De Uitvinders en het Quantum Avontuur

(Dit artikel is eerder verschenen in de NVOX quantum special, april 2025)

De quantumwereld heeft baanbrekende technologieën en fundamenteel inzicht in natuurkunde te bieden. Maar hoe maken we deze wereld toegankelijk voor jongeren én helpen we bètadocenten die quantumconcepten te introduceren? Met deze vraag ontwikkelt De Ontdekfabriek, samen met de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en in opdracht van het Eindhoven Hendrik Casimir Instituut (EHCI), een uniek educatief programma: ‘Het Quantum Avontuur’.

Het Quantum Avontuur brengt quantum tot leven voor jongeren van 10 tot 14 jaar door een spannend avontuur waarin wetenschap, verhalen en praktische opdrachten samenkomen. In het verhaal komt een meisje vast te zitten in de quantumwereld. Haar vrienden helpen haar te ontsnappen. Met dit avontuurlijke programma worden leerlingen spelenderwijs geïntroduceerd in de wereld van superpositie, quantumtunneling en qubits. Maar Het Quantum Avontuur is meer dan alleen een les over wetenschap: het is een verhaal dat nieuwsgierigheid wekt en abstracte natuurkunde tastbaar maakt.

Een spannend verhaal

Centraal in Het Quantum Avontuur staat het verhaal van Amani, een nieuwsgierige middelbare scholier. Tijdens een natuurkunde les verdwijnt ze plotseling in haar laptop, een portal naar de quantumwereld. In deze onwerkelijke wereld wordt ze geconfronteerd met verschijnselen die de logica tarten: muren waar je dwars doorheen kunt lopen, elektronen die zich gedragen als golven en deeltjes, en een mysterieuze quantumcomputer die kennis belooft in ruil voor nieuwsgierigheid. Deze start van het verhaal wordt de leerlingen getoond in film. De personages in de film – Amani en haar vrienden op school – weerspiegelen de doelgroep, waardoor leerlingen zich direct kunnen identificeren met de situatie. Na de filmvertoning worden de leerlingen uitgedaagd om in teams samen te werken aan een reeks puzzels waarin bits, verschillende quantumconcepten en qubits een rol spelen. De combinatie van verhaal en spelvorm biedt leerlingen een structuur waarin abstracte wetenschap begrijpelijk en leuk wordt gemaakt.

Waarom quantum?

Het Eindhoven Hendrik Casimir Instituut, dat dit programma heeft geïnitieerd, speelt een belangrijke rol in het overbruggen van de kloof tussen fundamentele wetenschap en praktische toepassingen. Quantummechanica vormt de basis voor revolutionaire technologieën zoals quantumcomputers, die ingewikkelde analyses mogelijk maken, en quantumcommunicatie, waarmee data onkraakbaar beveiligd kunnen worden. Het EHCI is koploper in het onderzoek naar duurzame technologieën die energie-efficiëntie combineren met de kracht van quantum- en fotonicatoepassingen. Met Het Quantum Avontuur wil EHCI niet alleen jongeren informeren, maar ook een generatie inspireren die straks met deze technologieën zal gaan werken. Hoogleraar Servaas Kokkelmans, wetenschappelijk directeur van het instituut, en zijn collega’s zetten hun kennis in om de quantumconcepten begrijpelijk te maken. Ze hebben een rol in de introductiefilm die leerlingen op toegankelijke wijze meeneemt in de wereld van quantummechanica.

De kracht van hands-on leren

Na het bekijken van de introductiefilm gaan leerlingen in teams aan de slag met praktische opdrachten. Deze hands-on aanpak maakt natuurkundige concepten heel tastbaar. Zo leren de leerlingen bijvoorbeeld over bits in afbeeldingen en muziek. Ze zien iets van superpositie door te experimenteren met modellen van qubits en ze ervaren quantumtunneling door middel van spelopdrachten met kleurenfilters.

Ook basisconcepten, zoals golfeigenschappen en golf-deeltje dualiteit, komen op een speelse manier aan bod in de spellen. De activiteiten zijn erop gericht om verschillende soorten talenten te benutten. Leerlingen die sterk zijn in redeneren en analyseren kunnen hun vaardigheden gebruiken om puzzels op te lossen, terwijl anderen die liever met hun handen werken juist uitblinken in de praktische experimenten. Dat maakt dat dit programma interessant is voor leerlingen van alle middelbare school niveaus inclusief het meer praktisch georiënteerde onderwijs zoals vmbo basis/kader en voor vmbo-tl, havo en vwo.

Een eigen quantumcomputer

Naast het verhaal, de puzzels en het spel gaan de leerlingen ook iets maken. Met leds en spiegeltjes bouwen ze een eigen ‘quantumcomputer’. Deze miniatuur quantumcomputer heeft kenmerken van de echte quantumcomputer die op de TU/e wordt ontwikkeld. Door praktisch met het onderwerp bezig te zijn, wordt de magische quantumcomputer letterlijk tastbaar.

Betrokkenheid van De Ontdekfabriek

Het programma wordt ontwikkeld door het creatieve team van De Ontdekfabriek. Dit science center, gevestigd op voormalig bedrijfsterrein Strijp-S in Eindhoven, heeft jarenlange ervaring in het ontwerpen van educatieve programma’s die wetenschap en technologie combineren met creativiteit, verhalen en spel. Jaarlijks bereikt de Ontdek- fabriek 30.000 kinderen en jongeren, zowel in hun vrije tijd als via schoolprogramma’s. Contextrijk, ontdekkend leren voor primair onderwijs en voortgezet onderwijs. Voor Het Quantum Avontuur schakelde de Ontdekfabriek de hulp in van natuurkundedocent Simon de Groot. Samen bedachten zij manieren om de ongrijpbare quantumwereld om te zetten in interactieve werkvormen die leerlingen kunnen begrijpen, maar vooral ook kunnen voelen en beleven. De film van regisseur Chantal de Jong geeft het programma een voor leerlingen herkenbare context.

Nieuwsgierigheid als motor

Een van de belangrijkste doelen van het programma is het stimuleren van nieuwsgierigheid. Zoals de quantumcomputer in de introductiefilm tegen Amani en haar klasgenoten zegt: “Blijf vragen stellen!” Deze boodschap is een rode draad in het programma. Het verhaal moedigt leerlingen aan om fundamentele vragen te stellen over hoe de wereld werkt – precies zoals wetenschappers dat doen.

In de film wordt deze boodschap versterkt door een verwijzing naar Isaac Newton, die met zijn eenvoudige vraag: “Waarom valt een appel naar de grond?” de basis legde voor onze moderne wetenschap. De film benadrukt dat nieuwsgierigheid, een eigenschap die van nature sterk aanwezig is bij kinderen, de drijvende kracht is achter wetenschappelijke ontdekkingen. Net zoals Newton zich liet leiden door zijn nieuwsgierige aard, worden leerlingen in het programma uitgedaagd om door te vragen, te onderzoeken en te experimenteren.

Met spel en experiment ervaren leerlingen dat het niet erg is om iets niet meteen te begrijpen; juist het blijven zoeken naar antwoorden maakt wetenschap zo krachtig. Het programma legt ook een directe link tussen deze nieuwsgierigheid en concrete toepassingen, zoals de rol van quantumtechnologie in de ontwikkeling van medicijnen. Zo ontdekken leerlingen niet alleen hoe wetenschap werkt, maar ook waarom het relevant is.

De Ontdekfabriek

Het Quantum Avontuur maakt abstracte natuurkunde begrijpelijk en brengt het tot leven door middel van verhalen, spel en praktische opdrachten. Vanaf 2025 kunnen scholen (po en vo) dit programma volgen bij de Ontdekfabriek in Eindhoven. Tegelijkertijd wordt gewerkt aan een variant waarmee vakdocenten het programma in heel Nederland kunnen gebruiken. Voor meer info kunt u terecht bij De Ontdekfabriek.