Rolf Hut leert Natuurkunde-studenten ontwerpen

Nieuws - 19 oktober 2017 - Communication TNW

Een werkende telescoop bouwen, chips maken en met een protonenbundel aan de slag gaan. Bij het nieuwe ontwerpvak voor eerstejaars Design Engineering voor Fysici moeten studenten natuurkunde concreet aan de bak, via een manier van leren die binnen de academische opleidingen (technische) natuurkunde in Nederland uniek is: de Maker Education-filosofie. Het vak start in februari, onder de inspirerende leiding van TU-onderzoeker en maker Rolf Hut.

Impliciet
Een vaardigheid die ingenieurs zou moeten onderscheiden van veel andere academici, is ontwerpen. Voor natuurkundig ingenieurs betreft dit veelal het ontwerpen van high-tech fysische experimenten en apparaten. Maar ontwerpen is traditioneel een vaardigheid die natuurkundig ingenieurs impliciet verwerven, met als resultaat een generatie natuurkundedocenten die hun ontwerpkennis alleen impliciet kan overbrengen. Enkele jaren geleden besloot de faculteit daar iets aan te gaan doen, en ontwerpen tot een expliciet onderdeel van het curriculum voor Technische Natuurkunde te maken. Dit is nu uitgemond in het nieuwe vak Design Engineering voor fysici.

Maker Education
De onderwijsmethode is gebaseerd op de Maker Education-filosofie. ‘Tegenwoordig is maaktechnologie zoveel meer bereikbaar en betaalbaar geworden, dat de ontwerpprocessen zélf veranderen: maken, bijstellen, itereren, en opnieuw maken, vervangt het oude ‘eerst bedenken dan maken’-model’, zegt Rolf Hut, die het nieuwe vak heeft opgezet. Hij gaat het samen met een groot team van begeleiders en gastdocenten geven.

‘Maker Education benut de mogelijkheden van ons huidige tijdperk, denk aan 3D-printing, lasercutting en the internet of things. Maker Education is bovendien een heel andere manier van denken over onderwijs. We nemen het fysieke maken als basis van de lesmethode. Kerngedachte is dat je, door iets te maken, enorm veel kunt leren over de (theoretische) processen die er achter liggen. Op die manier is het dus een prachtige aanvulling op al die fundamentele natuurkundige kennis die de studenten opdoen.’

Uniek
‘Voorheen werd er van studenten ook wel gevraagd om iets te ontwerpen, maar dan alleen op papier, of in een PowerPointpresentatie’, vervolgt Hut. ‘Nu worden ze uitgedaagd om zelf opstellingen en systemen te maken, en daarbij rekening te houden met praktische, technische en financiële randvoorwaarden, life cycle analysis en intellectueel eigendom. Zo leren de studenten gebruik te maken van nieuwe maaktechnologie en krijgen zij ontwerponderwijs dat aansluit bij de hedendaagse hightech-beroepspraktijk.’

‘Het werken met hoofd en handen, waarbij men al doende leert en al lerende doet, is een methode die binnen de opleidingen (technische) natuurkunde in Nederland uniek is.’

Sporen verdiend
Een centrale rol als docent binnen deze leergang is dus weggelegd voor dr. Rolf Hut. In het dagelijks leven is hij onderzoeker en docent bij Civiele Techniek, maar daarnaast heeft hij zijn sporen ook verdiend in de media, vooral als promotor van de Maker Education-gedachte. Hij schreef onder meer boeken, bijvoorbeeld over hoe je een hele leuke technische Sinterklaassurprise maakt, doet mee aan radioprogramma’s en had een vaste column in De Volkskrant. Hut geeft bij Civiele Techniek ook al ontwerpvakken, waarbij sensoren voor watergerelateerde zaken moeten worden gemaakt. ‘Maar dat is een vak voor ongeveer 30 studenten. Design Engineering voor Fysici behelst met zo’n 200 studenten een wat andere organisatie, qua logistiek en begeleiding. Dat was en is nog wel een uitdaging.’

Telescoop
Het nieuwe, verplichte eerstejaars-vak (zwaarte: 6 studiepunten) start op 14 februari. Het bevat zeven opdrachten en een eindopdracht. Er zijn zeven workshops van een hele dag, waarbij de studenten aan het eind van de dag een apparaat of meetopstelling gemaakt moeten hebben.

‘Iedere opdracht bestrijkt een ander onderdeel van de natuurkunde en wordt begeleid en ingeleid door een onderzoeker uit dat deelgebied’, legt Hut uit. ‘De studenten werken samen in groepjes van 3 of 4, afhankelijk van de logistiek en de aard van de opdracht.’

Hut geeft enthousiast een aantal voorbeelden van opdrachten. ‘De studenten moeten bijvoorbeeld een telescoop maken en daarmee de manen van Jupiter fotograferen. En dat is dan aan het eind van de dag ook meteen een harde eis. Als je die manen niet kunt fotograferen, ben je voor dat onderdeel niet geslaagd.’ 

‘De studenten gaan ook aan de slag met het maken van chips en duiken in het fietsonderzoek van Arend Schwab (3mE). Hij deed onderzoek naar welke factoren een fiets stabiel houden als je hem een zetje geeft. Wij gaan daar wat factoren in veranderen, en dan moeten de studenten hun fiets maar weer stabiel zien te krijgen, desnoods met ducttape.’

Protonen en neplichamen
Een andere interessante opdracht heeft te maken met protonentherapie, een relatief nieuwe bestralingsmethode voor patiënten. ‘Een van de factoren daarbij is hoe stil de patiënten bij de bestraling liggen. Hoe stiller, hoe efficiënter de therapie. Maar hoe dat precies getalsmatig in elkaar zit, is nog grotendeels onduidelijk. De studenten gaan daarom met neplichamen onderzoek doen met de protonenbundel van de nieuwe protonenkliniek Holland PTC. Dat is dus een prachtig voorbeeld van een opdracht die echt heel nauw aansluit bij de huidige onderzoekspraktijk, een van onze uitgangspunten bij dit vak.’

In juni zijn de eerste resultaten te zien. De eindbeoordeling van het nieuwe vak is niet alleen gebaseerd op de opdrachten, er is ook een tentamen over ontwerptheorie. De eindopdrachten worden gepresenteerd op een Science Fair. En…er komt volgend jaar ook een tweedejaars-vak.