إبداعات المقص

مواد البناء

المواد المطلوبة

• ألواح ألواح الفوم
• شريط لاصق من نوع سكوتش
• صمغ
• عيدان أسنان
• قطع الصندوق

مكونات النموذج

• لوح المقص السفلي
• مجلس المقص العلوي
• رافعة يدوية لتشغيل كليبرز
• جزء من قلم رصاص ليكون بمثابة رمح
• لوح إسفين من الفوم للنهاية حيث تتجمع ألواح المقص (مقطوعة مسبقًا بواسطة المعلم)
• نقطة ارتكاز مزدوجة سميكة لرافعة اليد
• 8 حواف مقص (تمثل حواف قص حقيقية)
• 10 أعواد أسنان لتشكيل نهايات عمود القلم الرصاص

مقدمًا ، يجب على المعلم قطع لوح الرغوة وفقًا للرسم التخطيطي أدناه ، مع تزويد الطلاب بأشكال مقطوعة مسبقًا. يقوم الطلاب بعد ذلك بتجميع الأجزاء الصغيرة إلى الأجزاء الكبيرة المزودة بالغراء. اترك الصمغ ليجف. في اليوم التالي أو فترة الفصل الدراسي ، يجب على الطلاب تجميع نموذج المقص بشريط في نهاية حافة كل من لوحتي المقص السفلي والعلوي. مرر أعواد الأسنان من خلال ثقوب في قلم الرصاص أو ألصقها بالقلم الرصاص.

المواد

• نماذج قص الأظافر

معالجة

• يختبر الطلاب نماذج قص أظافرهم من خلال تشغيلها لمحاكاة قص الأظافر

تصميم التحدي

أنت فريق من المهندسين في مواجهة التحدي المتمثل في بناء نموذج عمل لمجموعة من مقصات الأظافر باستخدام المواد المتوفرة. بمجرد الانتهاء من النموذج الخاص بك ، اختبر تصميمك لمحاكاة قص أظافرك.

بعد ذلك ، سيكون لديك التحدي المتمثل في وضع خطة باستخدام آلات بسيطة لنقل دفتر الهاتف من جانب من الفصل إلى الجانب الآخر دون لمس الكتاب. يجب عليك استخدام آلة بسيطة واحدة على الأقل في الحل الخاص بك ... ولكن يمكنك استخدام ما تشاء.

المعايير

• اتبع التعليمات الموضحة في ورقة عمل الطالب لبناء النموذج

القيود

• استخدم فقط المواد المقدمة

1. قسّم الفصل إلى فرق من 2.
2. وزع ورقة عمل Clipper Creations.
3. ناقش الموضوعات في قسم المفاهيم الأساسية. قم بتمييز أنواع الآلات البسيطة ، مع الانتباه إلى "الرافعة". وجه الطلاب لاستخدام ورقة عمل الطالب كدليل لتجميع نماذج قص أظافرهم.
4. مراجعة عملية التصميم الهندسي وتحدي التصميم والمعايير والقيود والمواد.
5. زود كل فريق بالمواد الخاصة به.
6. اشرح أنه يجب على الطلاب بناء نموذج عمل لمجموعة من مقصات الأظافر.
7. أعلن عن مقدار الوقت الذي يجب أن يبنيه (يوصى بساعة واحدة).
8. استخدم مؤقتًا أو ساعة توقيت على الإنترنت (ميزة العد التنازلي) لضمان مواكبة الوقت. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). امنح الطلاب "فحوصات زمنية" منتظمة حتى يظلوا في المهمة. إذا كانوا يعانون ، اطرح أسئلة ستقودهم إلى حل أسرع.
9. يلتقي الطلاب ويبنون نماذجهم باستخدام الإرشادات والرسوم البيانية الموضحة في ورقة عمل الطالب
10. فرق بناء تصاميمهم.
11. تختبر الفرق تصميماتهم من خلال محاكاة كيفية قيام قاطع الأظافر بقص أظافرهم.
12. بعد الانتهاء من بناء النموذج ، وجه فرق الطلاب إلى وضع خطة باستخدام آلات بسيطة لنقل دفتر الهاتف من جانب واحد من الفصل الدراسي إلى الجانب الآخر دون لمس الكتاب. يجب أن يستخدموا آلة بسيطة واحدة على الأقل في حلهم ... لكن يمكنهم استخدام الكثير كما يحلو لهم. يجب عليهم رسم خطتهم.
13. كالفصل ، ناقش أسئلة تأمل الطالب.
14. لمزيد من المحتوى حول هذا الموضوع ، راجع قسم "التعميق".

انعكاس الطالب (دفتر هندسي)

1. ما هو الجزء الأكثر فاعلية في تصميمك - الجزء الذي يعمل كما هو مخطط له؟
2. ما هو الجزء الأقل فاعلية في تصميمك - الجزء الذي تسبب في أكبر قدر من المتاعب أو الذي لم ينجح كما خططت له؟
3. إذا كان بإمكانك إعادة خطتك الأصلية ، فما الذي ستغيره؟
4. هل تعتقد أنه يتعين على المهندسين التصميم وإعادة التصميم وإعادة التصميم من أجل التوصل إلى أفضل منتج أو عملية؟ أعط مثالاً لمنتج أو عملية تغيرت بمرور الوقت (مثل الهواتف أو الطائرات).

يمكن إجراء الدرس في أقل من فصل دراسي واحد للطلاب الأكبر سنًا. ومع ذلك ، لمساعدة الطلاب على الشعور بالاندفاع ولضمان نجاح الطلاب (خاصة للطلاب الأصغر سنًا) ، قم بتقسيم الدرس إلى فترتين لإعطاء الطلاب مزيدًا من الوقت لطرح الأفكار واختبار الأفكار ووضع اللمسات الأخيرة على تصميمهم. قم بإجراء الاختبار واستخلاص المعلومات في الفصل الدراسي التالي.

مورد المعلم

عادةً ما تهدف الآلات إلى تقليل مقدار القوة المطلوبة لتحريك شيء ما. ولكن في هذه العملية ، يتم زيادة المسافة. من السهل تصور منحدر الكرسي المتحرك مثالاً على هذه العلاقة. بينما يتم تقليل مقدار الجهد والقوة (القوة) ، تزداد المسافة الفعلية بشكل كبير. لذلك ، مقدار العمل الفعلي هو نفسه. في حين أن التطبيق النموذجي للآلات هو تقليل الجهد أو القوة ، إلا أن هناك تطبيقات مهمة للآلات لا تكون فيها هذه ميزة - أي أن القوة لا تقل ، أو يوجد بالفعل انخفاض في الميزة - أي أن القوة تزداد. أفضل مثال على آلة لا تقدم أي ميزة هو بكرة بسيطة أو منفردة. بكرة واحدة فقط تغير اتجاه قوة الجهد. سحب الستارة هو مثال.

كليبرز الأظافر هي مثال على الرافعات. تعمل القوة المؤثرة على مقبض المقص على ضغط شفرات المقص حتى تلمس الشفرات الظفر وتقليمه. في مقص الأظافر ، نقطة الارتكاز هي المفصل المحوري بين جزأي المقص.

مقدمة في الآلات البسيطة

الآلات البسيطة "بسيطة" لأن معظمها يحتوي على جزء متحرك واحد فقط. عندما تضع آلات بسيطة معًا ، تحصل على آلة معقدة ، مثل جزازة العشب ، أو السيارة ، أو حتى ماكينة حلاقة شعر الأنف الكهربائية! تذكر أن الجهاز هو أي جهاز يجعل العمل أسهل. في العلم ، يعني "العمل" تحريك شيء ما. من المهم أن تعرف أنه عند استخدام آلة بسيطة ، فأنت تقوم بالفعل بنفس القدر من العمل - يبدو الأمر أسهل. تقلل الآلة البسيطة من مقدار الجهد اللازم لتحريك شيء ما ، لكن ينتهي بك الأمر بتحريكه مسافة أكبر لإنجاز نفس القدر من العمل. لذا تذكر ، هناك مقايضة للطاقة عند استخدام آلات بسيطة.

عادةً ما تهدف الآلات إلى تقليل مقدار القوة المطلوبة لتحريك شيء ما. ولكن في هذه العملية ، يتم زيادة المسافة. من السهل تصور منحدر الكرسي المتحرك مثالاً على هذه العلاقة. بينما يتم تقليل مقدار الجهد والقوة (القوة) ، تزداد المسافة الفعلية بشكل كبير. لذلك ، مقدار العمل الفعلي هو نفسه. في حين أن التطبيق النموذجي للآلات هو تقليل الجهد أو القوة ، إلا أن هناك تطبيقات مهمة للآلات لا تكون فيها هذه ميزة - أي أن القوة لا تقل ، أو يوجد بالفعل انخفاض في الميزة - أي أن القوة تزداد. أفضل مثال على آلة لا تقدم أي ميزة هو بكرة بسيطة أو منفردة. بكرة واحدة فقط تغير اتجاه قوة الجهد. سحب الستارة هو مثال.

كليبرز الأظافر هي مثال على الرافعات. تعمل القوة المؤثرة على مقبض المقص على ضغط شفرات المقص حتى تلمس الشفرات الظفر وتقليمه. في مقص الأظافر ، نقطة الارتكاز هي المفصل المحوري بين جزأي المقص.

أنواع الآلات البسيطة

هناك أربعة أنواع من الآلات البسيطة التي تشكل الأساس لجميع الآلات الميكانيكية:

رافعة

جرب إزالة الحشيش العنيد حقًا من الأرض. باستخدام يديك فقط ، قد يكون الأمر صعبًا أو مؤلمًا. ومع ذلك ، باستخدام أداة ، مثل مجرفة يدوية ، يجب أن تكسب المعركة. أي أداة تحفر شيئًا مفكوكًا هي رافعة. الرافعة هي ذراع "تدور" (أو تدور) ضد "نقطة ارتكاز" (أو نقطة). فكر في طرف المطرقة المخلب الذي تستخدمه لفك الأظافر. إنها رافعة. إنها ذراع منحنية تستقر على نقطة على سطح ما. عندما تقوم بتدوير الذراع المنحنية ، فإنها ترفع الظفر عن السطح. وهذا عمل شاق! هناك ثلاثة أنواع من الروافع:

• رافعة من الدرجة الأولى - عندما تقع نقطة الارتكاز بين ذراع القوة وذراع الرافعة ، توصف الرافعة بأنها رافعة من الدرجة الأولى. في الواقع ، كثير منا على دراية بهذا النوع من الرافعات. إنه المثال الكلاسيكي الذي يتأرجح - أو مقص أظافر.
• رافعة من الدرجة الثانية - في رافعة الدرجة الثانية ، يقع ذراع الحمل بين نقطة الارتكاز وذراع القوة. ومن الأمثلة الجيدة على هذا النوع من الرافعات عربة اليد.
• رافعة من الدرجة الثالثة - في هذه الفئة من الروافع ، يقع ذراع القوة بين نقطة الارتكاز وذراع التحميل. بسبب هذا الترتيب ، يلزم وجود قوة كبيرة نسبيًا لتحريك الحمل. يقابل ذلك حقيقة أنه من الممكن إنتاج حركة الحمل على مسافة طويلة بحركة صغيرة نسبيًا لذراع القوة. فكر في صنارة صيد!

مستوى مائل

الطائرة هي سطح مستو. على سبيل المثال ، اللوحة الملساء هي طائرة. الآن ، إذا كانت الطائرة مستلقية على الأرض ، فمن غير المحتمل أن تساعدك على القيام بالعمل. ومع ذلك ، عندما يكون هذا المستوى مائلاً أو مائلاً ، يمكن أن يساعدك في تحريك الكائنات عبر المسافات. وهذا عمل! المستوى المائل المشترك هو منحدر. يكون رفع صندوق ثقيل على رصيف التحميل أسهل بكثير إذا قمت بتحريك الصندوق لأعلى منحدر - آلة بسيطة.

إسفين

• بدلاً من استخدام الجانب الأملس للمستوى المائل ، يمكنك أيضًا استخدام الحواف المدببة للقيام بأنواع أخرى من العمل. على سبيل المثال ، يمكنك استخدام الحافة لفصل الأشياء عن بعضها. ثم ، المستوى المائل هو إسفين. إذن ، الإسفين هو في الواقع نوع من المستوى المائل. إن axeblade إسفين. فكر في حافة النصل. إنها حافة سطح مائل أملس. هذا إسفين!

برغي

• الآن ، خذ طائرة مائلة ولفها حول أسطوانة. تصبح حافتها الحادة أداة بسيطة أخرى: المسمار. ضع لولبًا معدنيًا بجانب منحدر وسيكون من الصعب نوعًا ما رؤية أوجه التشابه ، لكن البرغي هو في الواقع مجرد نوع آخر من المستويات المائلة. كيف يساعدك المسمار في القيام بالعمل؟ يساعدك كل منعطف في المسمار المعدني على تحريك قطعة معدنية عبر مساحة خشبية.

العجلة والمحور

العجلة عبارة عن قرص دائري متصل بقضيب مركزي يسمى المحور. عجلة القيادة للسيارة هي عجلة ومحور. القسم الذي نضع أيدينا عليه ونطبق القوة (عزم الدوران) يسمى العجلة ، والتي تدير المحور الأصغر. مفك البراغي هو مثال آخر على العجلة والمحور. يمكن أن يكون فك المسمار الضيق بأيدي عارية أمرًا مستحيلًا. المقبض السميك هو العجلة ، والعمود المعدني هو المحور. كلما كان المقبض أكبر ، كلما قلت القوة اللازمة لتدوير المسمار.

بكرة

بدلاً من المحور ، يمكن للعجلة أيضًا تدوير حبل أو سلك. هذا الاختلاف في العجلة والمحور هو البكرة. في البكرة ، يلتف الحبل حول عجلة. أثناء دوران العجلة ، يتحرك السلك في أي اتجاه. الآن ، قم بتوصيل خطاف بالسلك ، ويمكنك استخدام دوران العجلة لرفع وخفض الأشياء. على سارية العلم ، على سبيل المثال ، يتم ربط حبل ببكرة. على الحبل ، عادة ما يكون هناك خطافان. يدور الحبل حول البكرة ويخفض الخطافات حيث يمكنك تثبيت العلم. بعد ذلك ، قم بتدوير الحبل ويرفع العلم عالياً على العمود.

اقتراحات للقراءة

• صنع عجائب ميكانيكية في الخشب (ISBN: 978-1626548862)
• تجارب علمية باستخدام آلات بسيطة (تجارب علمية) بقلم سالي نانكيفيل أستون ، دوروثي جاكسون (ISBN: 978-0531154458)

النشاط الكتابة

حدد أمثلة لتصميمات أخرى لمقص الأظافر. اكتب مقالًا (أو فقرة حسب العمر) حول كيفية اختلاف التصميمات ، وكيف يمكن أن تؤثر التصميمات المختلفة على وظيفة المقص.

التوافق مع أطر المناهج

ملحوظة: تتوافق جميع خطط الدروس في هذه السلسلة مع معايير تعليم العلوم الوطنية التي تم إنتاجها بواسطة  المجلس الوطني للبحوث وأقرتها الرابطة الوطنية لمعلمي العلوم ، وإذا أمكن ، أيضًا لمعايير الرابطة الدولية لتعليم التكنولوجيا لمحو الأمية التكنولوجية أو المجلس الوطني لمعلمي مبادئ الرياضيات ومعايير الرياضيات المدرسية.

معايير تعليم العلوم الوطنية الصفوف K-4 (من 4 إلى 9 سنوات) 

معيار المحتوى أ: العلم كاستعلام

نتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير

• القدرات اللازمة لعمل البحث العلمي
• فهم البحث العلمي

معيار المحتوى هـ: العلم والتكنولوجيا

نتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير

• قدرات التصميم التكنولوجي

معيار المحتوى F: العلم من منظور شخصي واجتماعي

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• العلم والتكنولوجيا في التحديات المحلية

معيار المحتوى ز: تاريخ وطبيعة العلوم

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• العلم كمسعى بشري

معايير تعليم العلوم الوطنية من الصف الخامس إلى الثامن (من سن 5 إلى 8 عامًا) 

معيار المحتوى أ: العلم كاستعلام

نتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير

• القدرات اللازمة لعمل البحث العلمي
• تفاهمات حول الاستفسار العلمي

معيار المحتوى هـ: العلم والتكنولوجيا

نتيجة للأنشطة في الصفوف 5-8 ، يجب أن يتطور جميع الطلاب

• قدرات التصميم التكنولوجي
• تفاهمات حول العلم والتكنولوجيا

معيار المحتوى F: العلم من منظور شخصي واجتماعي

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• المخاطر والمنافع
• العلم والتكنولوجيا في المجتمع

معيار المحتوى ز: تاريخ وطبيعة العلوم

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• العلم كمسعى بشري
• تاريخ العلوم

معايير تعليم العلوم الوطنية من الصف الخامس إلى الثامن (من سن 9 إلى 12 عامًا)

معيار المحتوى أ: العلم كاستعلام

نتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير

• القدرات اللازمة لعمل البحث العلمي
• تفاهمات حول الاستفسار العلمي

معيار المحتوى هـ: العلم والتكنولوجيا

نتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير

• قدرات التصميم التكنولوجي
• تفاهمات حول العلم والتكنولوجيا 

معيار المحتوى F: العلم من منظور شخصي واجتماعي

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• الصحة الشخصية والمجتمعية
• العلم والتكنولوجيا في التحديات المحلية والوطنية والعالمية

معيار المحتوى ز: تاريخ وطبيعة العلوم

كنتيجة للأنشطة ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهمها

• طبيعة المعرفة العلمية
• وجهات نظر تاريخية

معايير محو الأمية التكنولوجية - جميع الأعمار

طبيعة التكنولوجيا

• المعيار 1: سيطور الطلاب فهمًا لخصائص ونطاق التكنولوجيا.

التكنولوجيا والمجتمع

• المعيار 4: سيطور الطلاب فهمًا للآثار الثقافية والاجتماعية والاقتصادية والسياسية للتكنولوجيا.
• المعيار 6: سيطور الطلاب فهمًا لدور المجتمع في تطوير واستخدام التكنولوجيا.
• المعيار 7: سيطور الطلاب فهمًا لتأثير التكنولوجيا على التاريخ.

تصميم

• المعيار 8: سيطور الطلاب فهمًا لسمات التصميم.
• المعيار 9: سيطور الطلاب فهمًا للتصميم الهندسي.
• المعيار 10: سيطور الطلاب فهمًا لدور استكشاف الأخطاء وإصلاحها والبحث والتطوير والاختراع والابتكار والتجريب في حل المشكلات.

قدرات لعالم تكنولوجي

• المعيار 13: سيطور الطلاب قدراتهم على تقييم تأثير المنتجات والأنظمة. 

العالم المصمم

المعيار 17: سيطور الطلاب فهمًا وسيكونون قادرين على اختيار واستخدام تقنيات المعلومات والاتصالات.

اصنع نموذجًا لمقص الأظافر

قائمة مواد

• مجلس رغوة
• الشريط الاسكتلندي
• المسواك

أجزاء من النموذج

• لوح المقص السفلي
• مجلس المقص العلوي
• رافعة يدوية لتشغيل كليبرز
• جزء من قلم رصاص ليكون بمثابة رمح
• لوح إسفين من الفوم للنهاية حيث تتجمع ألواح المقص (مقطعة مسبقًا بواسطة المعلم)
• نقطة ارتكاز مزدوجة سميكة لرافعة اليد
• 8 حواف مقص (تمثل حواف قص حقيقية)
• 10 أعواد أسنان لتشكيل نهايات عمود القلم الرصاص

تعليمات

اعمل في فرق ، وفحص الرسم التوضيحي التالي ، وقم بتجميع الأجزاء الصغيرة إلى الأجزاء الكبيرة المزودة بالغراء. اترك الصمغ ليجف. بعد ذلك ، قم بتجميع نموذج المقص بشريط عند طرف حافة كل من لوحتي المقص السفلي والعلوي. مرر أعواد الأسنان من خلال ثقوب في قلم الرصاص أو ألصقها بالقلم الرصاص. اختبر كليبرز!

انت المهندس! اعمل في فريق وابتكر خطة باستخدام آلات بسيطة لنقل دفتر الهاتف من جانب من حجرة الدراسة إلى الجانب الآخر دون لمس الكتاب. يجب أن تستخدم جهازًا بسيطًا واحدًا على الأقل في الحل الخاص بك ... ولكن يمكنك استخدام العديد منها إذا أردت.

خطوة واحدة:

ارسم آلة فريقك أو الحل في المربع أدناه.

الخطوة الثانية:

جرب خطة فريقك واكتشف ما إذا كانت تعمل!

أسئلة:

1. ما هو الجزء الأكثر فاعلية في تصميمك - الجزء الذي يعمل كما هو مخطط له؟

2. ما هو الجزء الأقل فاعلية في تصميمك - الجزء الذي تسبب في أكبر قدر من المتاعب أو الذي لم ينجح كما خططت له؟

3. إذا كان بإمكانك إعادة خطتك الأصلية ، فما الذي ستغيره؟

4. هل تعتقد أنه يتعين على المهندسين التصميم وإعادة التصميم وإعادة التصميم من أجل التوصل إلى أفضل منتج أو عملية؟ أعط مثالاً لمنتج أو عملية تغيرت بمرور الوقت (مثل الهواتف أو الطائرات).