Пытанне балансу

Будаўнічыя матэрыялы (для кожнай каманды)

Неабходныя матэрыялы

• Драўляныя дзюбелі
• Пластыкавыя міскі або папяровыя шкляначкі
• Провад
• Аплявуха
• Радок
• Чатыры слоікі для кансервавання або невялікія пустыя скрыні 

Выпрабавальныя матэрыялы

• Шкала
• Скрынкі з мармуру, сашчэпкі ці іншыя прадметы, адпаведныя па памеры і форме

матэрыялы

• Шкала
• Скрынкі з мармуру, сашчэпкі ці іншыя прадметы, адпаведныя па памеры і форме

Працэс

Вам трэба будзе вырашыць, які вага мэты/колькасць для кожнай каманды, у залежнасці ад абранага прадмета (мармуру, сашчэпкі) і трываласці папяровых шклянак або іншых матэрыялаў.

Каманды правяраюць свой дызайн, запускаючы сваю сістэму і «запакоўваючы» чатыры прадукты. Назірайце за працэсам упакоўкі, а таксама ўзважце ўсе слоікі, каб пераканацца, што яны набліжаны да мэты ці падлічваюць. Будуць некаторыя адрозненні, але розніца павінна складаць не больш за адзін -два шарыкі, пры ўмове, што вага аднолькавы для кожнага.

Design Challenge

Вы - каманда інжынераў -вытворцаў, якім пастаўлена задача распрацаваць, а затым пабудаваць вытворчую сістэму для пастаяннай вагі або колькасці мармуру ці іншых прадметаў у серыі з чатырох скрынь або слоікаў.

Крытэрыі

• Павінен пастаўляць пастаянную вагу або колькасць шарыкаў у серыю з чатырох скрынь слоікаў

Constraints

• Выкарыстоўвайце толькі прадстаўленыя матэрыялы.

1. Разбіце клас на каманды па 2-3 чалавекі.
2. Раздайце ліст «Пытанне балансу», а таксама некалькі лістоў паперы для эскізавання дызайнаў.
3. Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі".
4. Азнаёмцеся з працэсам інжынернага праектавання, праектаваннем, крытэрыямі, абмежаваннямі і матэрыяламі.
5. Перадайце кожнай камандзе свае матэрыялы.
6. Растлумачце, што студэнты павінны спраектаваць і пабудаваць сістэму для «вырабу» чатырох упаковак (скрынак або слоікаў) з прадуктам (мармуры, сашчэпкі і г.д.) аднолькавай вагі або колькасці. Ідэя заключаецца ў тым, што іх сістэма будзе генераваць паслядоўныя канчатковыя пакеты. Студэнты, магчыма, захочуць распрацаваць пандусы або канвееры, механізмы перакульвання або іншыя метады дастаўкі цукерак да канчатковага пакета.

   Вам трэба будзе вырашыць, які вага мэты/колькасць для кожнай каманды, у залежнасці ад абранага прадмета (мармуру, сашчэпкі) і трываласці папяровых шклянак або іншых матэрыялаў.

   Яны павінны ацаніць дысперсію падліку, якую яны чакаюць ад чатырох слоікаў/скрынак з выкарыстаннем іх вытворчай сістэмы. Якая дапушчальная ці чаканая розніца ў вазе або ліку паміж гэтымі чатырма ўпакоўкамі?

7. Абвясціце колькасць часу, якое яны маюць на праектаванне і будаўніцтва (рэкамендуецца 1 гадзіна).
8. Выкарыстоўвайце таймер або он-лайн секундамер (функцыя зваротнага адліку), каб гарантаваць своечасовае выкананне. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Рэгулярна давайце студэнтам "праверкі часу", каб яны заставаліся на задачы. Калі ім цяжка, задавайце пытанні, якія прывядуць іх да рашэння хутчэй.
9. Студэнты сустракаюцца і распрацоўваюць план сваёй вытворчай сістэмы. Яны дамаўляюцца аб неабходных матэрыялах, пішуць/малююць свой план і прадстаўляюць свой план класу. Каманды могуць абмяжоўваць неабмежаваную колькасць матэрыялаў з іншымі камандамі, каб распрацаваць спіс ідэальных запчастак.
10. Каманды ствараюць свае праекты.
11. Вам трэба будзе вырашыць, які вага мэты/колькасць для кожнай каманды, у залежнасці ад абранага прадмета (мармуру, сашчэпкі) і трываласці папяровых шклянак або іншых матэрыялаў. Каманды правяраюць свой дызайн, запускаючы сваю сістэму і «запакоўваючы» чатыры прадукты. Назірайце за працэсам упакоўкі, а таксама ўзважце ўсе слоікі, каб пераканацца, што яны набліжаны да мэты ці падлічваюць. Будуць некаторыя адрозненні, але розніца павінна складаць не больш за адзін -два шарыкі, пры ўмове, што вага аднолькавы для кожнага.
12. У класе абмяркуйце пытанні разважанняў вучняў.
13. Для атрымання дадатковай інфармацыі па гэтай тэме глядзіце раздзел «Капаць глыбей».

Студэнцкі роздум (інжынерны сшытак)

1. Ці ўдалося вам стварыць вытворчую сістэму? Калі няма, то чаму гэта адбылося?
2. Ці даводзілася вам змяняць свой пісьмовы дызайн, калі вы фактычна будавалі сістэму? Калі так, то якая частка сістэмы патрабуе найбольш змяненняў на этапе будаўніцтва?
3. Ці лічыце вы, што працуючыя інжынеры павінны адаптаваць свае першапачатковыя планы ў працэсе вытворчасці? Чаму яны маглі?
4. Як змянялася фактычная вага або колькасць чатырох «пакетаў»? Як гэты вынік параўнаўся з вашай папярэдняй ацэнкай вытворчасці?
5. Якая частка гэтага працэсу вам спадабалася больш за ўсё? Чаму?
6. Якая ідэя, якую вы бачылі, рэалізаванай у працы іншай каманды, вам падалася найбольш вынаходлівай? Чаму?
7. Вы выявілі, што ў вашым класе было шмат дызайнаў, якія адпавядалі мэты праекта? Што гэта кажа вам аб інжынерных планах?
8. Вы выявілі, што праца ў камандзе зрабіла гэты праект больш паспяховым? Калі няма, то чаму? Калі так, растлумачце.
9. Як вы думаеце, у рэальным вытворчым асяроддзі дызайн «пакета» - скрынкі, слоіка ці мяшка - распрацаваны да, пасля або адначасова з распрацоўкай прадукту? Што мела б для вас большы сэнс? Чаму?

Урок можна прайсці ўсяго за 1 клас для старэйшых школьнікаў. Аднак, каб дапамагчы студэнтам не адчуваць прыспешлівасці і забяспечыць поспех студэнтаў (асабліва для малодшых школьнікаў), падзеліце ўрок на два перыяды, даючы студэнтам больш часу на мазгавы штурм, тэставанне ідэй і дапрацоўку іх дызайну. Правядзіце тэставанне і аналіз у наступны класны час.

Маштаб прыкладанняў
Шалі маюць шмат ужыванняў

Шалі выкарыстоўваюцца ў многіх сферах прымянення - акрамя вызначэння асабістага вагі. Яны з'яўляюцца неад'емнай часткай многіх сістэм, паколькі вага прадуктаў або кампанентаў уплывае на кошт прадуктаў або паслуг. Напрыклад, паштовыя сістэмы ва ўсім свеце засноўваюць кошт дастаўкі на вазе ліста або пакета, які перавозіцца. Бакалейныя крамы і фруктовыя рынкі выкарыстоўваюць шалі, каб вызначыць, што трэба плаціць за садавіну, гародніну, арэхі, збожжа і спецыі. У гэтых прыкладах вага можа так ці інакш знізіцца, не выклікаючы пры гэтым ніякіх цяжкасцяў. Вы можаце атрымаць дадатковы арэх ці два, або ў выніку з дробкай менш спецый без наступстваў.

Машынабудаванне

Для інжынераў -вытворцаў, асабліва ў фармацэўтычнай прамысловасці, вельмі важна, каб вага або прадукты ці кампаненты былі дакладна вымераны перад пакаваннем. Вытворцы лекаў павінны быць упэўненыя, што доза дакладная - блізка недастаткова добра! Бяспека - галоўнае пытанне вытворчасці!

Інжынеры -вытворцы ўдзельнічаюць у працэсе вытворчасці ад планавання да ўпакоўкі гатовай прадукцыі. Яны працуюць з такімі інструментамі, як робаты, праграмуемыя і лікавыя кантролеры і сістэмы бачання для ўдасканалення зборкі, упакоўкі і транспартных сродкаў. Яны даследуюць паток і працэс вытворчасці, шукаючы спосабы ўпарадкаваць вытворчасць, палепшыць паварот і знізіць выдаткі. Адна з мер, на якую яны арыентуюцца, - гэта вага. Часам яны выкарыстоўваюць камеры, каб падлічыць колькасць прадуктаў, якія ўваходзяць у пакет, напрыклад колькасць печыва ў скрынцы, але яны вельмі часта выкарыстоўваюць шалі, каб пераканацца, што абяцаная колькасць цукерак, крупы ці нават пазногцяў дастаўлена ў скрыню. Ёсць шмат вэб -сайтаў, якія паказваюць працуючыя вытворчыя сістэмы - наведайце некаторыя з іх, каб убачыць, як працуюць розныя сістэмы! Напрыклад, кісялі з жэле -жывата заліваюцца ў бункер падчас вытворчага працэсу. Бункер падае іх у сістэму вагаў, якая ўзважвае і раздае дакладную колькасць жэле ў розныя тыпы ўпакоўкі, уключаючы пакеты, скрынкі і слоікі.

Рэкамендуемы літаратура

• Тэхніка і тэхналогія вытворчасці (ISBN: 0131489658)
• Шалі і балансы (ISBN: 0747802270)

Пісьменніцкая дзейнасць

Напішыце эсэ або абзац пра наступствы працэсаў аўтаматызацыі для грамадства.

Прывядзенне ў адпаведнасць з рамкамі навучальных праграм

нататка: Планы ўрокаў гэтай серыі ўзгадняюцца з адным або некалькімі з наступных набораў стандартаў:

• С. Стандарты навуковай адукацыі (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Навуковыя стандарты наступнага пакалення (http://www.nextgenscience.org/)
• Стандарты Міжнароднай тэхналагічнай адукацыйнай асацыяцыі тэхналагічнай пісьменнасці (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• С. Нацыянальны савет настаўнікаў матэматыкі "Прынцыпы і стандарты школьнай матэматыкі" (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Агульныя асноўныя дзяржаўныя стандарты матэматыкі (http://www.corestandards.org/Math)
• Стандарты інфарматыкі K-12 Асацыяцыі настаўнікаў інфарматыкі (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 5-8 класы (10-14 гадоў)

ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
• Разуменне навуковых пошукаў

ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі

У выніку сваёй дзейнасці ва ўсіх вучняў павінна скласціся разуменне

• Рухі і сілы

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка

У выніку дзейнасці ў 5-8 класах усе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання
• Разуменне навукі і тэхнікі

ЗМЕСТ СТАНДАРТ F: Навука ў асабістай і сацыяльнай перспектывах

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Навука і тэхніка ў грамадстве 

Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 9-12 класы (14-18 гадоў)

ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
• Разуменне навуковых пошукаў

ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі

У выніку сваёй дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Рухі і сілы

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання
• Разуменне навукі і тэхнікі

ЗМЕСТ СТАНДАРТ F: Навука ў асабістай і сацыяльнай перспектывах

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Навука і тэхніка ў мясцовых, нацыянальных і глабальных праблемах 

Навуковыя стандарты наступнага пакалення 3-5 класы (узрост 8-11)

Інжынерны дызайн

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• 3-5-ETS1-1. Вызначце простую канструктыўную задачу, якая адлюстроўвае патрэбу ці жаданне, якая ўключае ў сябе зададзеныя крытэрыі поспеху і абмежаванні па матэрыялах, часу або кошту.
• 3-5-ETS1-2.Стварыце і параўнайце некалькі магчымых рашэнняў праблемы, зыходзячы з таго, наколькі кожны з іх можа адпавядаць крытэрам і абмежаванням праблемы.
• 3-5-ETS1-3.Плануйце і правядзіце справядлівыя тэсты, у якіх кантралююцца зменныя і ўлічваюцца кропкі збою, каб вызначыць аспекты мадэлі або прататыпа, якія можна палепшыць. 

Навуковыя стандарты наступнага пакалення 6-8 класы (узрост 11-14)

Інжынерны дызайн

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• MS-ETS1-2 Ацэньвайце канкуруючыя дызайнерскія рашэнні, выкарыстоўваючы сістэматычны працэс, каб вызначыць, наколькі яны адпавядаюць крытэрам і абмежаванням праблемы.

Прынцыпы і стандарты школьнай матэматыкі (узрост ад 6 да 18)

Нумар і стандарт аперацый

• Зразумець лічбы, спосабы прадстаўлення лікаў, адносіны паміж лікамі і сістэмы злічэння
• Бясплатна вылічайце і рабіце разумныя ацэнкі

Стандарт вымярэнняў

• Зразумець вымяральныя атрыбуты аб'ектаў і адзінак, сістэм і працэсаў вымярэння
• Выкарыстоўвайце адпаведныя метады, інструменты і формулы для вызначэння вымярэнняў

Прадстаўленне

• Стварэнне і выкарыстанне ўяўленняў для арганізацыі, запісу і перадачы матэматычных ідэй
• Выкарыстоўвайце ўяўленні для мадэлявання і інтэрпрэтацыі фізічных, сацыяльных і матэматычных з'яў

Агульныя асноўныя дзяржаўныя стандарты для школьнай матэматыкі: змест (узрост 7-10)

Вымярэнне і дадзеныя

• Рашэнне задач, звязаных з вымярэннем і ацэнкай.
• Матэматычны змест.3.MD.A.2Вымярайце і ацэньвайце аб'ёмы вадкасці і масы аб'ектаў, выкарыстоўваючы стандартныя адзінкі грам (г), кілаграмы (кг) і літры (л) .1 Складайце, адымайце, множце або дзяліце, каб вырашыць аднакрокавыя задачы слоў, якія ўключаюць масы або аб'ёмы, якія даюцца ў тых жа адзінках, напрыклад, з дапамогай малюнкаў (напрыклад, шклянкі з вымяральнай шкалай) для адлюстравання праблемы.2

 Стандарты тэхналагічнай пісьменнасці - усе стагоддзі

Прырода тэхнікі

• Стандарт 1: Студэнты выпрацуюць разуменне характарыстык і сферы прымянення тэхналогіі.
• Стандарт 2: Студэнты будуць развіваць разуменне асноўных паняццяў тэхналогіі.
• Стандарт 3: Студэнты будуць развіваць разуменне адносін паміж тэхналогіямі і сувязяў паміж тэхналогіямі і іншымі галінамі даследавання.

дызайн

• Стандарт 9: Студэнты будуць развіваць разуменне інжынернага праектавання.
• Стандарт 10: Студэнты выпрацуюць разуменне ролі ліквідацыі непаладак, даследаванняў і распрацовак, вынаходніцтваў і інавацый і эксперыментаў у вырашэнні праблем.

Здольнасці для тэхналагічнага свету

• Стандарт 12: Студэнты будуць развіваць здольнасці выкарыстоўваць і падтрымліваць тэхналагічныя прадукты і сістэмы.
• Стандарт 13: Студэнты будуць развіваць здольнасці ацэньваць уплыў прадуктаў і сістэм.

Распрацаваны свет

Стандарт 19: Студэнты выпрацуюць разуменне і змогуць выбіраць і выкарыстоўваць тэхналогіі вытворчасці.

Вы - каманда інжынераў -вытворцаў, якім пастаўлена задача распрацаваць, а затым пабудаваць вытворчую сістэму для пастаяннай вагі або колькасці мармуру ці іншых прадметаў у серыі з чатырох скрынь або слоікаў.

Фаза даследавання/падрыхтоўкі

1. Праглядзіце даведачны ліст для студэнтаў. Па магчымасці наведайце некаторыя з віртуальных вэб -сайтаў вытворчасці.

Планаванне ў камандзе

2. Ваш настаўнік забяспечыў вашу каманду некаторымі матэрыяламі, у тым ліку драўлянымі дзюбелямі, пластыкавымі міскамі або папяровымі шклянкамі, дротам, стужкай, ніткай, чатырма банкамі для кансервавання або невялікімі пустымі скрынямі. У вас таксама ёсць вялікая колькасць "прадукту", які можа быць мармурам, сашчэпкамі ці іншымі прадметамі, якія выбраў ваш настаўнік. Ваша задача - распрацаваць сістэму вытворчасці, якая будзе ўзважваць пэўную колькасць прадукту і дастаўляць яго ў чатыры слоікі або скрыні. Вам трэба пераканацца, што вага ці падлік дасягаюць мэты, і што яны адпавядаюць паміж гэтымі чатырма пакетамі.
3. Пачніце са сустрэчы з камандай і ўзгаднення дызайну сістэмы. Будзьце творчыя і атрымлівайце асалоду ад працэсам!
4. Ацаніце адхіленне падліку, якое вы чакаеце ад чатырох слоікаў/скрынак з дапамогай вашай вытворчай сістэмы. Якая дапушчальная ці чаканая розніца ў вазе або ліку паміж гэтымі чатырма ўпакоўкамі?
5. Напішыце або намалюйце свой план у поле ніжэй (або на асобнай паперцы).

Этап будаўніцтва

5. Стварыце сваю вытворчую сістэму.
6. Паглядзіце на сістэмы, створаныя іншымі класнымі камандамі.
7. Запусціце сістэму і запакуйце чатыры прадукты. Ваш настаўнік будзе ўзважваць кожны пакет для вашай каманды, каб вы маглі бачыць, наколькі добра працуе ваша сістэма.
8. Ацаніце вынікі вашых каманд, запоўніце ліст ацэнкі і прадставіце высновы класу.

Выкарыстоўвайце гэты працоўны ліст, каб ацаніць вынікі вашай каманды на ўроку "Збяры вялікае кола":

1. Ці ўдалося вам стварыць вытворчую сістэму? Калі няма, то чаму гэта адбылося?

2. Ці даводзілася вам змяняць свой пісьмовы дызайн, калі вы фактычна будавалі сістэму? Калі так, то якая частка сістэмы патрабуе найбольш змяненняў на этапе будаўніцтва?

3. Ці лічыце вы, што працуючыя інжынеры павінны адаптаваць свае першапачатковыя планы ў працэсе вытворчасці? Чаму яны маглі?

4. Як змянялася фактычная вага або колькасць чатырох «пакетаў»? Як гэты вынік параўнаўся з вашай ацэнкай перад вытворчасцю?

5. Якая частка гэтага працэсу вам спадабалася больш за ўсё? Чаму?

6. Якая ідэя, якую вы бачылі, рэалізаванай у працы іншай каманды, вам падалася найбольш вынаходлівай? Чаму?

7. Вы выявілі, што ў вашым класе было шмат дызайнаў, якія адпавядалі мэты праекта? Што гэта кажа вам аб інжынерных планах?

8. Вы выявілі, што праца ў камандзе зрабіла гэты праект больш паспяховым? Калі няма, то чаму? Калі так, растлумачце.

9. Як вы думаеце, у рэальным вытворчым асяроддзі дызайн «пакета» - скрынкі, слоіка ці мяшка - распрацаваны да, пасля або адначасова з распрацоўкай прадукту? Што мела б для вас большы сэнс? Чаму?