Leerdoelen
Aan het einde van het biotechnologie-project:
- Kan de leerling in eigen taal uitleggen wat het voedselvraagstuk betekent
- Kan de leerling in eigen taal uitleggen wat biotechnologie betekent
- Kan de leerling uitleggen wat biotechnologie kan betekenen voor het voedselvraagstuk van de toekomst
- Weet de leerling wat er nodig is om een plant te laten groeien
- Kan de leerling zelf een toepassing bedenken en maken om een paprika of tomaten plant geautomatiseerd te laten groeien.
- Heeft de leerling, met behulp van Excel, verslag gelegd van het groeiproces van zijn of haar plant
- Kan de leerling de werking van de anti-vocht sensor uitleggen in technische termen
- Heeft de leerling een behuizing ontworpen en gemaakt voor de anti-vocht sensor
De planning
Hieronder staat de algemene planning van het biotechnologie project:
| Datum |
Planning? |
| 26 maart - 30 maart |
Beginnen met ontwerpen van je eigen automatisch bewatering systeem |
| 2 april - 6 april |
Testen van het bewatering systeem (komt er te veel of te weinig water uit?) / Lezen theorie vochtsensor |
| 9 april - 13 april |
Testen van het bewatering systeem / Lezen theorie en solderen van de vochtsensor (individuele opdracht) |
| 16 april - 20 april |
Het bewateringsysteem moet af, hierna is de meivakantie en je plant moet genoeg water krijgen! |
| 23 april - 27 april |
Meivakantie |
| 30 april - 4 mei |
Meivakantie |
| 7 mei - 11 mei |
Noteren van de groei van je plant / ontwerpen en maken van de behuizing voor de vochtsensor (indivudele opdracht) |
| 14 mei - 18 mei |
Maken van behuizing voor de vochtsensor, laatste week om er aan te werken! |
Theorie
Het voedselvraagstuk
Door de groei van de wereldbevolking en de toenemende welvaart in opkomende economieën als China, stijgt de consumptie van vlees, vis en andere dierlijke eiwitten. De huidige productie van dierlijke eiwitten pleegt een aanslag op ruimte, water, milieu en biodiversiteit. Niet alleen vanwege het houden van vee, ook door de teelt van bijvoorbeeld mais en soja dat verwerkt wordt in het veevoer.
Het wereldvoedselvraagstuk:
- Hoe gebruiken we het landbouwgrond efficienter om in de toekomst genoeg eten te produceren voor alle mensen op de aarde?
SchoolTV
Klik hieronder op de afbeelding om een korte video van SchoolTV te kijken over het voedselvraagstuk.
Groeiende planten
Onderzoeken met Excel
Excel is software die overal ter wereld gebruikt wordt. En dat komt omdat je in Excel je gegevens goed kunt ordenen, mooie grafieken kunt maken, maar vooral: omdat je in Excel kunt rekenen.
In het filmpje zie je dat Excel eigenlijk een rekenblad is met hokjes. Als je je cursor beweegt spring je van hokje naar hokje.
Je kunt de hokjes groter en kleiner maken of een kleurtje geven. Maar vooral kun je er in typen. Je kunt er tekst in zetten en getallen. Die tekst of getallen kun je opmaken: groter of kleiner maken, een kleur geven enzovoorts.
Maar het belangrijkste in Excel zijn de getallen. En met die getallen kun je in Excel rekenen.
Een tabel
Een tabel is een lijst met gegevens die netjes geordend zijn. Bijvoorbeeld een lijst van alle leerlingen in de klas, op alfabet. Of een lijst van alle cijfers die je behaald hebt.
Een tabel kent rijen en kolommen.
Eén hokje in zo'n tabel noem je (in Excel) een cel.
In Excel kun je zo'n geordende lijst heel gemakkelijk maken.
Opdracht 1
- Maak de tabel hierboven na in Excel. Denk erom dat je de kolommen breed genoeg maakt.
- Sorteer daarna de tabel op alfabetische volgorde
- Zorg dat de kopregel opvalt
Opdracht 2
NODIG: centimeter of lange liniaal
- Meet de lengte van iedereen in de klas
- Schrijf alle namen en de lengtes op een stuk papier
- Maak nu zelf een tabel.
- De eerste kolom geef je als kop ‘naam’
- De tweede kolom geef je als kop ‘lengte in m’
- In de eerste kolom zet je de namen van alle leerlingen
- In de tweede kolom zet je hun lengte.
- Maak de tabel netjes op. Denk aan de breedte van de kolommen, een kleurtje voor je kolomkoppen en het gebruik van randen.
- Sorteer de tabel zodat de kortste leerling bovenaan staat en de langste leerling onderaan.
Noteren lengte
De lengte noteer je als een getal. Je zet in de cel alleen 1,52 en niet 1,52 m.
Zet je die m erachter dan raakt Excel in de war: Excel gaat er dan vanuit dat je tekst hebt ingetypt. Zet dus onder de kop ‘lengte in m’ alleen maar getallen.
Opdracht 3, grafiek maken
Grafieken zijn een goed hulpmiddel om gegevens in één klap duidelijk te presenteren. Er zijn verschillende soorten grafieken. De bekendste soorten zijn de kolomgrafiek, de lijngrafiek en het cirkeldiagram. In Excel kun je die grafieken gemakkelijk maken. In het filmpje zie je:
Opdracht:
Gebruik de gegevens van opdracht 2 om een grafiek te maken van de verschillende lengtes in de klas.
De anti-vocht sensor
Als praktijkopdracht ontwerp, soldeer en produceer je een anti-vochtsensor. Dit is een stuk elektronica dat reageert wanneer er geen vocht is. Dit is erg handig wanneer je een groot veld met planten en gewassen hebt. Het apparaat laat dan direct zien wanneer de grond te droog is en je de planten water moet geven.
Op deze pagina zie je een voorbeeld van een commerciele vochtsensor en lees je meer over de theorie achter de elektronische schakeling van de anti-vochtsensor.
De elektronische schakeling van de anti-vochtsensor.
Hierboven zie je de schakeling van de anti-vochtsensor. Deze ga je zelf solderen. Maar hoe werkt deze sensor nou eigenlijk? In de legenda zie je dat de schakeling bestaat uit verschillende elektrische componenten. Voordat je de schakeling kan begrijpen moet je eerst weten wat de verschillende onderdelen zijn en wat ze doen. Dat kan je op DEZE pagina lezen.
Deze schakeling reageert op vocht. We maken dus een onderscheid wanneer er wel vocht is en wanneer er geen vocht is. Hieronder worden deze 2 situaties uitgelegd.
Geen vocht (LED geeft licht).
Als er geen vocht is dan is de grond erg droog. Elektriciteit gaat heel moeilijk door droge grond. Tussen de voelsprieten zal er dan ook geen stroom lopen. Daardoor komt er geen stroom op de basis van T1. Hierdoor moet de stroom wel naar de basis van T2. Omdat er nu stroom naar de basis van T2 gaat, zal deze transistor de stroom doorlaten en zal de LED gaan branden.
Wel vocht (LED geeft geen licht).
Als er wel vocht is in de grond dan zal er stroom lopen tussen de voelsprieten. Hierdoor komt er genoeg stroom op de basis van T1. Hierdoor kan de stroom door T1 lopen en zal het niet naar de basis van T2 gaan. Hierdoor gaat deze geen stroom geven en blijft de LED uit.
Praktijk: geautomatiseerd groeien
De opdracht
De opdracht is als volgt. Bouw een geautomatiseerd systeem om een tomatenplant water te geven. Dit systeem moet af zijn voordat de meivakantie begint. De plant moet namelijk tijdens de meivakantie gewoon water krijgen zodat het gezond blijft groeien.
Je bent erg vrij in hoe je de plant geautomatiseerd van water voorziet. Op de volgende pagina staan een aantal voorbeelden. Natuurlijk kan je ook zelf op onderzoek uit!
Belangrijk:
Naast een goed werkend bewateringsysteem ga je ook bijhouden hoe snel je plant groeit. Je noteert deze gegevens in Excel zodat je er een grafiek van kan maken.
Voorbeelden
Hieronder zijn verschillende mogelijkheden te vinden om planten automatisch te bewateren.
Met touw:
Door middel van touw kruipt het water naar de grond. Dit gebeurt erg langzaam maar zeker.
Met een Arduino:
Ook met een Arduino kan je natuurlijk de planten voorzien van water. Dit mag je gebruiken in overleg met je docent.
Hieronder wordt in een video uitgelegd hoe dit in zijn werk gaat:
Groeien met een Arduino
Ook met een Arduino kan je een plant automatisch voorzien van water. Dit gaat met een waterpomp en vochtsensor. Wanneer de vochtsensor een droge grond meet, dan zal de Arduino de waterpomp een bepaalde tijd aanzetten zodat de grond weer vochtig wordt. Om dit te maken heb je de volgende onderdelen nodig:
- Arduino UNO
- Transistor ( type: BC517C )
- Diode
- Weerstand ( 330 Ω )
- Waterpomp ( 3 - 6 V )
- 2 spijkers
- Net adapter ( 12 V, 1 A)
Aansluiten.
Hierboven zie je hoe de Arduino verbonden is met de waterpomp en vochtsensor. We gebruiken een transistor om de waterpomp aan te sturen. Dit omdat de digitale pin van de Arduino niet genoeg stroom kan leveren om de pomp te laten werken. Om de Arduino te beschermen tegen terugslag van de pomp gebruiken we een diode. De vochtsensor is vrij simpel gemaakt van 2 spijkers. Wanneer de grond droog is kan er geen stroom tussen de spijkers vloeien en dit wordt gemeten door de Arduino.
Praktijk: De anti-vocht sensor
De opdracht
De anti-vochtsensor is een individuele opdracht en bestaat uit 2 onderdelen:
- De schakeling
- De behuizing
Hieronder wordt de werkwijze van deze twee onderdelen besproken:
De schakeling.
Hierboven zie je de schematische weergave van de anti-vochtsensor schakeling. Op de theorie pagina van de anti-vochtsensor kan je lezen hoe deze elektronische schakeling werkt. Deze schakeling soldeer je zelf, hoe je dit goed doet kan je op de volgende pagina lezen. Bedenk je wel dat de schakeling in de behuizing moet passen, dus houdt er rekening mee hoe groot je de schakeling maakt.
De behuizing.
De anti-vochtsensor heeft een mooie maar vooral ook functionele behuizing nodig.
Solderen
Om elektronische onderdelen te solderen volg je deze stappen:
- Vastmaken van de elektrische componenten aan de soldeerpennen
- Controleren en schoonmaken van de soldeerbout
- Vertinnen van de soldeerbout
- Solderen van het elektrisch component
Hieronder wordt elke stap in detail uitgelegd
Vastmaken van de elektrische componenten aan de soldeerpinnen.
Om makkelijk en snel te solderen gebruiken we soldeerpinnen. Dit zijn kleine metalen pinnen die goed hechten aan het tin. De pinnen sla je met een hamer in het MDF. Hierboven zie je hoe een platbektang wordt gebruikt, zodat je niet op je vingers slaat. LET OP: zorg dat je de scherpe kan van de soldeerpin het hout in slaat.
Als alle soldeerpinnen in het hout zitten kan je elektrische componenten vastmaken. Op de afbeelding hierboven zie je hoe een weerstand vast is gemaakt aan 2 pinnen. Je kan simpelweg de pootjes van de componenten om de pinnen heen wikkelen.
Controleren en schoonmaken van de soldeerbout
Voordat je gaat solderen controleer je of de soldeerbout schoon is. Dit is belangrijk, omdat de tin anders niet hecht. Kijk of de punt van de soldeerbout mooi glimt (zoals je hierboven ook ziet). Als dit niet het geval is dan pak je een klein stukje schuurpapier en schuur je de kop schoon.
Vertinnen van de soldeerbout
Zoals je hierboven ziet wordt er eerst een kleine laag tin op de soldeerbout gelegd. Hierdoor wordt het makkelijk om contact te maken met de soldeerpen en kan de warmte zich sneller verspreiden.
Solderen van het elektrisch component
Je raakt nu met de vertinde soldeerbout de soldeerpen aan. Door het dunne laagje tin is het contact goed en wordt de soldeerpen snel warm. Dan kan je de tin tegen de soldeerpen houden en zal je zien dat de tin er direct intrekt! Als dat gebeurt haal je meteen de soldeerbout weg! Nu kan de tin afkoelen en gaat het mooi glanzen.
Extra bronnen
Wereld expo, oplossingen voor het voedselvraagstuk
