Inleiding
Quantumcomputers zijn een opkomende technologie waarvan experts verwachten dat deze een grote impact zal hebben op wetenschap en samenleving. Door jongere leerlingen op een eenvoudige manier kennis te laten maken met quantumcomputers, bereid je hen voor op nieuwe manieren van denken en probleemoplossing, en vergroot je hun digitale geletterdheid. Nieuwe concepten zoals qubits en superpositie stimuleren het abstracte en kritische denkvermogen, terwijl ze ook verwonderingen nieuwsgierigheid opwekken. Dit kan interesse in wetenschap entechnologie vergroten en helpen bij het ontwikkelen van computational thinking.
Deze les over quantumcomputers is ontwikkeld voor leerlingen in de bovenbouw van de basisschool en de onderbouw van de middelbare school. Het doel is om hen op een toegankelijke en speelse manier kennis te laten maken met de quantumcomputer. De verschillen tussen klassieke en quantumcomputers worden besproken, evenals belangrijke begrippen zoals bit, qubit en superpositie.
Tijdens de les krijgen leerlingen inzicht in een belangrijk natuurkundig onderzoeksgebied en ontdekken ze hoequantumcomputers de maatschappij in de toekomst kunnen beïnvloeden. Er is geenspecifieke natuurkundige voorkennis vereist, maar leerlingen moeten wel percentages kunnen berekenen. In het eerste deel van de les wordt uitgelegd hoe binaire codes werken. Hierbij kan de leraar rekening houden met de voorkennis van de groep: sommige leerlingen hebben hier al ervaring mee, terwijl anderen het voor het eerst leren. Afhankelijk van het niveau kan de leraar extra ondersteuningbieden waar nodig.
Lesopzet
De les kan op twee verschillende manieren worden ingericht. De leerlingen kunnen de drie opdrachten als onderzoeksopdrachten zelf doorwerken. De andere optie is om leerlingen voor elke opdracht een kort klassikale uitleg te geven. De lessenserie is ontworpen voor twee lesuren van 50 minuten. In de eerste les kan je onderzoek 1 en 2 uitvoeren. In de tweede les gaan leerlingen onderzoeksopdracht 3 uitvoeren.
Manier 1: Onderzoeksopdracht
Bij deze aanpak doorlopen de leerlingen de les zelfstandig. Ze werken individueel of in kleine groepjes aan alle lesonderdelen met behulp van de drie onderzoeksopdrachten. Als docent neem je een coachende rol aan:je ondersteunt de leerlingen wanneer ze vastlopen bij opdrachten of vragen.
Je kunt ervoor kiezen om na elke opdracht de resultaten klassikaal te bespreken. De lessenserie bestaat uit drie kleinere onderzoeken:
- Een korte inleiding over computers. In deze inleiding wordt uitgelegd hoe een klassieke computer rekent met bits.
- Een YouTube filmpje over Hoe werkt een quantumcomputer? van de universiteit van Nederland. Hierin wordt uitgelegd wat een qubit is.
- Een onderzoek waarin leerlingen een tol gebruiken om zelf een qubit te simuleren. Leerlingen zullen hierdoor beter begrijpen wat een qubit is.
Manier 2: Klassikale uitleg
Bij deze aanpak geef je als docent een klassikale inleiding op het onderwerp met behulp van een PowerPoint presentatie. Bij elke dia vind je achtergrondinformatie die je kunt gebruiken bij de uitleg. In de presentatie leg je uit wat binaire codes zijn en hoe je een binaire code omzet in een getal. Na de uitleg bekijk je samen met de klas het YouTube-filmpje Hoe werkt een quantumcomputer?. De leerlingen kunnen hun antwoorden noteren op een bijbehorende invulblad. Pauzeer het filmpje na elk fragment om de antwoorden gezamenlijk te bespreken. De antwoordbladen en de antwoorden op de vragen vind je terug in de docentenhandleiding.
Na het bespreken van het filmpje gaan de leerlingen zelfstandig aan de slag met de laatste onderzoeksopdracht: het maken van een qubit-tol. Dit zijn twee verschillende tollen waarmee ze het gedrag van een qubit simuleren. In de docentenhandleiding vind je benodigde templates, materialen en instructies. Hierin staat ook een begrippenlijst die je kunt doornemen voor je aan de lessen begint.
