De waterfilter

Probleem verkennen & idee bedenken

Prikkel: bv. Schoon Drinkwater - UNICEF Kinderrechten Filmfestival
 https://www.youtube.com/watch?v=jtxYsB8ORao

De kinderen krijgen een bak met troebel water (bijvoorbeeld water gemengd met aarde). 
Ze brainstormen over het belang van schoon water om te komen tot de uitdaging.

Centrale probleemstelling: 
"Hoe kunnen we dit water helder maken?"

Begeleidingsvragen:
- Waarom is schoon water belangrijk?
- Op welke plaatsen wordt waterfiltratie in het dagelijkse leven gebruikt? 
   (bv. waterzuiveringsinstallaties, natuur, astronauten in de ruimte)

Hulpmiddelen en materialen selecteren

Materialen onderzoeken en selecteren
De kinderen verkennen zelfstandig de verschillende beschikbare materialen zoals zand, grind, actieve kool, textiel en filterpapier. Door te experimenteren ontdekken ze welke materialen eigenschappen hebben die kunnen helpen bij het filteren van water. Ze formuleren hypotheses over welk materiaal het meest effectief zou kunnen zijn.

Begeleidingsvragen:
- Hoe werkt een natuurlijke waterfilter in de bodem? (Denk aan lagen grond en stenen in de natuur.)
- Welke materialen zouden grote vuildeeltjes tegenhouden? 
- Welke houden juist kleine deeltjes tegen? 
- Hoe maak je een filter om de filtercapaciteit van een bepaald materiaal te onderzoeken?
- In welke volgorde plaats je het best de gekozen materialen?

Differentiatie mogelijkheden:
De kinderen gaan zelf op zoek naar geschikte manieren om de filtercapaciteit van materialen te onderzoeken. Bij jongere of minder ervaren leerlingen kan de leerkracht ook onderstaande tips geven: 
- Je kan een fles in twee knippen en de bovenste helft omgekeerd in de onderste zetten, als een soort trechter. 
- Of twee onderste helften van een fles nemen, in de bodem van de ene fles kleine gaatjes prikken en die in de andere fles zetten. 

Criteria opstellen

De kinderen bepalen de criteria waaraan hun filter moet voldoen. 
Om de criteria samen met de leerlingen te selecteren, kan de leerkracht vragen stellen. 

Begeleidingsvragen:
- Hoe helder moet het gefilterde water zijn?
- Voor wie of wat moet het bruikbaar zijn? (dieren, planten)
- Welke eigenschappen van het water kunnen gebruiken om te bepalen hoe schoon het water is? 
   (helderheid, geur, kleur)
- Hoe snel moet de filter werken? Hoe snel moet het water erdoor kunnen lopen?
- Hoeveel water moeten we minimaal kunnen filteren?

Concept en prototype uitwerken

De kinderen kiezen uit de beschikbare materialen en bedenken een strategie om het water te filteren. Dit gebeurt door middel van brainstormsessies, kleine testjes met afzonderlijke materialen, en hun bevindingen uit de vorige fase.

De kinderen ontwerpen vervolgens hun eigen filter en bouwen een prototype. Hierbij kiezen ze zelf de volgorde en de combinatie en van materialen. Ze beschrijven of tekenen hun ontwerp en voorspellen het verwachte resultaat.

Begeleidingsvragen:
- Welke materialen ga je gebruiken? Waarom denk je dat ze goed zullen werken? 
- Hoe ga je de materialen ordenen in je filter? Waarom kies je voor deze volgorde?
- Hoe bepaal je hoeveel van elk materiaal je nodig hebt?
- Wat denk je dat het effect zal zijn van de verschillende materialen op de helderheid van het water?
- Wat verwacht je dat er met het vuil in het water gebeurt tijdens het filteren?
- Denk je dat je filter snel of langzaam zal werken? Waarom?
- Hoe zorg je ervoor dat je filter stevig en stabiel blijft staan?

Testen en bijsturen

De kinderen testen hun filter door het troebele water erdoorheen te laten lopen. Ze observeren de helderheid en meten de doorstroomsnelheid met een maatbeker en stopwatch. Indien nodig passen ze hun ontwerp aan door lagen te wisselen, materialen toe te voegen of de structuur te wijzigen.

LET OP! Het gefilterde water is niet drinkbaar. 

Begeleidingsvragen:
- Hoe kunnen we meten of ons filterontwerp goed werkt?
- Wat zou je kunnen aanpassen als het water nog troebel is?
- Hoe beïnvloedt de dikte van de lagen het filterproces?
- Waarom is het gefilterde water nog steeds niet drinkbaar? (bacteriën, virussen, chemische stoffen)

Mogelijke wiskunde-component (afhankelijk van leeftijd leerlingen):

• Meten van de tijd die nodig is om een bepaalde hoeveelheid water te filteren. (Dat is het debiet.)
• Berekenen van het debiet van de filter (aantal ml gefilterd water per seconde, of per minuut).
• Hoeveelheid water vergelijken water voor en na de filtratie.
• Leerlingen beoordelen de helderheid van het water, zie tips hieronder. Deze scores zetten ze in een grafiek zetten.
  
  Tips om de helderheid van het water te meten:
  De helderheid van water wordt door wetenschappers beoordeeld met een Secchi-schijf. Leerlingen kunnen deze methode ook gebruiken. Een ronde schijf met 2 witte en 2 zwarte vlakke vlakken wordt in het water gelaten. Je meet de diepte waarop je geen verschil meer ziet tussen de witte en zwarte vlakken. Hoe dieper, hoe helderder het water. Je kan zo’n Secchi-schijf eenvoudig zelf maken. Meer info vind je hier.

• Als de leerlingen maar een kleine hoeveelheid water hebben, kunnen ze zelf een alternatief voor de Secchi-schijf maken. Hiervoor nemen ze een maatcilinder en kleven op de bodem een witte stip. Vervolgens vullen ze de maatcilinder met water, totdat ze de stip niet meer kunnen zien. Ze noteren de hoeveelheid water (ml) of de hoogte van de waterkolom (mm).

• Leerlingen maken een turbiditeitskaart. Dit is een schijfje met 10 verschillende tinten van wit tot bruin. Ze doen een vaste hoeveelheid water in een glas water en kijken op de turbiditeitskaart met welke tint de kleur van het water overeenkomt.

• Leerlingen vullen een glas met een vaste hoeveelheid water. Ze schijnen met een zaklamp door het glas met water en meten de hoeveelheid licht dat erdoor komt, dit wordt gemeten in lux. Hoe meer licht, hoe helderder het water. De hoeveelheid licht kan je met een lux-meter (app).

Reflecteren op het proces

De leerlingen bespreken hun bevindingen:

• Welke materialen werkten het beste en waarom?
• Hoe zou het ontwerp verbeterd kunnen worden?
• Hoe helpt deze techniek in de echte wereld (bijvoorbeeld in waterzuivering)?
• Wat heb je geleerd over filtratie en hoe kan je dit verder onderzoeken?