Dramatisch beweegt de student een TL-buis naar een spoel en spontaan begint de buis licht te geven. Trots leggen de groepsgenoten uit dat het magneetveld dat door hun spoel opgewekt wordt sterk genoeg is om het gas in de TL-buis te ioniseren en dus “aan” te gaan. Terwijl ik me verbaas dat het hun gelukt is om alle benodigde energie hiervoor uit een 9 Volt batterij te halen, tikt de volgende student me op mijn schouder.
“Meneer Hut, u heeft toch 50 en niet 49 werkende opstellingen vandaag om te beoordelen.”
Superfijn dat het gelukt is. Ook de laatste groep eerstejaars studenten heeft hun opstelling voor de eindopdracht van ons nieuwe vak "Design Engineering voor Fysici (DEF)” werkend gekregen. Zij hebben een Chladni-plaat gemaakt: een plaat met zand erop die je laat trillen wat dan mooie patronen oplevert. Die patronen tonen aan waar de plaat hard trilt (geen zand) en waar de plaat stil staat (veel zand). De eindopdracht die ik de studenten gegeven heb was simpel om uit te leggen, maar moeilijk om te realiseren: “maak een opstelling die een natuurkundig fenomeen demonstreert”.
Soms zie je pas hoe lang je op reis bent als je stopt om achterom te kijken. Mijn onderwijsreis begon acht jaar geleden. Collega Miriam Coenders vroeg of ik in haar derdejaars vak “Meten aan Water” iets kon vertellen over meetapparatuur gemaakt van consumentenelektronica. Zonder dat we van “maker education” gehoord hadden besloten Miriam en ik om in plaats van een hoorcollege een workshop te geven waarin studenten zelf sensoren gingen maken van huis-, tuin- en keukenmaterialen.
De resultaten waren, zoals ik dat jaar blogde, verbluffend: sensoren van resthout en van LEGO: heerlijk. In de jaren die volgden kreeg men buiten de universiteit ook lucht van dit onderwijs. Ik werd steeds vaker gevraagd om voor docenten in het basis en voortgezet onderwijs te spreken op studiedagen: “hoe doe je dat nou, simpele techniek in je klas?”. Samen met de “maakbare wereld” columns in de Volkskrant groeide ik onbedoeld, maar niet ongewenst, uit tot één van de boegbeelden van de maak-beweging en kreeg de geuzenaam “MacGyver-wetenschapper” van mijn TU Delft collega’s. Ik leerde mede-enthousiastelingen kennen. Onder hen bijvoorbeeld Arjan van der Meij en Per Ivar Kloen die al jarenlang maak-onderwijs op hun middelbare school de Populier in Den Haag geven. Arjan en Per nodigde mij uit op hun bèta-kamp waar ze met 5-VWO leuke bèta dingen doen. Astrid Poot, de filosoof van de maak-beweging, maakt met haar “Lekker Samen Klooien” onder andere klooikoffers en de grote 50-gereedschappen-poster. Biologie docent Marten Hazelaar, collega van Arjan en Per Ivar, die de mooiste les-instructies zelf illustreert en mede-maker van ons “Technische Sinterklaas Surprises” boek werd. Een groep vrienden, en een berg maakprojecten, die ik nooit had zien aankomen toen Miriam me 8 jaar geleden vroeg voor “Meten aan Water”.
Alles kwam, zoals ze in het Engels zeggen, “full circle” toen Koen van Dongen, universitair docent technische natuurkunde aan de TU Delft, vroeg of ik geïnteresseerd was een groot ontwerp-vak voor eerstejaars op te zetten. Natuurkunde! In Delft! Waar ik zelf mijn ingenieurs titel haalde. Terug op mijn oude opleiding. Maar 160 eerstejaars studenten is wat anders dan 30 derdejaars in de workshop van “Meten aan Water”. Op voorwaarde dat ik ondersteund zou worden door een team van docenten en ondersteuners ging ik de uitdaging aan.
Dat studenten fysieke dingen moesten gaan maken in het nieuwe vak stond direct vast. Maar hoe zorgen we ervoor dat studenten ook essentiële ontwerpvaardigheden opdoen terwijl ze aan het maken zijn? We kozen ervoor om het vak op te splitsen in zes workshops van elk een dag lang en één grote eindopdracht. Elke workshop ging over een ander aspect van de natuurkunde en tegelijkertijd over een aspect van ontwerpen. Aan het einde van elke workshop moesten studenten een werkend “ding” gemaakt hebben.
Met Aurèle Adam van de optica-groep binnen natuurkunde maakte de studenten hun eigen telescoop om de manen van Jupiter mee te bekijken. Terwijl ze leerde over vergroting en kleur-afwijking, leerde ze ook over itereren in je ontwerp. Ongeacht hoe goed je berekening is, je gemaakte prototype zal nooit precies werken zoals je wilt en dan moet je net zo lang bijstellen tot je een ontwerp, een ding, gemaakt hebt dat voldoet.
Met Sten Vollebregt van de elektrotechniek faculteit ontwierpen de studenten allemaal een transistor op micrometer schaal. Sten liet vervolgens deze transistoren fabriceren en zo kregen de studenten allemaal hun eigen persoonlijke chip om door te meten. Zo leerden ze dat als fabricage heel duur is, je heel precies moet ontwerpen en controleren voordat je iets laat maken.
Na zes van deze workshop-dagen volgde de eindopdracht: “Maak een opstelling die een zelfgekozen natuurkundig fenomeen demonstreert. De opstelling moet zowel technisch als qua budget na te maken zijn door je natuurkunde docent van afgelopen jaar op de middelbare school”. Die vrijheid in onderwerp is om studenten hun intrinsieke motivatie aan te spreken: dat ze iets gaan maken niet omdat het moet, maar omdat ze het zelf willen. De houvast die we de studenten bieden zit in het proces, niet in de inhoud. We geven duidelijk aan wanneer ze een eerste ontwerp moeten inleveren, wanneer ze hun gewenste materiaal-lijst moeten aanleveren, etc. Verder zijn we er continu om ze op weg te helpen.
En dat leidt dus tot magische TL-buizen en Clahdni platen. Tot slingers, water-warmte-convectie en elektromotoren. Als “examen” organiseerde we een science faire waar de studenten hun opstellingen demonstreerden. Als publiek vroegen we natuurkunde docenten van middelbare scholen om te komen kijken. Het was een feest. Trotse studenten die uitleggen waarom ze twee spoelen in hun elektromotor hebben. Waarom de kortste weg om een heuvel af te rollen niet de snelste is of hoe je met een fietswiel het magnetisch veld van de aarde kan meten.
Ik straalde de hele dag. Achtien- en negentienjarige studenten die trots zijn op wat ze zelf bedacht, uitgezocht, ontworpen en vervolgens gemaakt hebben. Ingenieurs in de dop. Het is het hoogtepunt van een reis waar ik acht jaar geleden aan begon. En het is nog niet het eindpunt. Volgend jaar geef ik weer Design Engineering voor Fysici. We gaan met het hele team evalueren wat er goed werkte (die science faire!) en waar we nog beter kunnen worden. De reis gaat door, maar dit tussenstation was DEFinitief geslaagd.
Het opzetten van Design Engineering voor Fysici was een team effort. Naast de eerdergenoemde co-docent Koen van Dongen hadden we het zeker niet zonder de organisatorische ervaring van Simone de Jong kunnen opzetten. Verder hebben naast Aurèle en Sten ook Raymond Schouten, Arend Schwab en Chris Kleijn een workshop gedraaid. Eric Verschuur en Koen van Dongen bewaakte als co-docenten dat DEF binnen het curriculum van natuurkunde paste. Technisch ondersteuner Diederik La Haye regelde materialen. Opleidingscoördinator Erik Schoorlemmer heeft huzarenstukjes geleverd om een apart vak als DEF tussen de andere vakken een plek te geven. Opleidingsdirecteur Chris Kleijn heeft zijn nek uitgestoken door mij als jonge docent van buiten natuurkunde binnen te halen om een vak in het eerste jaar te laten opzetten. Sander Blom en zijn team aan student assistenten waren de nodige handen, ogen en oren om alles op de workshopdagen soepel te laten lopen. Allen: heel erg bedankt voor deze geweldige reis!