Zeepkistenrace

Inleiding

De kinderen bekijken een filmpje over een zeepkarrenrace. Vb. https://www.redbull.com/nl-nl/videos/bekijk-de-beste-acties-van-red-bull-zeepkistenrace.

De kinderen vertellen over hetgeen ze hebben gezien. Stel hierbij de vraag: "Wat is er typisch voor een zeepkarrenrace, een zeepkar?".

De kinderen worden uitgedaagd om hun eigen zeepkarrenrace te organiseren met zelf gebouwde zeepkarretjes. Het zullen geen grote karren zijn zoals in de filmpjes, maar kleine karretjes die een speelgoedpoppetje kunnen vervoeren (vb. playmobiel, lego …) of een mascotte (vb. poppetje, knuffel ...). Expliciteer dat de doelstelling is om hun zeepkar en het parcours te ontwerpen en optimaliseren door gegevens bij te houden. 

Het zou kunnen dat leerlingen meer gemotiveerd zijn om een echte zeepkar te bouwen. Maar je kan hen toch stimuleren om eerst een prototype te ontwerpen en bouwen, zodat ze goed weten aan welke criteria een echte zeepkar moet voldoen.

Fase 1: plannen van een zeepkarrenrace

Volgende aan te pakken problemen worden besproken:

• Wat heb je nodig om een optimaal racecircuit te bouwen?
• Wat is de optimale hellingsgraad voor de helling?
• Wat zijn de criteria voor een optimaal zeepkarretje?
• Welke ondergrond is optimaal voor een racecircuit?
• Hoe bouwen we een zeepkar die gebaseerd is op de overeengekomen criteria?
  • Hoe maken we een zeepkar die zo ver mogelijk kan gaan?
  • Hoe maken we een zeepkar die de finishlijn kan halen?
  • Hoe bouwen we een zeepkar die zo snel mogelijk kan gaan?

De kinderen moeten de criteria voor een zeepkarrenrace afbakenen met betrekking tot:

Het parcours:

• Helling(sgraad) als startpunt?
• Waar komt de eindmeet?
• Ondergrond van het parcours (steen, hout, vlak, hobbels …)?
• Veiligheid toeschouwers?
• Hoe moet het parcours eruit zien (rechtdoor, met bochten, hindernissen …)?
• …

De zeepkar:

• is zelf gemaakt;
• kan één of meerdere poppetjes vervoeren;
• is stevig gemaakt;
• ziet er leuk, tof uit;
• rijdt vlot en soepel;
• gaat zo ver mogelijk (moet zeker de eindstreep kunnen bereiken);
• gaat snel*;
• ...

*: bij een zeepkarrenrace is het criterium: 'zo ver mogelijk', maar eigenlijk is de eerste uitdaging toch het bereiken van de eindmeet. Daarna kunnen de kinderen hun karretje optimaliseren zodat het zo snel mogelijk kan.

Fase 2: Het ontwerpen en bouwen van het parcours

De kinderen werken in groepjes (teams in raceterminologie) van 3 of 4.

De teams starten met een racecircuit te ontwerpen. Hiervoor maken ze een schets van een mogelijk raceparcours. Ze houden rekening met de verschillende elementen van het circuit en zorgen dat dit duidelijk is in hun schets/ontwerp: de lengte, de eindmeet, de hellingsgraad, versiering, materiaal ondergrond, veiligheid toeschouwers bewaken ... In een volgende fase gaan de kinderen onderzoeken wat de optimale hellingsgraad is van de helling (zie fase 3).  

Optioneel: de verschillende elementen kunnen opnieuw bediscussieerd worden in de klas over de verschillende teams heen.

Voor het maken van de schets kunnen digitale hulpmiddelen gebruikt worden. Dat kan bv. met Sumopaint, een online tekenprogramma of Drawing pad. Iets uitdagender is Sketchbook.

De kinderen bouwen hun zelfontworpen raceparcours (met helling, eindmeet, bepaalde lengte …).

Fase 3: onderzoek i.v.m. de hellingsgraad van de helling

De teams krijgen de uitdaging om een optimale hellingsgraad te ontwerpen als startpunt voor het raceparcours. Ze krijgen hiervoor allerhande materiaal die ze kunnen gebruiken (of nemen dit mee van thuis). De uiteindelijke doelstelling is dat het zeepkarretje de eindstreep gemakkelijk kan halen!

De teams overleggen wat ze precies moeten onderzoeken om de ideale hellingsgraad en ideale lengte van de helling te bekomen zodat de zeepkar zo ver mogelijk rijdt. Ze denken over manieren om de verschillende variabelen die een invloed zouden kunnen hebben ‘eerlijk’ te onderzoeken en bij te sturen.

Opmerking i.v.m. belang van ‘eerlijk onderzoeken’:

• Het controleren van variabelen staat centraal bij een eerlijk onderzoek. Dit betekent dat er telkens maar 1 variabele per keer onderzocht wordt (vb. veranderen van de lengte van de helling, en daarbij de hellingsgraad van de helling constant houden).
• Dit betekent ook dat een bepaalde conditie meerdere keren moet onderzocht en gedocumenteerd worden (vb. steile/ minder steile helling). Laat de kinderen dit zelf ontdekken.
• De kinderen moeten er ook zelf toe komen dat ze best altijd hetzelfde karretje gebruiken om te proberen anders is het geen ‘eerlijk onderzoek’ meer (= controleren van variabelen).
• De kinderen moeten nadenken over manieren hoe ze kunnen meten (markeren/meten van de afstand vanaf een bepaald punt).

Fase 4: Bouwen van een zeepkar

De kinderen worden nu uitgedaagd om een zeepkar te bouwen. Ze werken opnieuw in groepjes van 3 à 4 kinderen (‘teams’). Ze krijgen hierbij materialen (of gebruiken materialen die ze meenamen van thuis) en het zeepkarretje moet voldoen aan een aantal criteria die ze vooropgesteld hebben en eerder klassikaal werd besproken.

De teams starten opnieuw met het ontwerpen en schetsen van hun zeepkar. Ze houden hierbij rekening met de criteria en zorgen dat alles duidelijk is op de schets/het ontwerp (vb. materiaal, bevestiging, kleur …).

Ook hier kan gebruik gemaakt worden van een digitale tool om een 3D ontwerp te maken van de zeepkar. Dit kan bv. met SketchUp of Tinkercad. Het leuke hieraan is dat je elementen van het ontwerp ook kan 3D printen.

De verschillende zeepkarren kunnen bediscussieerd worden in de klas over de verschillende teams heen. Zo kan er geleerd worden van elkaar en kunnen plannen aangepast worden.

Kinderen beginnen nu met het bouwen van hun eigen zeepkar gebaseerd op de vooropgestelde criteria.

Opmerking i.v.m. begeleiding:

• Coach de kinderen door vragen te stellen die hen stimuleren om de problemen die ze tegenkomen zelf op te lossen.
  • Welke materialen worden gebruikt?
  • Wat ging er mis? Waarom?
  • Zijn er andere mogelijkheden?
• Dit geeft de mogelijkheid om een aantal technische vaardigheden te oefenen en een aantal wetenschappelijke concepten te onderzoeken, zoals 'wrijving' (vb. hoe moeten we de wielen bevestigen zodat ze kunnen rollen. Welke wielen moeten we gebruiken en hoeveel? ...).

Fase 5: Testen en optimaliseren van het zeepkarretje

Wanneer de meeste teams hun eerste prototype klaar hebben, kunnen de karretjes uitgeprobeerd worden.

• Wat zien we?
• Wat gebeurt er?
• Waarom gaat het wagentje niet vooruit?
• Wat is het probleem? Wat zou er beter kunnen?
• Hoe kunnen we het wagentje sneller doen gaan?
• Hoe kunnen we de snelheid van het wagentje meten (= snelste tijd tot aan de finish)?

Opmerking i.v.m. eerlijk onderzoeken:

• Er zullen verschillende pogingen nodig zijn (zie ‘eerlijk onderzoeken’) waarvan een gemiddelde gemaakt moet worden.

Na het testen, kunnen de kinderen hun karretje optimaliseren. Dan kunnen ze opnieuw gaan testen en optimaliseren en uiteindelijk zullen ze erin slagen om een wagentje te bouwen dat zo goed als mogelijke voldoet aan alle criteria. Dit proces van testen en optimaliseren gebeurt een aantal keren opnieuw waarbij het belangrijk is om de vooropgestelde criteria goed voor ogen te houden:

• Beweegt de zeepkar?
• Bereikt de zeepkar de eindmeet?
• Haalt de zeepkar een goede snelheid?
• Gaat hun zeepkar sneller dan hun eerste pogingen? Hoe weten ze dat?
• Kan de zeepkar een poppetje vervoeren?
• Ziet de zeepkar er tof uit?
• …

Slot: film 'de zeepkarrenrace'

Wanneer elke groep tevreden is met hun zelfgemaakte zeepkar, kan de race beginnen.

Er kunnen verschillende prijzen uitgereikt worden op basis van de criteria (vb. een prijs voor de snelste zeepkar, eentje voor de zeepkar die het verst ging, eentje voor de origineelste zeepkar, ...).

Kinderen denken na hoe ze kunnen achterhalen wie de race wint (vb. meten van de afstand/tijd, toestaan van verschillende pogingen, jury, ...). De gegevens moeten bijgehouden worden in Excel. Bv. Meerdere pogingen kunnen ondernomen worden. De tijd wordt dan elke keer gemeten over een bepaalde afstand, en dan kan daar een gemiddelde van genomen worden.

Elke groep maakt een filmpje over de race. Dit kan bv. via Canva. Ze presenteren hierbij hun zeepkarretje, de specifieke kenmerken van hun wagentje, de problemen die ze zijn tegen gekomen,... En uiteindelijk filmen ze hun wagentje wanneer het de helling afrijdt, recht naar de eindmeet...