Er is in Nederland een duidelijke tendens naar het plaatsen van zonne-energiesystemen in de gebouwde omgeving, in plaats van grote installaties in het landelijk gebied. Onderdeel van deze ambitie is het maximaal benutten van de gehele gebouwschil voor energie-opwekking. In dit project is gericht op transparante dakdelen. Een glazen dak is transparant voor zonlicht en isolerend voor warmte. Daardoor kan de warmtelast in de binnenruimte op warme, zonnige dagen flink oplopen, waardoor ruimtekoeling nodig is. Door gebruik te maken van een semi-transparant, laag-geconcentreerd zonnestroomsysteem, kunnen bovenstaande punten simultaan worden aangepakt. Door gebruik te maken van een lenssysteem in plaats van een regulier transparant bouwdeel, wordt een deel van het zonlicht gefocusseerd naar een kleine collector waarmee lokaal energie opgewekt wordt. Doordat een deel van het licht wordt weggenomen wordt de warmtelast gereduceerd, waardoor minder koeling nodig is. Het resterende deel van het licht blijft beschikbaar voor natuurlijke binnenverlichting. Er is een prototype systeem van 2 m2 ontworpen en vervaardigd waarin deze principes zijn toegepast. Het systeem is te zien in figuur 1a. We zijn hierbij zoveel mogelijk uitgegaan van inkoop extrusieprofielen en andere inkoop onderdelen. Om de zonne-energie collector gedurende de dag en het jaar in de focuslijn van de lens te houden is gebruik gemaakt van een spelingsvrij spindelsysteem, aangedreven door een steppermotor en geregeld door een zonne-volg routine die we in dit project ontwikkeld hebben. Het systeem is in winkelcentrum Overvecht in Utrecht onder het glasdak geplaatst voor een praktijktest in de maanden april – juni 2021. Op basis van de resultaten is bepaald dat het toepassen van speciale silicium zonnecellen die geschikt zijn voor geconcentreerd licht, een betere optie voor dit systeem zijn dan commercieel verkrijgbare, hoogefficiënte ‘triple junctie’ concentrator zonnecellen. Wanneer deze silicium zonnecellen worden toegepast is de bevinding dat het uiteindelijk beoogde product bij een gemiddelde zoninstraling en de dakhelling van winkelcentrum Overvecht een vermogen van ongeveer ongeveer 24,3 W/m2 elektrische energie en 45,8 W/m2 thermische energie heeft. Bij een gunstiger dakhelling zou dit tot een factor 1,4 kunnen toenemen. Een ontwerp voor het uiteindelijk beoogd product is gemaakt en weergegeven in figuur 1b. Op basis van een techno-economische analyse van deze verbeterde versie van het LCPV dak wordt de terugverdientijd onder ideale condities geschat op 8 tot 9 jaar.
Er is behoefte aan mensen die bijdragen leveren aan de ontwikkeling van technische producten en processen. Onderwijs heeft de opdracht de technische geletterdheid van leerlingen te ontwikkelen en te zorgen dat ze zich prettig voelen bij het hanteren van techniek. Deze studie focust op de bijdrage die Mindtools hieraan leveren. Mindtools zijn op ICT gebaseerde leermiddelen die samenwerkend constructivistisch leren en hoger-orde (kritisch en creatief) denken stimuleren. Het begrip Direct Manipulation Environments (DME's), een subklasse van Mindtools, kenmerkt concrete leermiddelen zoals de microwerelden "Lego Mindstorms" en "Techno Logica". Deze microwerelden functioneren op basis van een materieel technisch model dat direct via een computer¬programma bestuurd wordt en taken kan uitvoeren (robots). De leertaak voor de leerling kan zich bewegen op het continuüm van het zelf programmeren van een kant-en-klaar materieel model dat bepaalde taken moet uitvoeren tot en met het zelf bedenken, bouwen en programmeren van een dergelijk model dat een of meer taken kan uitvoeren. Op grond van eerder literatuuronderzoek en een casestudie veronderstellen we dat het educatief toepassen van DME's bijdraagt aan de ontwikkeling van de technische geletterdheid van leerlingen. Hoewel definiëring van technische geletterdheid meer aandacht vraagt, zijn de volgende drie dimensies voor onze analyses bruikbaar gebleken: inhoud (zoals feiten, concepten, voorschriften), praktijk (het handelen, het materiële, doen en realiseren) en de cognitieve dimensie (denkvaardigheden en denkhoudingen). Het is aannemelijk dat door het toepassen van DME's domeinspecifieke concepten en kennis ontwikkeld wordt. Het denken van leerlingen is gekoppeld aan contexten en taken en moet niet geïsoleerd worden bestudeerd. We concentreren ons in deze studie vooral op onderzoek naar de dimensie van de denkvaardigheden en denkhoudingen (het denken van leerlingenduo's bij het oplossen van een probleemtaak) door het analyseren van de verbale interactie op kenmerken van kritisch - en creatief denken. Er is gebruik gemaakt van een Techno Logica leeromgeving bestaande uit een computer met software, een interface, bestuurbare materialen zoals lampjes en motors, en een zelfinstructie handleiding. Twee in complexiteit toenemende probleemtaken, ieder gebaseerd op een kant-en-klaar materieel model (Verkeerslicht en Reuzenrad), zijn gebruikt om de leerlingen besturingen te laten ontwerpen en testen. Dit proces werd op video opgenomen. We veronderstellen dat Techno Logica een bruikbare Mindtool is wanneer werken ermee bijdraagt aan technologische geletterdheid, in de zin dat er sprake is van probleemoplossen en hoger orde denken. Om dit te operationaliseren ontwierpen we een gestructureerd observatie-instrument op basis van het IOWA Integrated Thinking Model en de theorie over denkhoudingen (Costa, 2000). Hiermee werd het voorkomen en de diversiteit van denkvaardigheden en denkhoudingen in de verbale acties en interactie gescoord. Op basis van onze waarnemingen concluderen we dat veel interactie en handelen eerder geduid kan worden als uitingen van denken dan trial and error. Er zijn indicaties dat de leeromgeving en probleemtaken leiden tot ontwikkeling van expertise waardoor een nieuwe (moeilijkere) probleemtaak efficiënter en effectiever opgelost wordt. We vragen we aandacht voor de rol van de docent. We ervaren immers dat nieuwe leermiddelen niet gemakkelijk geadopteerd worden door leerkrachten.
Er wordt een 'state of the art' gegeven van de discussie over het nieuwe leren, de praktijk van het nieuwe leren en de bewijzen voor het nieuwe leren. Het lijkt erop dat momenteel sprake is van een keerpunt in het denken over het nieuwe leren. De discussie had voorheen vooral een ideologisch karakter, terwijl deze nu steeds meer een praktisch en professioneel karakter krijgt. In de scholen lag eerst de nadruk vooral op het proces, nu zien we signalen dat er daarnaast meer aandacht naar het kennisaspect uitgaat. Daarbij staat de vraag centraal welke kennis voor leerlingen belangrijk is om te verwerven in onze moderne (kennis)maatschappij. Deze ontwikkeling juich ik toe en daarom wordt aan het kennisaspect in deze oratie nadrukkelijk aandacht besteed. Het lectoraat heeft als doel om innovatieve scholen te ondersteunen met praktijkgericht onderzoek, aansluitend bij de ontwikkeling van scholen, gekoppeld aan de onderzoeksthema’s. Daarmee wil het lectoraat bijdragen aan de kennisbasis over nieuwe leervormen. Een belangrijke vraag is ook hoe de opleidingen toekomstige leerkrachten op hun nieuwe rollen en taken kunnen voorbereiden.
