Waarom een apart R&D-level?
Als leerlingen in april meteen "een flipperkast" moeten bouwen, verzuipen ze in de complexiteit. Door elk
deelmechanisme eerst klein en los te bouwen (op een plankje of in een schoenendoos-testopstelling) is de
bouwfase daarna vooral integreren van bewezen onderdelen — precies hoe echte productontwikkeling
werkt. Dit is ook hét level van LPD 9-12: onderzoeken → ontwerpen → productieproces → testen.
Wat leren ze in dit level?
Kennis & inzicht
- Hefboomwet en draaipunt: waarom een flipper de bal zo hard raakt LPD 19 LPD 15
- Energieopslag in een veer/elastiek (launcher) LPD 2
- Sensorprincipes vergelijken: mechanisch, optisch, contact LPD 17
- Mens-machine-interface: bedienbaarheid, feedback naar de speler LPD 22
- Helling en dimensies van een speelveld LPD 16
Vaardigheden
- Systematisch meten: veerspanning vs. afstand, tabel + grafiek LPD 3 LPD 13
- Ontwerpen op eisen en beperkingen (kastmaat, budget, printtijd) LPD 9 LPD 10
- Meerdere in- en uitvoerorganen combineren op één Arduino LPD 17
- Score bijhouden met variabelen, events afhandelen LPD 20
- Een technisch dossier opstellen (het bouwplan) LPD 6 LPD 11
De vijf modules, week per week
Week 21 — Module A: de flipper 🏏 15 – 19 feb
- Onderzoek: filmpje van een echte flipper in slow motion. Waar zit het draaipunt? Waarom is de flipper zo gevormd? Hefboomwet: kracht × arm.
- Bouw: 3D-geprinte flipper (ontwerp aangereikt óf zelf getekend in Fusion) op een servo-arm; servo op een testplankje; drukknop → FLIP.
- Tunen: rusthoek en slaghoek instellen, servosnelheid maximaal, reactietijd voelbaar maken. Meting: hoe ver wordt een knikker weggeslagen bij hoek 30°/45°/60°?
- Optionele verdieping voor durvers (en de leerkracht): solenoïde-flipper met MOSFET — zie uitbreidingen onderaan.
Week 22 — Module B: de launcher 🚀 22 – 26 feb
- Concept: plunjer (geprinte pen met veer of elastiek) in een geleidebuis; terugtrekken, loslaten, bal vertrekt. Alternatieve concepten mogen ook: servo-katapult, hellinkje met poortje.
- Het launcher-onderzoek (echte wetenschap): intrekafstand vs. schietafstand — meten in stappen van 1 cm, tabel, grafiek, verband benoemen. Is het recht evenredig? Tot waar?
- Balkeuze onderzoeken: glazen knikker vs. stalen kogel (massa, stuiteren, geleiding → een stalen kogel kan zelf een contact-sensor sluiten!).
Week 23 — Module C: score-sensoren 🎯 1 – 5 mrt
- Drie detectieprincipes bouwen en vergelijken op een testplankje: microswitch met veerdraad (bal duwt hendel in), IR-poortje (bal onderbreekt de straal), contactplaatjes (stalen kogel overbrugt twee folie-strips).
- Vergelijkingstabel: betrouwbaarheid, prijs, moeilijkheid, snelheid — welke kies jij waar op jouw speelveld? (beargumenteren = LPD 5!).
- Software: score-variabele, +10 per trigger, tonen via seriële monitor; ontdenderen ("waarom telt hij soms dubbel?" → wachttijd na trigger).
Week 24 — Module D: show & scorebord ✨ 8 – 12 mrt
- Scorebord: TM1637 4-cijfer display (4 draadjes, mBlock-extensie) of LCD 16×2 I²C. Score live tonen.
- Lichtshow: looplicht van LED's, flits bij score, regenboog-moment bij bonus. Geluid: jingles voor start / punt / game-over met de buzzer.
- Interface-ontwerp: waar komen startknop, flipperknoppen en display zodat een speler zonder uitleg kan spelen? Papieren mock-up op ware grootte (usability-test met een klasgenoot).
- Side quest-koppeling: 📡 Morse-Meester (zelfde LED/buzzer-techniek, ander doel).
Week 25 — Module E: het speelveld-ontwerp 📐 15 – 19 mrt
- Analyse van echte speelvelden: helling 6-8°, flippers onderaan met een gat ertussen (de "drain"), launcher-baan rechts, obstakels bovenaan.
- Fusion: het eigen speelveld op kastmaat (richtmaat ±30 × 42 cm = A3): bal-baan, flipperposities, sensorlocaties, bumperposities, terugloopgoot. Volledig bemaat.
- Materiaal- en onderdelenlijst opstellen bij het ontwerp + printtijd inschatten (past het in de wachtrij?).
- Deze week is bewust ook inhaalruimte voor modules A-D.
BOSS 4 — Flippermodule-demo + bouwvergunning week 26 · 22 – 26 mrt · telt mee voor het paasrapport
Twee onderdelen:
- De demo: een werkende keten op het testplankje — druk op de knop → flipper slaat de bal → sensor telt → display/LED/buzzer reageert. (Launcher optioneel in de keten.)
- De bouwvergunning: het speelveld-ontwerp + materiaallijst wordt in een kort gesprek "vergund" door de leerkracht: is het haalbaar in 9 bouwweken? Is de printtijd realistisch? Te ambitieus → samen afslanken; te mager → uitdaging erbij. Zonder vergunning start de bouw niet.
Beloning: +250 XP tot +350 XP + badge 🧪 Flipper-ingenieur + de officiële 🏗️ bouwvergunning-stempel.
Alternatieven & differentiatie
Basis-pad
Minimaal traject: modules A (flipper) + C (één sensortype) + D (alleen LED's + buzzer, score via seriële monitor). Speelveld-ontwerp op een aangereikt sjabloon met vaste kastmaat. Resultaat is nog steeds een volwaardige (eenvoudigere) flipperkast.
Alternatief eindproduct
Voor leerlingen bij wie de flipper echt niet landt (of als tweede klasproject):
- Interactieve knikkerbaan: zelfde sensoren/LED's/score, zwaartekracht i.p.v. flippers
- Pachinko-bord: verticaal spijkerbord met vangbakjes + score-sensoren — spectaculair en een stuk eenvoudiger mechanisch
- Arcade-drukknopspel (whack-a-mole): reactiespel met 4 knoppen + 4 LED's in eigen kast
Uitbreidingen
- Solenoïde-flipper: échte flipperkracht met een 12 V-solenoïde + MOSFET-module + aparte voeding (alleen onder begeleiding; mooi voor snelle leerlingen én als demo-opstelling)
- Pop-bumper die de bal actief wegduwt (servo of solenoïde)
- Multiball: 2 ballen tegelijk detecteren
- Score naar de laptop sturen (seriële communicatie = LPD 21!)
Materiaal voor dit level
- Per leerling: 1-2 servo's (uit level 3), microswitches (2-3), drukknoppen (arcade-knoppen mogen al!), TM1637-display of LCD, LED's + weerstanden, buzzer, knikkers én een stalen kogel (±17 mm), veer/elastiekjes, testplankje (MDF-rest of stevige doos).
- Per klas: IR-breekbalk-sensoren of IR-paartjes om te vergelijken, aluminiumfolie + koperplakband, schuifmaten, 3D-printers (wachtrij!), warmlijmpistolen.
- Optioneel (uitbreiding): 12 V-solenoïdes + MOSFET-modules + 12 V-adapter — alleen als de leerkracht dit zelf eerst getest heeft.
Zie Materiaal & budget voor prijzen en bestel-tips.
Valkuilen & tips
De servo-flipper voelt "traag"? Klopt — een hobbyservo is trager dan een
echte solenoïde-flipper. Tips: lichte geprinte flipper (weinig vulling), slag van max. 45°, en de bal
niet te zwaar (knikker i.p.v. stalen kogel bij zwakke servo's). Beheer de verwachtingen: het wordt een
tafel-flipperkast, geen café-kast.
Dubbeltellingen bij sensoren frustreren enorm. Behandel ontdenderen
(korte blokkeertijd na elke trigger) klassikaal in week 23 — het komt bij iedereen terug in de eindkast.
Testplankjes bewaren! Alle modules blijven op hun plankje tot de
bouwvergunning rond is. Zo kan een leerling in april een bewezen module gewoon overzetten in de kast.
Vergunningsgesprek = differentiatie-goud. Hier bepaal je per leerling de
haalbare ambitie: de één krijgt een extra bumper opgelegd, de ander een vereenvoudigde launcher. Noteer
de afspraken op het vergunningsformulier — dat is meteen je evaluatie-anker voor level 5.
Voorbereidingschecklist leerkracht
- Basisontwerp flipper + servohouder zelf geprint en getest (1 setje als referentie)
- Knikkers + stalen kogels besteld (verlies incalculeren: 2 per leerling)
- Microswitches, IR-sensoren, displays geteld en getest
- Veren/elastieken voor de launcher + geleidebuizen (of print-ontwerp)
- Bouwvergunning-formulier opgesteld (ontwerp + lijst + afspraken + handtekening)
- Optioneel: solenoïde-demo-opstelling gebouwd en veilig bevonden