Шківы і сіла

Будаўнічыя матэрыялы (для кожнай каманды)

Неабходныя матэрыялы

• Шпагат/радок
• Два шківы 2 ″ або больш 
• Вага (1 маленькая пластыкавая бутэлька з вадой або содай, напоўненая вадкасцю або пяском)

Рэсурс настаўніка (для аказання дапамогі студэнтам у распрацоўцы шківаў)

• Настройка адзіночнага шківа - кірунак сілы, якую трэба прыкласці, каб падняць бутэльку, супрацьлеглае руху бутэлькі - вы пацягніце ўніз, каб падняць бутэльку. 
  • Крок першы: Прывяжыце адзін шкіў да ручкі дзвярэй, выцяжкі скрыні або нейкага нерухомага прадмета, які вытрымлівае вагу бутэлькі. 
  • Крок другі: Прывяжыце шпагат да горлышка бутэлькі і прапусціце праз шкіў. 
  • Крок трэці: Нацягніце шпагат і заўважце, колькі сілы неабходна, каб падняць бутэльку. Звярніце ўвагу, што кірунак сілы (уніз) процілеглы выніковаму руху бутэлькі (уверх).  
• Налада двух шківаў - Іншы варыянт - наладзіць з дапамогай двух шківаў. Гэты другі шкіў павінен знізіць сілу, неабходную для падняцця бутэлькі на палову. Дадатковыя шківы павінны яшчэ больш знізіць неабходную сілу. 
  • Крок першы: Прывяжыце адзін шкіў да ручкі дзвярэй, выцягвання скрыні або якога -небудзь нерухомага прадмета вытрымаць вагу бутэлькі. 
  • Крок другі: Прыкладзеце горлышок бутэлькі з ніткай да другога шківа. 
  • Крок трэці: Прывяжыце струну да ніжняй частцы верхняга шківа. Намотвайце струну праз ніжні шкіў, а затым назад і вакол кола верхняга шківа, другі раз назад праз кола ніжняга шківа і назад праз кола верхняга шківа. Цяпер струна двойчы наматалася на два шківы. 
  • Крок чацвёрты: Нацягніце за нітку і параўнайце сілу, неабходную для падняцця бутэлькі, з адной сістэмай шківа, апісанай раней.

Design Challenge

Вы - каманда інжынераў, якім пастаўлена задача кіраваць адным шківам для ўздыму кантэйнера.

Крытэрыі 

• Можна выкарыстоўваць толькі 1 шкіў
• Шківы можна прывязваць да ручак дзвярэй, цягачоў для скрынь або іншых устойлівых прадметаў шпагатам/ніткай
• Шпагат/шнурок можна выкарыстоўваць для праходжання шківаў і прывязаных да горлышка бутэлькі.

Constraints

• Выкарыстоўвайце толькі прадстаўленыя матэрыялы

1. Разбіце клас на каманды па 2-4 чалавекі.
2. Раздайце ліст шківаў і сілы, а таксама некалькі лістоў паперы для эскізавання малюнкаў. 
3. Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі".
4. Азнаёмцеся з працэсам інжынернага праектавання, праектаваннем, крытэрыямі, абмежаваннямі і матэрыяламі. 
5. Пакажыце вучням запоўнены кантэйнер і папрасіце іх распрацаваць план падняцця кантэйнера з дапамогай аднаго шківа. Папытаеце вучняў падумаць, у якім кірунку яны будуць цягнуць (або прыкладаць сілу) і як, калі яны выкарыстоўваюць адзін шкіў, гэта кірунак, супрацьлеглы запланаванай працы (пад'ём кантэйнера).
6. Дайце студэнтам час на мазгавы штурм плана. 
7. Папытаеце каманды прадэманстраваць, як яны будуць выкарыстоўваць адзін шкіў для ўздыму кантэйнера. 
8. Папытаеце студэнтаў дадаць у сістэму сваёй каманды яшчэ адзін шкіў і вызначыць, як даданне другога шківа ўплывае на сілу, неабходную для падняцця кантэйнера. Ці патрабуецца меншая сіла для перамяшчэння кантэйнера?
9. Аб'яднайце дзве студэнцкія каманды так, каб цяпер было даступна чатыры шківа. Папрасіце новую, вялікую групу распрацаваць новую сістэму для пад'ёму кантэйнера з выкарыстаннем усіх чатырох шківаў. Каманда павінна прадказаць, што адбудзецца з неабходнай сілай, неабходнай для ўздыму кантэйнера. 
10. У класе абмяркуйце пытанні разважанняў вучняў.
11. Для атрымання дадатковай інфармацыі па гэтай тэме глядзіце раздзел «Капаць глыбей».

Студэнцкі роздум (інжынерны сшытак)

1. Ці чакаеце вы, што сіла, якую прыйдзецца прыкласці для перамяшчэння бутэлькі, зменшыцца? На колькі? 
2. Як вы думаеце, ці дадасць яшчэ дзесяць шківаў? Чаму, ці чаму не?
3. Як вы думаеце, памер шківа ўплывае на тое, колькі сілы неабходна, каб падняць бутэльку? Чаму, ці чаму не?
4. Як вы думаеце, гладкасць вяроўкі або шківа шпагата ўплывае на тое, колькі сілы неабходна, каб падняць бутэльку? Чаму, ці чаму не?
5. Вы выявілі, што вам давядзецца цягнуць вяроўку або шпагат далей, чым больш шківаў вы дадалі ў сваю сістэму?
6. Вы можаце прыдумаць прыклады трох машын, якія ўключаюць сістэмы шківаў?
7. Ці можаце вы думаць аб інжынерных праблемах, якія былі вырашаны з дапамогай шківа або сістэмы шківа?
8. Ці можаце вы знайсці прыклады шківаў у сваёй школе, доме ці грамадстве?

Пашырэнне для студэнтаў старэйшага ўзросту 

Студэнты працуюць у камандах, каб распрацаваць сістэму шківа, якая дазволіла б студэнту вагой 60 фунтаў падняць дарослага, які важыць 180 фунтаў або ў тры разы перавышае вагу студэнта.

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.

• Абмежаванні: абмежаванні з матэрыялам, часам, памерам каманды і г.д.
• Крытэрыі: умовы, якім павінен задавальняць дызайн, напрыклад, агульны памер і г.д.
• Інжынеры: вынаходнікі і вырашальнікі праблем свету. Дваццаць пяць асноўных спецыяльнасцяў прызнаны ў інжынерыі (паглядзець інфаграфіку).
• Працэс інжынернага праектавання: інжынеры-тэхнолагі выкарыстоўваюць для вырашэння праблем. 
• Інжынерныя звычкі розуму (EHM): шэсць унікальных спосабаў мыслення інжынераў.
• Сіла: штурхаць або цягнуць аб'ект, каб надаць яму энергію і прымусіць яго рухацца, спыняць рух або змяніць кірунак.
• Ітэрацыя: тэставанне і рэдызайн - гэта адна ітэрацыя. Паўтор (некалькі паўтораў).
• Прататып: рабочая мадэль рашэння для тэставання.
• Шкіў: круціцца кола з выгнутым выпуклым вобадам, якое замацавана на круку або аснове для ўстойлівасці.

Падключэнне да Інтэрнэту

• Шківы Вікіпедыі

Рэкамендуемы літаратура

• Выкарыстанне шківаў і шасцярні (машыны ўнутры машын) (ISBN: 1410914453)
• Дэвід Маколей працуе па -новаму (ISBN: 0395938473)
• Перасоўванне цяжкіх рэчаў, Ян Адкінс (ISBN: 0937822825)

Пісьменніцкая дзейнасць 

Напішыце сачыненне або абзац з апісаннем таго, як шківы выкарыстоўваюцца ў прыстані або на верфі.

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 Б: Фізічныя навукі

У выніку сваёй дзейнасці ва ўсіх вучняў павінна скласціся разуменне

• Уласцівасці прадметаў і матэрыялаў 
• Размяшчэнне і рух аб'ектаў

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка 

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання 

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 Б: Фізічныя навукі

У выніку сваёй дзейнасці ва ўсіх вучняў павінна скласціся разуменне

• Уласцівасці і змены ўласцівасцей у рэчыве 
• Рухі і сілы 
• Перадача энергіі 

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 
• Гісторыя навукі 

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. 

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)

Рух і стабільнасць: сілы і ўзаемадзеянне

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• MS-PS2-2. Плануйце расследаванне, каб даць доказы таго, што змяненне руху аб'екта залежыць ад сумы сіл на аб'ект і масы аб'екта.

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

Тэхналогія і грамадства

• Стандарт 5: Студэнты выпрацуюць разуменне ўплыву тэхналогій на навакольнае асяроддзе.
• Стандарт 7: Студэнты выпрацуюць разуменне ўплыву тэхналогій на гісторыю.

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 13: Студэнты будуць развіваць здольнасці ацэньваць уплыў прадуктаў і сістэм.

Інжынеры выкарыстоўваюць шківы ва ўсіх відах прымянення. Вось ваша задача - распрацаваць план, які выкарыстоўвае два шківа, каб ажывіць бутэльку соды. Намалюйце свой план у поле ніжэй.

Намалюйце план выкарыстання чатырох шківаў, каб падняць бутэльку з газіроўкай.

пытанні:

1. Ці чакаеце вы, што сіла, якую прыйдзецца прыкласці для перамяшчэння бутэлькі, зменшыцца? На колькі?

2. Як вы думаеце, ці дадасць яшчэ дзесяць шківаў? Чаму, ці чаму не?

3. Як вы думаеце, памер шківа ўплывае на тое, колькі сілы неабходна, каб падняць бутэльку? Чаму, ці чаму не?

4. Як вы думаеце, гладкасць вяроўкі або шківа шпагата ўплывае на тое, колькі сілы неабходна, каб падняць бутэльку? Чаму, ці чаму не?

5. Вы выявілі, што вам давядзецца цягнуць вяроўку або шпагат далей, чым больш шківаў вы дадалі ў сваю сістэму?

6. Вы можаце прыдумаць прыклады трох машын, якія ўключаюць сістэмы шківаў?

7. Ці можаце вы думаць аб інжынерных праблемах, якія былі вырашаны з дапамогай шківа або сістэмы шківа?

8. Ці можаце вы знайсці прыклады шківаў у сваёй школе, доме ці грамадстве?

• арабская
• суахілі