Je kunt de methode ISAAC op meerdere manieren inzetten:
Interdisciplinaire aanpak: de school biedt het vakgebied ‘natuur, ruimte en techniek’ aan. In dat geval kun je gebruikmaken van de geïntegreerde versie van Isaac. In die versie heb je keuze uit zeven modules die de drie disciplines elk vanuit hun invalshoek aanbrengen binnen datzelfde thema, gebundeld in één boekje per thema.
Gedeeltelijk interdisciplinaire aanpak: de school biedt de drie disciplines natuurwetenschappen, aardrijkskunde en techniek apart aan, maar organiseert een of meerdere keren per schooljaar een vakoverschrijdend project waarin elk van de drie disciplines aan bod komen. Voor die projecten kun je kiezen uit een van de geïntegreerde modules.
Multidisciplinaire aanpak: de school biedt de drie disciplines, natuurwetenschappen, aardrijkskunde en techniek, apart aan en kan daarbij gebruik maken van een of meerdere deeluitgaven van de zeven themamodules. In die versie heb je keuze uit zeven modules, telkens beschikbaar voor respectievelijk natuurwetenschappen, aardrijkskunde en techniek.
Het concept van de methode is gericht op de optimale ontwikkeling van een rationele geest bij leerlingen, zodat ze zich wetenschappelijk leren te positioneren tegenover maatschappelijke vraagstukken. De doelbewuste afwisseling tussen leerkracht- en leerlinggestuurd onderwijs is gericht op leerkrachten uit alle netten die niet alleen taakgerichtheid naar waarde schatten, maar ook belang hechten aan het gestructureerd en cursorisch behandelen van onderwerpen. Differentiatie gebeurt zowel op niveau als naar interesse.
Structuur en opbouw van ISAAC
Overzicht van de modules
ISAAC is modulair opgebouwd. In zeven modules wordt een gevarieerd aanbod aan thema’s aangebracht vanuit de drie domeinen, met het oog op de samenhang tussen de disciplines. De drie disciplines zijn duidelijk herkenbaar aan de hand van een kleur: natuur, ruimte en techniek.
• Te land, ter zee en in de lucht
• Smakelijk!
• Water(s)nood
2
• Planeet vol spanning
• Life on earth
• Wijs me de weg
• InSpanning
Wie volledig interdisciplinair werkt, gebruikt alle modules, verspreid over het eerste en tweede leerjaar van de A-stroom. Het totaalpakket biedt voldoende materiaal voor de hele eerste graad en is volledig doelendekkend. Je kiest zelf hoeveel en welke modules je geeft in welk jaar en in welke volgorde je ze geeft. Zo kun je bijvoorbeeld vier modules in het eerste jaar geven en drie modules in het tweede jaar.
Vanuit een multidisciplinaire aanpak koop je één of meerdere modules apart aan om een vakoverschrijdend project op poten te zetten. De rest vul je aan met eigen materiaal of met een methode natuurwetenschappen, aardrijkskunde of techniek.
Opbouw van een module
Elke module behandelt een bepaald thema en heeft een doorlooptijd van 12 tot 15 lestijden. De cover van elke module illustreert het thema en biedt stof voor een klasgesprek. De inhoudstafel biedt een inhoudelijk overzicht in de volgorde natuur-ruimtetechniek. Die volgorde wordt doorheen alle modules aangehouden. Op de achterflap staat de studiewijzer: een overzicht van wat de leerlingen moeten kennen en kunnen.
Elke module bevat online informatie die direct toegankelijk is voor de leerlingen door middel van QR-codes in het werkkatern en via POLPO. Die QR-codes leiden de leerling telkens naar de juiste plaats op de website van de respectieve module.
Diabolo
De methode ISAAC past het diaboloconcept toe: https://www.diekeure.be/cmsfiles/nieuwe_website/diabolo/didactisch_schema.pdf
Dat betekent dat de modules van ISAAC een duidelijke diabolostructuur hebben.
1 2 3
Tijdens het ISAAC-moment, de intro, maken we de leerlingen nieuwsgierig en mikken we op verwondering. Het gedrukte werkkatern bevat één variant van het ISAAC-moment. Andere varianten vind je op www.polpo.be, het digitaal leerplatform van die Keure.
3
1 Intro
2 Midden
Tijdens de instructieweken verwerven en verwerken de leerlingen de leerstof via impressie en verwondering, instructie en inoefening. De activiteiten in de instructieweken zijn zo opgevat dat leerlingen de drie disciplines natuur-ruimte-techniek consequent inoefenen op hun onderzoeksvaardigheden. Voor zowel leerling als leerkracht is steeds duidelijk vanuit welke discipline de cursorische aanpak komt. De theorie wordt altijd duidelijk aangegeven door samenvattende vastzettingskaders. De inhoud van die kaders vind je terug in het Vademecum. Er is ook aandacht voor activerende werkvormen en reflectie, indien relevant voor de leerstof. Naast permanente proces- en productevaluatie is er ook tijd voor klassieke toetsen. Voorbeeldvragen voor de klassieke toetsen vind je op POLPO.
3 Outro
De laatste lessen bij een module zijn voorbehouden voor de transferopdracht of ISAAC-actie. Dat is een concrete en functionele opdracht die de module afsluit. Het is de synthese van alles wat in de module werd geleerd en geoefend. Deze transferopdracht geeft leerlingen de kans om de aangeleerde en behandelde fysische werkelijkheid, natuurlijke of ruimtelijke fenomenen of technische verwezenlijkingen in de praktijk uit te proberen en toe te passen. Tijdens de afsluitende lesuren maken de leerlingen een totaaloefening om aan te tonen dat ze de geziene leerstof beheersen. Afhankelijk van de soort ISAAC-actie kunnen deze lesactiviteiten individueel, per twee of in grotere groepen plaatsvinden. Veelal is dit echter een groepsopdracht, waardoor er ook wordt gewerkt aan de sociale vaardigheden. Bij de evaluatie van de finale is er aandacht voor zelfevaluatie, peerevaluatie en evaluatie door de leerkracht. De ISAAC-acties zijn bewust niet opgenomen in het werkkatern en zijn dus enkel beschikbaar op POLPO. Op die manier kunnen leerkrachten zelf bepalen op welke opdracht(en) of discipline(s) ze de klemtoon leggen in deze fase.
Vademecum
Het Vademecum bevat de theorie en het begrippenkader, maar ook de essentiële vaardigheden die nodig zijn voor het kunnen uitvoeren van de opdrachten. Dat maakt het overbodig om doorheen de modules telkens bepaalde onderdelen te herhalen.
4
2 Methodedoelen volgens de taxonomie van Bloom
De leerdoelen worden per discipline ingedeeld volgens de zes niveaus van de taxonomie van Bloom.
Onthouden
ET 6.35, 6.49 LPD 13, 15.1 De leerlingen kunnen de duurzaamheid van hun vervoer naar en van school bespreken. p. 6,7
Begrijpen
Toepassen
ET 6.38 LPD 4
De leerlingen kunnen een prototype van een vervoermiddel realiseren voor een medeleerling met behulp van een iteratieve ontwerpmethode. p. 10-16
Analyseren
ET 6.36 LPD 22.1
ET 6.36 LPD 25
De leerlingen kunnen de invoer, verwerking en uitvoer van diverse robots uit films en series bespreken. IA Robots op tv
De leerlingen kunnen de analogie tussen sensoren en zintuigen uitleggen. p. 19-20
ET 6.46, 13.11 LPD 1, 11 De leerlingen kunnen een algoritme schrijven om uit een doolhof te geraken. p. 18
ET 6.36 LPD 25
ET 6.36 LPD 22.1
ET 6.39 LPD 5
De leerlingen kunnen sensoren gebruiken om afstanden te meten en zo een parkeerassistent te simuleren.
IA Programmeer me de weg
De leerlingen kunnen in technische systemen invoer, verwerking en uitvoer herkennen en benoemen. p. 25, IA Robots op tv
De leerlingen kunnen bepalen of hun ontwerp voldoet aan de wensen en de eisen van hun klasgenoot. p. 16
Evalueren
8
NIVEAUS EINDTERMEN LEERPLANDOELEN KathOndVla METHODEDOELEN TECHNIEK
Creëren ET 6.40 LPD 7
De leerlingen kunnen het ideale voertuig van een medeleerling ontwerpen en daarbij hun ontwerp bijstellen op basis van feedback. p. 10-16
9
3 Lessuggesties
ISAAC-moment
Iedereen cartograaf!
Hiervoor rekenen we 30 minuten.
Geef de leerlingen de opdracht om de weg van thuis naar school te tekenen. Het doel van de opdracht is om de leerlingen bewust te maken van de uitdagingen die het maken van een kaart stelt. Dit kan inhouden: het verkleinen of op schaal werken, het hanteren van het juiste perspectief, de correcte begrippen gebruiken …
Begeleid de leerlingen zo goed mogelijk. Het is niet de bedoeling dat ze een perfecte kaart tekenen. Ze maken een kaart met de voorkennis waarover ze beschikken en de oplossingen die ze zelf bedenken. In het deel Ruimte leren de leerlingen over de voorwaarden waaraan een goede kaart moet voldoen.
Vraag hen om ook de natuur op hun traject te tekenen: bomen, beken, rivieren, grasland, koeien, stenen … Welke natuurelementen leven? Welke niet? Daar wordt in het deel Natuur verder op ingegaan. Om al vooruit te blikken op de leerstof in het deel Techniek kun je de leerlingen vragen naar het vervoermiddel waarmee ze naar school komen.
Werkkatern p. 4, 5
10
1
Variant 1 . De buurt leeft
Hiervoor rekenen we 30 minuten.
Vraag de leerlingen om zoveel mogelijk levende wezens op te sommen die ze af en toe zien in de buurt van de school. Noteer die soorten op het bord. Je kunt de meer specifieke soorten eventueel projecteren met behulp van online afbeeldingen.
Vraag hen vervolgens naar de soorten die thuishoren in de onderstaande categorieën. Je kunt die soorten eventueel in een venndiagram organiseren.
• soorten die door de mens worden gehouden (bv. huisdieren, vee, graan ...)
• soorten die onafhankelijk van de mens leven (bv. zwaluwen, muggen, spinnen, onkruid ...)
• soorten die je alleen maar ziet in bepaalde seizoenen (bv. ooievaars, kikkers, vlinders ...)
Vraag de leerlingen ten slotte naar de onderlinge relaties tussen de soorten, bijvoorbeeld: de relatie tussen zwaluwen en muggen, tussen vleermuizen en vliegen, tussen koeien en vliegen … Vraag hen of er soorten zijn die wel vaker in elkaars buurt voorkomen en waarom. Er zijn talrijke relaties mogelijk, maar probeer tijdens dit klasgesprek vooral toe te werken naar afhankelijkheidsrelaties. Zo beschrijf je gaandeweg een groot voedselweb en laat je de leerlingen vanuit hun voorkennis zelf uiteenzetten hoe organismen interageren of met elkaar verbonden zijn.
11
ISAAC-moment 1
ISAAC-moment 1
Variant 2 . Wat een leven!
Hiervoor rekenen we 20 minuten.
In dit ISAAC-moment toon je de leerlingen een aantal kaarten met afbeeldingen van dieren, planten, biotopen en planeten. Die kaarten kunnen op verschillende manieren worden gegroepeerd. Elke mogelijke categorisering leidt naar aanknopingspunten in het werkkatern en biedt kansen om de voorkennis van de leerlingen te activeren.
Druk de kaarten af die je vindt in de bijlage ‘Wat een leven!’ en knip ze uit.
Geef alle leerlingen een kaart en laat hen vervolgens zoeken naar klasgenoten met een kaart met een gemeenschappelijk kenmerk. Het is mogelijk dat een leerling zijn of haar kaart niet kan categoriseren in de thema’s van de reeds gevormde groepjes. Geef die leerling dan eventueel een andere kaart. Het is ook mogelijk om elke leerling meteen twee kaarten te geven.
Elke mogelijke groepering geeft aanleiding tot een gesprek. Zo kunnen leerlingen alle biotopen samenbrengen zonder het eigenlijke woord ‘biotoop’ te vermelden. Ze kunnen in dat geval bijvoorbeeld het begrip ‘leefgebied’ of ‘plek om te wonen’ als titel kiezen. Een andere groep kan bijvoorbeeld dieren en planten uit het regenwoud groeperen, samen met de foto van het regenwoud. Die groepering zouden ze dan de titel ‘jungle’ kunnen geven. Of ze groeperen alle dieren ten opzichte van de planten. Ook het dieet, de grootte, de orde, de klasse … kunnen mogelijke ordeningen zijn.
Na de eerste bespreking vraag je de leerlingen om zich anders te groeperen. Dat kun je meerdere keren herhalen. Wijs de leerlingen er achteraf op dat hun zelfgekozen criteria doorslaggevend waren voor de groepjes die ze hebben gevormd.
Een alternatief is om de set kaarten meerdere keren af te drukken en uit te knippen, de klas te verdelen in groepen van vier en dan elke groep van
Bijlage
• ISAAC-TEC WMW IM Wat een leven!
12
een volledige set te voorzien. Elke groep probeert dan op dezelfde manier verschillende combinaties te maken.
13
1 … naar school 2
Hiervoor rekenen we 50 minuten.
In dit hoofdstuk onderzoeken de leerlingen de duurzaamheid van de vervoermiddelen waarmee ze naar school komen. Het begrip duurzaamheid komt uitgebreid aan bod in de module Smakelijk! Als de leerlingen dit begrip nog niet goed kennen, neem dan even de tijd om het 3P-model (people, planet, profit) kort samen te vatten. In dat model worden de voorwaarden samengevat waaraan iets moet voldoen om duurzaam te zijn.
Laat de leerlingen de vragen in het werkkatern individueel beantwoorden. Verzamel de gegevens vervolgens op het bord, bijvoorbeeld in een turftabel. Laat de leerlingen zelf uitleggen hoe die gegevens kunnen worden omgezet naar percentages. Vat die methode vervolgens samen met behulp van de uitleg in het werkkatern.
Probeer ervoor te zorgen dat de leerlingen bij het formuleren van het besluit bepaalde vervoermiddelen niet blindelings linken aan een zekere graad van duurzaamheid. Zo kan het gebruik van een wagen waarmee wordt gecarpoold een perfect duurzame keuze zijn.
• Link
Miniwebsite Wijs me de weg
ISAAC-TEC WMW miniwebsite
Werkkatern p. 6
14
2 … naar het transportmuseum
Hiervoor rekenen we 80 minuten.
Laat de leerlingen de afbeeldingen uit het middenkatern knippen. Vervolgens lezen ze de teksten individueel of in duo’s en kleven ze de afbeeldingen in de juiste volgorde in het werkkatern. Daarna markeren ze de energiebronnen. Vraag hen daarbij telkens naar de duurzaamheid en de voor- en nadelen van die vervoermiddelen.
Na het bekijken van het filmpje markeren de leerlingen welk futuristisch vervoermiddel hun voorkeur geniet. Thuis gaan ze op zoek naar het futuristisch vervoermiddel van hun dromen om daar in de volgende les over te vertellen. Eventueel kan er een mini-autosalon worden georganiseerd waarbij de leerlingen hun favoriete vervoermiddel promoten, een standje opzetten …
Werkkatern p. 8
Video
• Future transport: 10 inventions that will supercharge your journey (3’58’’)
15
2
Hiervoor rekenen we 100 minuten.
In dit hoofdstuk ontwerpt elke leerling het ideale vervoermiddel voor een andere leerling. Zo’n ontwerpproces vereist een heel actieve inbreng van alle leerlingen. Probeer ze van in het begin te motiveren om de stappen van het ontwerpproces netjes te volgen.
1 Probleemstelling
Blik samen met de leerlingen terug op het overzicht van hun vervoermiddelen op pagina 6. Vraag hen naar eventuele moeilijkheden die ze ondervinden in het gebruik van die vervoermiddelen en hoe ze het liefst naar school zouden komen. Overloop vervolgens de introductie op pagina 10. De leerlingen maken daar een eerste schets van hun ideale voertuig, al dan niet voorzien van notities. Daarvoor krijgen ze drie minuten de tijd. Die schets dient in een volgende stap als voorbeeld voor de leerling die het voertuig zal uitwerken.
Werkkatern p. 10
2 Zoeken naar een oplossing
Laat de leerlingen elkaar in duo’s bevragen over hun ideale vervoermiddel. Daarbij gebruikt elke leerling zijn of haar eerste schets (op pagina 10) als concreet startpunt. Keer na vier minuten de rollen om. De leerlingen mogen daarbij woorden en tekeningen gebruiken, als de informatie maar duidelijk is voor zijn of haar klasgenoot. Het verhaal moet echt ‘blijven plakken’, zodat ze het nadien kunnen vertellen aan de andere klasgenoten.
Werkkatern p. 11
16
3 … naar mijn ideale voertuig 2
Vertel de leerlingen dat ze in deze fase zoveel mogelijk informatie van hun klasgenoot moeten proberen te verzamelen. Hier verzamelen ze informatie, niets meer, niets minder. Als ze in deze fase al denken aan oplossingen, dan geven ze zichzelf niet meer de ruimte om origineel te ontwerpen.
Laat de leerlingen vervolgens hun schetsen en notities herlezen en de vragen in het werkkatern beantwoorden. Je kunt eventueel alle leerlingen de vierde opdracht op pagina 12 luidop laten voorlezen. Merk op dat bijna iedereen andere wensen, behoeften en dus criteria heeft, terwijl ze toch allemaal met dezelfde opdracht zijn gestart.
In een volgende stap maken de leerlingen vijf verschillende schetsen. Daarbij gebruiken ze geen woorden omdat tekenen in een ontwerpproces erg belangrijk is. Het doet je nadenken over details en stimuleert creativiteit. De tijdsdruk is ook belangrijk, de leerlingen moeten na vijf minuten vijf verschillende tekeningen hebben. De oplossingen hoeven niet realistisch te zijn en soms kunnen elementen uit verschillende ontwerpen worden gecombineerd.
Laat de leerlingen hun ontwerpschetsen nu aan elkaar voorstellen. Laat ze vervolgens de feedback verzamelen om op basis daarvan een definitieve schets te maken waarin duidelijk is hoe het ontwerp in elkaar zit. Indien nodig, kan er nogmaals teruggekoppeld worden naar de medeleerling.
17
3 Realiseren
Voorzie de leerlingen van materiaal om een prototype te maken van het vervoermiddel. Je kunt ze ook vragen om dat materiaal van thuis mee te brengen. Introduceer het begrip ‘prototype’. Vertel dat deze fase, het maken of realiseren niet betekent dat ze de perfecte oplossing zullen bouwen.
Na het maken van de prototypes geeft elke leerling feedback aan zijn/haar ontwerper.
4 Ingebruikname
Elke leerling geeft zijn of haar prototype aan de gebruiker. De leerlingen leggen vervolgens aan elkaar uit waarom ze het prototype op die manier hebben gerealiseerd. Deel enkele prototypes met de klas.
Het kan zinvol zijn om het ontwerp nogmaals aan te passen. In een technisch proces is dat zeker niet uitzonderlijk.
5 Evaluatie
De leerlingen hebben op relatief korte tijd een ontwerpproces doorlopen. Aan de hand van de evaluatieopdrachten op pagina 16 krijgen ze een overzicht van/inzicht in hoe ze het proces zelf ervaren hebben.
Werkkatern p. 15
Benodigdheden
• suggesties voor materialen: frietbakjes, bekers, papier, karton, tandenstokers, mappen, piepschuim, krijt …
Werkkatern p. 15
Werkkatern p. 16
18
Hiervoor rekenen we 25 minuten.
Brainstorm samen met de leerlingen over het vervoer van de toekomst op basis van de tekst. De leerlingen bekijken vervolgens het filmpje ‘Dit is programmeren!’ en vullen de woordspin aan.
Werkkatern p. 17
Video
• Brainport Eindhoven - Dit is programmeren! (2’56’’)
Hiervoor rekenen we 25 minuten.
Vraag de leerlingen na het lezen van de tekst naar beroepen die waarschijnlijk ooit helemaal door robots zullen worden overgenomen. Laat hen ook nadenken over waarom we op dit moment nog niet over zulke robots beschikken, bv. robotleerkrachten.
Laat de leerlingen vervolgens klassikaal brainstormen over de voor- en nadelen van robots op de werkvloer. Noteer de pro’s en contra’s eventueel ook aan het bord.
Werkkatern p. 18
Hiervoor rekenen we 150 minuten.
In dit laatste hoofdstuk wordt de analogie tussen computers en mensen uitgediept.
Werkkatern p. 19
19
1 Slim transport
2 Robots
3 Mens en computer
2
4 … naar de toekomst
3.1 Invoer
In dit onderdeeltje ligt de focus op het waarnemen. Mensen nemen waar met onze zintuigen, robots en apparaten doen dat met sensoren. In de opdrachten op pagina 19 en 20 worden deze twee soorten van waarneming aan de hand van voorbeelden met elkaar vergeleken. Vraag de leerlingen misschien ook eens naar de sensoren in een smartphone. Het zijn er meer dan je denkt. Laat ze ook eens nadenken over de sensoren die ze zelf goed kennen of hebben opgemerkt, thuis en op school. Het filmpje over de parkeerassistent kan trouwens ook worden gebruikt als verdieping als de ISAAC-actie Programmeer me de weg wordt uitgevoerd.
3.2 Verwerking
Tot op heden bestaat er geen enkele supercomputer die het menselijk brein kan evenaren. We verwerken ontzettend veel informatie. Vraag de leerlingen naar de betekenis van ‘information overload’, welke prikkels ze op dit moment verwerken en welke gedachten er in de afgelopen minuten door hun hoofd gingen.
Neem de teksten en de opdrachten klassikaal door. Het begrip programmeren wordt verder uitgediept. Vraag de leerlingen naar voorbeelden van programmeertalen (bv. JavaScript, Python, C++ …)
In elke browser kun je de broncode van elke website bekijken. Voor de meeste mensen is dat onleesbaar, maar het kan de leerlingen een idee geven van de complexiteit van een programmeertaal. Hoe je die broncode kunt weergeven, is afhankelijk van de browser die je gebruikt. Zo kun je in Google Chrome, Firefox en Edge de broncode van een website weergeven door de Ctrl-toets ingedrukt te houden en op U (Ctrl + U) te drukken.
Op pagina 23 krijgen de leerlingen een voorsmaakje van programmeren en algoritmisch denken. Begeleid de leerlingen als je merkt dat het wat moeilijk gaat.
Video
• Volkswagen Park Assist (1’49’’)
20
3.3 Uitvoer
Vraag aan een willekeurige leerling om zich ‘te gedragen’. Die uitspraak impliceert dat hij of zij ‘zich niet goed gedraagt’, maar stel die leerling vervolgens gerust. Wijs de klas erop dat we ons ‘constant gedragen’. Hoe we ons gedragen is het gevolg van de verwerking in onze hersenen. Je kunt vermelden dat de studie van menselijk gedrag deel uitmaakt van een wetenschapstak, namelijk psychologie. ‘Computergedrag’ is veel eenvoudiger om te bestuderen, omdat we precies weten en kunnen nagaan waarom een computer of een robot zich op een bepaald moment op een bepaalde manier gedraagt. We kunnen bijvoorbeeld het logboek van het besturingssysteem raadplegen. Het aantal mogelijke gedragingen van een computer of robot is ook beperkt. Introduceer het begrip actuator en geef zelf een aantal voorbeelden, zoals motor, luidspreker, verwarmingstoestel … De leerlingen nemen vervolgens de tekst en de opdrachten door, individueel, in duo’s of klassikaal.
4 Kunstmatige intelligentie
Hiervoor rekenen we 20 minuten.
Vraag de leerlingen naar wat ze al weten over kunstmatige of artificiële intelligentie. Toon hen het filmpje en leid de opdracht in. Vraag hen hoe we kunnen voorkomen dat toekomstige robots niet in opstand komen. Er bestaan reeds verschillende lijstjes van regels, wetten en principes voor het maken en programmeren van robots. Het individueel, in duo’s of klassikaal opstellen van zo’n lijstje is een interessante oefening in abstract redeneren om een technologisch probleem op te lossen.
Werkkatern p. 27
• Boston Dynamics: the Robot Fights Back (2’51’’)
21
Video
ISAAC-actie 3
Variant 1: Programmeer me de weg
Hiervoor rekenen we 2 tot 6 lestijden.
In deze ISAAC-actie beginnen de leerlingen met het vrij ontwerpen van een zelfbedachte robot om de geziene leerstof op te frissen. Vervolgens ga je meteen over naar het uiteenzetten van de uitdaging, rekening houdend met de mogelijkheden van het materiaal waarover je beschikt.
De keuze van hard- en software hangt af van school tot school. Zo kun je gebruikmaken van Lego Mindstorms (www.legoeducation.com/download), Makeblock (https://www.ratoeducation.be/nl/makeblock), de Edison Robot (https://www.eurofysica.nl/webshop/robotica-en-programmeren/edisonrobot) …
De Lego® Mindstorms hardware is al in veel scholen aanwezig. Als je geen programmeerbare robots ter beschikking hebt, dan bestaat de mogelijkheid om die te lenen. Daarvoor kun je onder andere bij een aantal hogescholen terecht. Mik op één robot per twee leerlingen. Zo is de leerwinst het grootst.
1 Probleemstelling
Stel de robot(s) voor aan de leerlingen en laat hen die aandachtig bestuderen. Voorzie eventueel voor elke leerling een afbeelding van de robot om op pagina 2 te kleven. Vraag hen naar de sensoren en actuatoren waarover de robot beschikt. Zorg ervoor dat de leerlingen goed begrijpen wat van hen wordt verwacht. Neem de opdrachten nauwgezet door en stel de software voor. Verdeel de klas in groepen en zorg ervoor dat de leerlingen perfect weten wat ze zullen moeten uitvoeren.
Het opbouwen van het traject hangt af van de gebruikte robot(s) in de klas. Beredeneer samen met de leerlingen welke keuzes haalbaar zijn.
Bijlage
• ISAAC-TEC WMW IA Programmeer me de weg
22
Verken op voorhand de mogelijkheden van de gebruikte robot. Denk goed na op welke manier je de robot(s) een parcours kunt laten rijden. Kan dat door een route te programmeren of door gebruik te maken van sensoren? Het gebruik van sensoren wordt niet vermeld in het leerplan, maar als je er gebruikt, welke kun je dan inzetten? Ga ook grondig na hoe je de verschillende groepjes voldoende kunt uitdagen. Het is de bedoeling dat elk groepje zelf de criteria kiest. In de volgende stap kunnen ze nog meer criteria aanduiden, waardoor de groepjes elk op een eigen tempo kunnen werken.
Zoeken naar een oplossing
Verfijn de criteria waaraan de oplossing van elk groepje moet voldoen. Het leerplan vereist niet dat de leerlingen sensoren gebruiken. In principe volstaat het dus om de leerlingen een robotje zonder sensoren in een doolhof te laten manoeuvreren. Daarvoor schrijft de leerling dan een programma waarin de robot bv. 1 seconde rechtdoor rijdt, een kwartdraai maakt en dan 3 seconden vooruit rijdt. Als de robot vooruit rijdt, ook zonder sensoren, dan werd voldaan aan het leerplandoel. Door bijkomende criteria op te leggen, kun je differentiëren. Het opsommen van de vereiste functies helpt de leerlingen bij het leren gebruiken van de specifieke software.
3 Realiseren
Begeleid de leerlingen bij het ontdekken van de gehanteerde software en help hen bij het formuleren van hun redeneringen. Zowel de software als de handleidingen zijn gratis voor elk product. Bovendien staan er heel wat handleidingen online. Toch is het belangrijk om de leerlingen te begeleiden in hun denkproces.
Het is niet de bedoeling om de oefeningen klassikaal te maken en samen de juiste programmeerblokken met elkaar te combineren. Het is beter om elke oefening eenvoudig te starten en de leerlingen elk in hun groepje het programma te laten opbouwen.
23
2
4 Ingebruikname
De leerlingen testen of de robot het traject helemaal aflegt en sturen dat eventueel nog bij. Laat de leerlingen hun redeneringen verwoorden. Laat ze uitleggen hoe ze concreet aan de slag zijn gegaan, waarop ze letten bij het kiezen van een programmablok, wat ze deden toen het programma ergens vastliep, of er nog andere manieren zijn om tot hetzelfde resultaat te komen …
Laat elke groep hun robot filmen terwijl die het traject aflegt. Als ze ook beelden hebben van tijdens het ontwerpproces, dan kunnen de leerlingen beter navertellen hoe het proces is verlopen, wat goed ging en wat minder goed ging. Die filmpjes kunnen achteraf eventueel op de Instagrampagina van de school worden geplaatst, of de leerlingen maken er een leuke Moovly van. Dat dient dan als verbreding: beelden monteren, muziek toevoegen … Je kunt er dan ook op wijzen dat zo’n filmpje maken veel gelijkenissen heeft met het schrijven van een programma.
5 Evaluatie
In dit onderdeeltje beoordelen de leerlingen hun eigen prestatie en die van de andere groepen. Dit evaluatieproces kan de leerlingen helpen bij het ontwikkelen van vaardigheden voor het geven van opbouwende kritiek en bij het verbeteren van hun analysevaardigheden. De leerlingen leren ook objectieve gegevens te verzamelen ter ondersteuning van een argument. Bij het beoordelen van de andere groepen kun je eventueel elke groep drie ‘stickers’ of andere tokens (symbolen, pluimen, sterretjes …) geven die ze dan verdelen over de andere groepen. Het is een eenvoudige manier van peerevaluatie. De leerlingen krijgen de mogelijkheid om een pluim te geven aan een andere groep en ze beargumenteren waarom ze die pluim geven. Dat kan gaan over het uitgeschreven programma, het pimpen van de robot, het samenstellen van de robot, het samenwerken, de mondelinge uitleg, het filmpje …
24
Er zijn talrijke manieren om deze ISAAC-actie te verdiepen. Toon bijvoorbeeld nogmaals het filmpje van de parkeerassistent. Het kan uitdagend zijn voor de leerlingen om deze setting te programmeren. Let op, dat kan niet met alle robots. Er is namelijk een ultrasone sensor voor nodig. Met de EV3 Lego Mindstorm kan dit worden uitgevoerd. Bespreek wat de auto allemaal moet kunnen. Deel het parcours op in programmeerbare stukjes: achteruit, rechts indraaien, achteruit, links indraaien, achteruit …
De leerlingen bouwen in duo’s een programmeerbare auto met Lego die hetzelfde kan uitvoeren. Vervolgens tekenen ze zelf een plattegrond van de parkeersituatie, aangepast aan de grootte van hun auto. Daarna gaan ze aan de slag met de software. Begeleid hen en laat hen hun redeneringen verwoorden. Onderstaande vragen kunnen dienen als leidraad.
Wat moet je doen?
Wat ken je al uit het programma?
Wat heb je ingevoerd?
Wat zie je gebeuren?
Wat zou er moeten gebeuren?
Hoe kan je dat programmeren?
Welke blokken kan je nog gebruiken?
Wat doet dat blok precies?
De leerlingen mogen experimenteren. Er is niet één enkele juiste oplossing.
Leerlingen die sneller klaar zijn, kunnen nog een verdiepende opdracht maken: parkeer de auto nu dwars. De auto’s staan dan niet achter elkaar, maar parallel. Of laat de auto ook weer uitrijden.
Vervolgens programmeren de leerlingen de auto zo dat die zichzelf parkeert met behulp van de ultrasone sensor. Eventueel kan er achteraf nog een geluid worden geprogrammeerd om aan te geven dat de auto is geparkeerd. Bespreek achteraf kort wat goed ging en wat minder goed ging.
Video
• Volkswagen Park Assist (1’49’’)
25
Een andere mogelijke opdracht is de leerlingen een parcours te laten afzetten met witte tape en de robot het traject te laten volgen. Begeleid hen en laat hen hun redeneringen verwoorden. Onderstaande vragen kunnen dienen als leidraad.
Welke sensor is in staat de witte lijn te zien?
Waar zal deze sensor moeten worden geplaatst?
Waar kun je de waarde voor lichtintensiteit aflezen?
Wat is de waarde op de witte lijn, en naast de witte lijn?
Hoe moet je de wagen dan programmeren?
Hoe integreer je dat in het programma?
26
ISAAC-actie
Variant 2: Robots op tv
Hiervoor rekenen we 1 lestijd.
De gezamenlijke kennis van de klas over robots is enorm, onder andere dankzij cultuurproducten zoals films en series, maar ook boeken en games. Kaskrakers zoals iRobot, WALL-E, Star Wars, Robocop, The Terminator en Transformers zitten bijvoorbeeld in ons collectief geheugen, net als de robots uit televisieseries zoals Futurama, Power Rangers, Robot Arpo, Mijn robot en ik, Bassie en Adriaan … Niet elke leerling zal al die robots kennen, maar elke leerling kent wel minstens één fictieve robot. Zo niet, dan biedt deze ISAACactie hen de gelegenheid om er enkele te leren kennen. Kies in dat geval zelf een robot voor die leerling(en).
Vraag de leerlingen om elk een andere robot in gedachten te houden. Vervolgens geef je hen de opdracht om over die robot een poster te ontwerpen waarop de sensoren, de verwerking en de actuatoren worden uitgelicht. Gratis software zoals Microsoft Publisher of het online platform www.canva.com kunnen daarbij van pas komen.
Bijlage
• ISAAC-TEC WMW IA Robots op tv
27
3
