Эскімовы мост

Будаўнічыя матэрыялы (для кожнай каманды)

Неабходныя матэрыялы

• 200 эскімовых палачак
• Драўляны або рамесны клей

Выпрабавальныя матэрыялы

• Вага 5 фунтаў (для малодшых школьнікаў) і 20 фунтаў (для старэйшых школьнікаў)
• (пакеты з цукрам або мукой, 16 унцый. слоікі з ежай, 72 унцыі. бутэлька мыйнага сродкі для бялізны, гіравая нагрузка ці іншая вага)
• 2 крэслы, пісьмовыя сталы або невялікія столікі (дастаткова высокія, каб канструкцыі маглі падвешвацца на 1 фут над падлогай)

матэрыялы

• Вага 5 фунтаў (для малодшых школьнікаў) і 20 фунтаў (для старэйшых школьнікаў)
• (пакеты з цукрам або мукой, 16 унцый. слоікі з ежай, 72 унцыі. бутэлька мыйнага сродкі для бялізны, гіравая нагрузка ці іншая вага)
• 2 крэслы, пісьмовыя сталы або невялікія столікі (дастаткова высокія, каб канструкцыі маглі падвешвацца на 1 фут над падлогай)

Працэс

• Размясціце 2 крэслы або пісьмовыя сталы (плоская паверхня) мінімум на 14 "адзін ад аднаго
• Падвесьце або заляпіце мост на 1 фут над падлогай на вяршыні крэслаў/сталоў
• Пастаўце загадзя вызначаны вага на мост на адну поўную хвіліну
  • У залежнасці ад тыпу абранага вагі, яго можна размясціць зверху канструкцыі або павесіць знізу.
• Мэта праверыць канструкцыі на мінімальную нагрузку. Аднак весела працягваць дадаваць вагу канструкцыі, каб задаволіць крытычную нагрузку, што прывядзе да разбурэння моста! 

Судзіць узоры

• У класе абмяркуйце, што робіць мост эстэтычным
  • Распрацуйце спіс атрыбутаў пры падрыхтоўцы да судзейства
• Далей ацэньце кожную канструкцыю моста з пункту гледжання яе эстэтычнай каштоўнасці
  • Выкарыстоўвайце шкалу 1-5, прычым 1 "зусім не прывабны", а 5 "вельмі прывабны".
• Дайце 1 станоўчы каментар і 1 прапанову па паляпшэнні кожнага дызайну.

Небесны пешаходны мост Лангкаві - Малайзія

• 125 метраў у даўжыню і 1.8 метра ў шырыню
• Распрацаваны як выгнутая дарожка для максімальнага ўражання ад прагляду.
• Створаны з сталі і бетонных панэляў, размешчаных наверсе перавернутай трохкутнай фермы.
• Падвешаны 8 кабелямі з адзіночнага пілона вышынёй 81.5 м і вісіць прыкладна на 100 м над зямлёй.
• Разлічаны на максімальную змяшчальнасць 250 чалавек.

Крыніца: Вікіпэдыя

Пешаходны мост міжнароднага універсітэта Фларыды

Няякасная канструкцыя прывяла да абвалу пешаходнага моста, які будуецца ў ПФР у 2018 г. Інжынеры няправільна разлічылі велічыню нагрузкі, якую канструкцыя можа вытрымаць.

Крыніца: USA Today

Design Challenge

Вы каманда інжынераў, якія працуюць над праектаваннем моста з выкарыстаннем клею і 200 эскімовых палачак або менш. 

Крытэрыі

• Масты павінны ўтрымліваць загадзя вызначаны вага 5 фунтаў або 20 фунтаў. Канструкцыя павінна ахопліваць мінімум 14 цаляў у даўжыню.

Constraints

Можна выкарыстоўваць не больш за 200 эскімовых палачак.

1. Разбіце клас на каманды па 2-4 чалавекі.
2. Раздайце ліст "Дызайн уласнага моста", а таксама некалькі лістоў паперы для эскізавання дызайну.
3. Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі".
4. Азнаёмцеся з працэсам інжынернага праектавання, праектаваннем, крытэрыямі, абмежаваннямі і матэрыяламі. Калі дазваляе час, перад правядзеннем дызайнерскай задачы азнаёмцеся з "Прыкладаннямі ў рэальным свеце".
5. Перад тым, як даручыць студэнтам пачаць мазгавы штурм і накідаць свае праекты, папрасіце іх улічыць наступнае:
   ● Розныя тыпы мастоў
   ● Якія формы мацнейшыя за іншыя?
   ● Колькасць вагі, якую ваш дызайн павінен адпавядаць крытэрам дыяпазону 14 ”
   ● Эстэтыка - будзьце творчымі
   ● Эфектыўнасць - старайцеся не выкарыстоўваць усе палачкі для эскімо
6. Перадайце кожнай камандзе свае матэрыялы.
7. Растлумачце, што вучні павінны распрацаваць мост з эскімо з 200 палачак і клею. Мост павінен утрымліваць загадзя вызначаны вага 5 фунтаў або 20 фунтаў. Канструкцыя павінна ахопліваць мінімум 14 цаляў у даўжыню.
8. Абвясціце колькасць часу, якое яны маюць на праектаванне і будаўніцтва (рэкамендуецца 1 гадзіна).
9. 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.
10. Студэнты сустракаюцца і распрацоўваюць план свайго моста. Яны ўзгадняюць неабходныя матэрыялы, пішуць/малююць свой план і прадстаўляюць свой план класу.
11. Каманды ствараюць свае праекты.
12. Праверце канструкцыі моста, падвесіўшы або прыляпіўшы мост на 1 фут над падлогай на вяршыні крэслаў/сталоў. Пастаўце загадзя вызначаны вага на мост на адну поўную хвіліну.
13. Каманды павінны дакументаваць колькасць вагі, якую можа перамясціць іх мост, і колькасць выкарыстаных палачак для эскімо.
14. У класе абмяркуйце пытанні разважанняў вучняў.
15. Больш падрабязную інфармацыю па гэтай тэме глядзіце ў раздзелах "Прыкладання ў рэальным свеце" і "Капаць глыбей".

Варыяцыі для старэйшых школьнікаў

• Праектуйце і пабудуйце мост з палачак для эскімо і клею, які вытрымае вагу:
  • Два студэнты
  • Трое студэнтаў
• Калі вы паспрабуеце гэты варыянт, памятайце пра бяспеку

Студэнцкі роздум (інжынерны сшытак)

1. Ці ўдалося вам стварыць мост, які ўтрымліваў неабходную вагу цэлую хвіліну? Калі няма, то чаму гэта адбылося?
2. Вы вырашылі перагледзець свой першапачатковы дызайн на этапе будаўніцтва? Чаму?
3. Колькі эскімовых палачак вы выкарысталі? Ці адрознівалася гэтая лічба ад вашага плана? Калі так, то што змянілася?
4. Які быў сярэдні эстэтычны бал вашага моста? Як гэта параўнаецца з астатнімі класамі? Якія элементы дызайну іншых мастоў вам спадабаліся больш за ўсё?
5. Як вы лічыце, ці трэба інжынерам адаптаваць свае першапачатковыя планы падчас пабудовы сістэм або прадуктаў? Чаму яны маглі?
6. Калі б вам давялося паўтараць усё зноўку, як бы змяніўся ваш запланаваны дызайн? Чаму?
7. Якія праекты ці метады вы бачылі, каб іншыя каманды спрабавалі, і вы лічылі, што яны працавалі добра?
8. Як вы думаеце, вам было б лягчэй выканаць гэты праект, калі б вы працавалі ў адзіноце? Растлумачце…
9. Якія кампрамісы, на вашу думку, робяць інжынеры паміж функцыянальнасцю, бяспекай і эстэтыкай, будуючы сапраўдны мост?

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.

• Абатмент: Частка структуры, якая падвяргаецца ціску
• Эстэтычнае: Удзячнасць за выдатны знешні выгляд
• арка: Выгнутая форма. Арачны мост мае форму аркі і, натуральна, трывалы
• Прамень: Доўгі кавалак цяжкай драўніны або сталі, часта ў квадрат, для выкарыстання ў будаўніцтве. Бэлечныя масты - гэта гарызантальныя бэлькі, якія з кожнага канца падтрымліваюцца апорамі.
• кабель: Надзейная вяроўка або металічны ланцужок. Тросавы мост утрымліваецца тросамі.
• Кансоль: Гарызантальныя бэлькі, якія падтрымліваюцца толькі на адным канцы. Кансольныя масты будуюцца з дапамогай кансоляў.
• Constraints: Абмежаванні ў матэрыяле, часе, колькасці каманды і г.д.
• Крытэрыі: Умовы, якім дызайн павінен адпавядаць, напрыклад, яго агульны памер і г.д.
• Крытычная нагрузка: Вага, пры якім будынак або збудаванне выходзяць з ладу
• Інжынеры: Вынаходнікі і рашальнікі праблем свету. Дваццаць пяць асноўных спецыяльнасцей прызнаюцца ў тэхніцы (гл. Інфаграфіку).
• Працэс інжынернага праектавання: Інжынеры -тэхнолагі выкарыстоўваюць для вырашэння праблем.
• Інжынерныя звычкі розуму (EHM): Шэсць унікальных спосабаў, якія думаюць інжынеры.
• Ітэрацыя: Тэст і рэдызайн - адна ітэрацыя. Паўтор (некалькі ітэрацый).
• Нагрузка: Вага або крыніца ціску на аб'ект
• Прататып: Працуе мадэль рашэння, якое будзе тэставацца.
• пралёт: Распаўсюджванне або працягласць паміж апорамі
• падвеска: Завіс у паветры. Падвесныя масты падвешаны да кабеляў і, як правіла, доўгія.
• Стрэс: Ціск або нацяжэнне на матэрыяльны аб'ект

Падключэнне да Інтэрнэту

• Гісторыя моста ў гавані Сіднэя
• Будаўніцтва вялікіх - масты

Рэкамендуемы літаратура

• Масты свету: іх праектаванне і будаўніцтва (ISBN: 0486429954)
• Масты: Дзіўныя структуры для праектавання, стварэння і выпрабаванняў (ISBN: 1885593309)

Пісьменніцкая дзейнасць

Напішыце эсэ ці абзац пра тое, як новыя інжынерныя матэрыялы паўплывалі на праектаванне мастоў за апошняе стагоддзе.

Прывядзенне ў адпаведнасць з рамкамі навучальных праграм

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

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

Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі К-4 класы (ва ўзросце 4-9)

ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны сфарміраваць разуменне

• Уласцівасці прадметаў і матэрыялаў 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка 

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання 
• Разуменне навукі і тэхнікі 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ G: Гісторыя і прырода навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Навука як справа чалавека 

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 

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

• Рызыкі і выгады 
• Навука і тэхніка ў грамадстве 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ G: Гісторыя і прырода навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Гісторыя навукі 

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 

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 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ G: Гісторыя і прырода навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Гістарычныя перспектывы 

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

Рух і стабільнасць: сілы і ўзаемадзеянне

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• 3-PS2-1. Плануйце і правядзіце расследаванне, каб даць доказы ўплыву збалансаваных і неўраўнаважаных сіл на рух аб'екта. 

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-ETS1-1 Вызначце крытэрыі і абмежаванні праблемы праектавання з дастатковай дакладнасцю для забеспячэння паспяховага рашэння з улікам адпаведных навуковых прынцыпаў і патэнцыйнага ўздзеяння на людзей і навакольнае асяроддзе, якія могуць абмежаваць магчымыя рашэнні.
• MS-ETS1-2 Ацэньвайце канкуруючыя дызайнерскія рашэнні, выкарыстоўваючы сістэматычны працэс, каб вызначыць, наколькі яны адпавядаюць крытэрам і абмежаванням праблемы.

Стандарты тэхналагічнай пісьменнасці - усе стагоддзі

Прырода тэхнікі

• Стандарт 1: Студэнты выпрацуюць разуменне характарыстык і сферы прымянення тэхналогіі.

Тэхналогія і грамадства

• Стандарт 4: Студэнты будуць развіваць разуменне культурных, сацыяльных, эканамічных і палітычных эфектаў тэхналогій.
• Стандарт 5: Студэнты выпрацуюць разуменне ўплыву тэхналогій на навакольнае асяроддзе.
• Стандарт 6: Студэнты выпрацуюць разуменне ролі грамадства ў развіцці і выкарыстанні тэхналогій.
• Стандарт 7: Студэнты выпрацуюць разуменне ўплыву тэхналогій на гісторыю.

дызайн

• Стандарт 8: Студэнты будуць развіваць разуменне атрыбутаў дызайну.
• 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 11: Студэнты будуць развіваць здольнасці прымяняць працэс праектавання.

Распрацаваны свет

• Стандарт 20: Студэнты выпрацуюць разуменне і змогуць выбіраць і выкарыстоўваць будаўнічыя тэхналогіі.

Вы з'яўляецеся часткай каманды інжынераў, якім пастаўлена задача распрацаваць мост з да 200 палачак для эскімо і клей. Масты павінны ўтрымліваць пэўны вага (ваш настаўнік вырашыць, якой мэтай стане вага для вашай каманды). Мост павінен займаць не менш за 14 сантыметраў у даўжыню. Але ён павінен быць даўжэйшы за 14 цаляў, таму што, калі ён будзе пабудаваны, ён будзе размешчаны паміж двума крэсламі так, каб ён знаходзіўся прынамсі на адну нагу над падлогай для выпрабавання на вагу. У дадатак да выканання патрабаванняў да канструкцыі і вагі, мост будзе ацэньвацца і па яго эстэтыцы, таму будзьце творчымі! І вам прапануецца выкарыстоўваць найменшую колькасць эскімо для дасягнення сваёй мэты.

стадыя планавання

Сустракайцеся ў камандзе і абмяркуйце праблему, якую трэба вырашыць. Затым распрацуйце і ўзгадніце дызайн вашага моста. Вам трэба будзе вызначыць, колькі эскімовых палачак вы будзеце выкарыстоўваць (да 200) - і крокі, якія вы будзеце рабіць у працэсе вытворчасці. Падумайце, якія ўзоры могуць быць самымі моцнымі ... але вас таксама ацэньваюць па эстэтыцы вашага моста! Намалюйце свой дызайн у поле ніжэй і абавязкова пазначце колькасць палачак, якія вы мяркуеце выкарыстоўваць. Прадстаўце свой дызайн класу. Вы можаце перагледзець план вашых каманд пасля таго, як атрымаеце водгук ад класа.

Этап будаўніцтва

Пабудуйце свой мост. Падчас будаўніцтва вы можаце вырашыць, што вам патрэбныя дадатковыя палачкі (да 200) або што ваш дызайн трэба змяніць. Гэта нармальна - проста зрабіце новы эскіз і перагледзьце спіс матэрыялаў.

Эстэтычнае галасаванне

Кожны студэнт прагаласуе за знешні выгляд кожнага моста. Маштаб 1 - 5 - (1: зусім не прывабны; 2: не прывабны; 3: нейтральны/сярэдні; 4: некалькі прывабны; 5: вельмі прывабны). Гэта колькасць усредняется для атрымання адзнак за кожны мост. Гэты паказчык заснаваны не на тым, наколькі мост можа вытрымаць вагу, а на тым, як ён выглядае.

Фаза тэставання

Кожная каманда правярае свой мост, каб высветліць, ці вытрымлівае ён неабходную вагу хаця б адну поўную хвіліну. Абавязкова паглядзіце выпрабаванні іншых каманд і паглядзіце, як працавалі іх розныя канструкцыі.

Фаза ацэнкі

Ацаніце вынікі вашых каманд, запоўніце ліст ацэнкі і прадставіце высновы класу.

Выкарыстоўвайце гэты ліст, каб ацаніць вынікі вашай каманды:

1) Ці ўдалося вам стварыць мост, які ўтрымліваў неабходную вагу на працягу поўнай хвіліны? Калі няма, то чаму гэта адбылося?

2) Вы вырашылі перагледзець свой першапачатковы дызайн на этапе будаўніцтва? Чаму?

3) Колькі эскімовых палачак вы выкарысталі? Ці адрознівалася гэтая лічба ад вашага плана? Калі так, то што змянілася?

4) Якая была сярэдняя эстэтычная адзнака вашага моста? Як гэта параўналася з астатнімі класамі? Якія элементы дызайну іншых мастоў вам спадабаліся больш за ўсё?

5) Як вы лічыце, ці трэба інжынерам адаптаваць свае першапачатковыя планы пры пабудове сістэм або прадуктаў? Чаму яны маглі?

6) Калі б вам давялося рабіць усё зноўку, як бы змяніўся ваш запланаваны дызайн? Чаму?

7) Якія распрацоўкі ці метады вы бачылі, каб іншыя каманды спрабавалі, і вы лічылі, што яны працавалі добра?

8) Як вы думаеце, калі б вы працавалі ў адзіночку, вам было б лягчэй выканаць гэты праект? Растлумачце ...

9) Як вы думаеце, якія кампрамісы даюць інжынеры паміж функцыянальнасцю, бяспекай і эстэтыкай пры пабудове сапраўднага моста?

• суахілі