Въпрос за баланс
Този урок се фокусира върху използването на везни за теглото и измерването от инженери -производители. Екипите от студенти са изправени пред предизвикателството да разработят система за пълнене на буркани със специфично тегло или брой продукти като мрамори или кламери.
- Научете за производствения инженеринг.
- Научете за производствените системи.
- Научете за теглото на опаковката и консистенцията.
- Научете за работата в екип и работата в групи.
Възрастови нива: 11-18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали
- Дървени дюбели
- Пластмасови купи или хартиени чаши
- Тел
- лента
- Низ
- Четири буркана за консервиране или малки празни кутии
Материали за тестване
- Мащаб
- Кутии с мрамори, кламери или други предмети, съвместими по размер и форма
материали
- Мащаб
- Кутии с мрамори, кламери или други предмети, съвместими по размер и форма
Процес
Ще трябва да решите какво е теглото/броя на целите за всеки отбор, въз основа на избрания от вас елемент (мрамор, кламер) и здравината на хартиените чаши или други използвани материали.
Екипите тестват дизайна си, като стартират своята система и „опаковат“ четири продукта. Гледайте процеса на опаковане и също претеглете всички буркани, за да се уверите, че са близо до целевото тегло или броят. Ще има някои разлики, но разликата не трябва да бъде повече от един или два топчета, като се приеме, че теглото е еднакво за всеки.
Design Challenge
Вие сте екип от производствени инженери, на които е поставено предизвикателството да проектират и след това да изградят производствена система, за да доставят постоянно тегло или брой мрамори или други предмети в серия от четири кутии или буркани.
Критерии
- Трябва да достави постоянно тегло или брой мрамори в серия от четири кутии буркани
Ограничения
- Използвайте само предоставените материали.
- Разбийте класа на екипи от 2-3.
- Раздайте работен лист „Въпрос на баланс“, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“.
- Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите.
- Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците трябва да проектират и изграждат система за „производство“ на четири опаковки (кутии или буркани) с продукт (мрамори, кламери и т.н.) с еднакво тегло или брой. Идеята е, че тяхната система ще генерира последователни крайни пакети. Студентите може да искат да разработят рампи или конвейерни ленти, механизми за преобръщане или други методи за доставка на бонбоните до крайния пакет.
Ще трябва да решите какво е теглото/броя на целите за всеки отбор, въз основа на избрания от вас елемент (мрамор, кламер) и здравината на хартиените чаши или други използвани материали.
Те трябва да изчислят разликата в броя, която очакват да доведе между четирите буркана/кутии, използващи производствената им система. Каква е допустимата или очакваната разлика в теглото или броя между тези четири пакета?
- Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
- Използвайте таймер или онлайн хронометър (функция за обратно броене), за да сте сигурни, че сте навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте на учениците редовни „проверки на времето“, за да останат на задачата. Ако се борят, задавайте въпроси, които ще ги доведат до по -бързо решение.
- Учениците се срещат и разработват план за своята производствена система. Те се договарят за материалите, които ще им трябват, пишат/рисуват своя план и представят плана си на класа. Екипите могат да търгуват неограничени материали с други екипи, за да разработят своя списък с идеални части.
- Екипите изграждат своя дизайн.
- Ще трябва да решите какво е теглото/броя на целите за всеки отбор, въз основа на избрания от вас елемент (мрамор, кламер) и здравината на хартиените чаши или други използвани материали. Екипите тестват дизайна си, като стартират своята система и „опаковат“ четири продукта. Гледайте процеса на опаковане и също претеглете всички буркани, за да се уверите, че са близо до целевото тегло или броят. Ще има някои разлики, но разликата не трябва да бъде повече от един или два топчета, като се приеме, че теглото е еднакво за всеки.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- Успяхте ли да създадете производствена система? Ако не, защо се провали?
- Трябваше ли да правите промени в своя писмен дизайн, когато всъщност изграждахте системата? Ако е така, коя част от системата изисква най -много промени във фазата на изграждане?
- Смятате ли, че работещите инженери трябва да адаптират първоначалните си планове по време на производствения процес? Защо биха могли?
- Как действителното тегло или броят между четирите „пакета“ варира? Как този резултат се сравнява с вашата предварителна оценка?
- Коя част от този процес ви хареса най -много? Защо?
- Каква идея, която видяхте внедрена в работата на друг екип, намерихте за най -изобретателна? Защо?
- Открихте ли, че във вашата класна стая има много дизайни, които отговарят на целта на проекта? Какво ви казва това за инженерните планове?
- Открихте ли, че работата като екип направи този проект по -успешен? Ако не, защо не? Ако е така, обяснете.
- В реална производствена среда мислите ли, че дизайнът на „опаковката“ - кутията, бурканът или торбата - е разработен преди, след или по същото време, когато продуктът е разработен? Какво би имало най -голям смисъл за вас? Защо?
Модификация на времето
Урокът може да бъде направен само за 1 клас за по -големите ученици. Въпреки това, за да помогнете на учениците да не се чувстват прибързани и да осигурят успех на учениците (особено за по -малките ученици), разделете урока на два периода, като дадете на учениците повече време за мозъчна атака, тестване на идеи и финализиране на техния дизайн. Проведете тестването и разбора през следващия учебен период.
Мащабиране на приложения
Везните имат много приложения
Везните се използват в много приложения - извън определянето на личното тегло. Те са неразделна част от много системи, тъй като теглото на продуктите или компонентите влияе върху цената на продуктите или услугите. Например пощенските системи по целия свят базират цената на доставката според теглото на писмото или пакета, който се транспортира. Бакалиите и пазарите на плодове използват везни, за да определят какво да таксуват за плодове, зеленчуци, ядки, зърнени храни и подправки. В тези примери теглото може да е малко по един или друг начин, без да създава затруднения. Може да получите допълнителна ядка или две или да завършите с щипка по -малко подправки без последствия.
Производствено инженерство
За инженерите -производители, особено във фармацевтичната индустрия, е от решаващо значение теглото или продуктите или компонентите да бъдат точно измерени преди опаковането. Производителите на лекарства трябва да са сигурни, че дозата е точна - близостта не е достатъчно добра! Безопасността е най -важното производствено съображение!
Инженерите -производители участват в процеса на производство от планирането до опаковането на готовия продукт. Те работят с инструменти като роботи, програмируеми и цифрови контролери и системи за виждане за фина настройка на съоръженията за сглобяване, опаковане и доставка. Те изследват потока и производствения процес, търсейки начини за рационализиране на производството, подобряване на оборота и намаляване на разходите. Една от мерките, върху които се фокусират, е теглото. Понякога те използват камери, за да преброят броя на продуктите, които влизат в опаковката, като например броя на бисквитките в кутия, но много често използват везни, за да се уверят, че обещаното количество бонбони, зърнени храни или дори нокти е доставено в кутия. Има много уебсайтове, които показват работещи производствени системи - посетете някои от тях, за да видите как работят различните системи! Например желеобразните зърна Jelly Belly се изсипват в бункер по време на техния производствен процес. Бункерът ги подава в система за везна, която претегля и разпределя точното количество желе от зърна в различни видове опаковки, включително торби, кутии и буркани.
Препоръчителна четене
- Производствено инженерство и технологии (ISBN: 0131489658)
- Везни и везни (ISBN: 0747802270)
Писателска дейност
Напишете есе или параграф за последиците от процесите на автоматизация върху обществото.
Привеждане в съответствие с учебните програми
Забележка: Плановете за уроци от тази поредица са съобразени с един или повече от следните набори от стандарти:
- S. Стандарти за научно образование (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Научни стандарти от следващо поколение (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарти на Международната асоциация по технологично образование за технологична грамотност (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Национален съвет на учителите по математика „Принципи и стандарти за училищна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. Общи основни държавни стандарти за математика (http://www.corestandards.org/Math)
- Асоциация на учителите по компютърни науки K-12 Стандарти за компютърни науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ А: Науката като запитване
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности, необходими за извършване на научни изследвания
- Разбиране за научното изследване
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за
- Движения и сили
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейности в 5-8 клас всички ученици трябва да се развиват
- Способности за технологичен дизайн
- Разбиране за науката и технологиите
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ F: Наука в лична и социална перспектива
В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за
- Наука и технологии в обществото
Национални стандарти за научно образование 9-12 клас (на възраст 14-18)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ А: Науката като запитване
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности, необходими за извършване на научни изследвания
- Разбиране за научното изследване
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за
- Движения и сили
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности за технологичен дизайн
- Разбиране за науката и технологиите
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ F: Наука в лична и социална перспектива
В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за
- Наука и технологии в местни, национални и глобални предизвикателства
Научни стандарти от следващо поколение 3-5 степени (на възраст 8-11)
Инжинерен дизайн
Учениците, които демонстрират разбиране, могат:
- 3-5-ETS1-1. Определете прост проблем при проектирането, отразяващ нужда или желание, който включва определени критерии за успех и ограничения върху материалите, времето или разходите.
- 3-5-ETS1-2.Генерирайте и сравнете множество възможни решения на проблем въз основа на това доколко всеки от тях отговаря на критериите и ограниченията на проблема.
- 3-5-ETS1-3. Планирайте и провеждайте справедливи тестове, при които променливите се контролират и точките на повреда се считат за идентифициране на аспекти на модел или прототип, които могат да бъдат подобрени.
Научни стандарти от следващо поколение 6-8 степени (на възраст 11-14)
Инжинерен дизайн
Учениците, които демонстрират разбиране, могат:
- MS-ETS1-2 Оценявайте конкурентни дизайнерски решения, като използвате систематичен процес, за да определите колко добре отговарят на критериите и ограниченията на проблема.
Принципи и стандарти за училищна математика (на възраст 6 - 18)
Брой и операционен стандарт
- Разберете числата, начините за представяне на числата, връзките между числата и числовите системи
- Изчислете плавно и направете разумни оценки
Стандарт за измерване
- Разберете измеримите атрибути на обектите и мерните единици, системи и процеси
- Прилагайте подходящи техники, инструменти и формули за определяне на измерванията
Представителство
- Създавайте и използвайте представи за организиране, записване и предаване на математически идеи
- Използвайте представи за моделиране и интерпретиране на физически, социални и математически явления
Общи основни държавни стандарти за училищна математика: Съдържание (на възраст 7-10)
Измерване и данни
- Решаване на проблеми, включващи измерване и оценка.
- Математическо съдържание.3.MD.A.2Измервайте и оценявайте обемите на течността и масите на обекти, като използвате стандартни единици грамове (g), килограми (kg) и литри (l) .1 Добавете, извадете, умножете или разделете, за да разрешите едноетапни задачи с думи, включващи маси или обеми, които са дадени в едни и същи единици, например, като се използват чертежи (като чаша с измервателна скала) за представяне на проблема.
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Природата на технологиите
- Стандарт 1: Студентите ще развият разбиране за характеристиките и обхвата на технологията.
- Стандарт 2: Студентите ще развият разбиране за основните концепции на технологията.
- Стандарт 3: Студентите ще развият разбиране за връзките между технологиите и връзките между технологиите и други области на обучение.
Дизайн
- Стандарт 9: Студентите ще развият разбиране за инженерния дизайн.
- Стандарт 10: Студентите ще развият разбиране за ролята на отстраняване на неизправности, изследвания и разработки, изобретения и иновации и експериментиране при решаването на проблеми.
Способности за един технологичен свят
- Стандарт 12: Учениците ще развият способности да използват и поддържат технологични продукти и системи.
- Стандарт 13: Учениците ще развият способности за оценка на въздействието на продуктите и системите.
Проектираният свят
Стандарт 19: Студентите ще развият разбиране и ще могат да избират и използват производствени технологии.
Вие сте екип от производствени инженери, на които е поставено предизвикателството да проектират и след това да изградят производствена система, за да доставят постоянно тегло или брой мрамори или други предмети в серия от четири кутии или буркани.
Фаза на проучване/подготовка
- Прегледайте справочния лист на учениците. Ако е възможно, посетете някои от виртуалните уебсайтове за производство.
Планиране като екип
- Вашият екип е снабден с някои материали от вашия учител, включително дървени дюбели, пластмасови купи или хартиени чаши, тел, лента, шнур, четири консервни буркана или малки празни кутии. Имате и голямо количество „продукт“, което може да бъде мрамор, кламер или други предмети, избрани от вашия учител. Вашата работа е да проектирате производствена система, която ще претегли определено количество от продукта и ще го достави в четири буркана или кутии. Трябва да се уверите, че теглото или броят са на целта и че са съвместими между тези четири пакета.
- Започнете, като се срещнете с вашия екип и съгласувате дизайна на системата. Бъдете креативни и се насладете на процеса!
- Оценете отклонението в броя, което очаквате да доведе между четирите буркана/кутии, използващи вашата производствена система. Каква е допустимата или очакваната разлика в теглото или броя между тези четири пакета?
- Напишете или нарисувайте плана си в полето по -долу (или на отделен лист хартия).
|
Строителна фаза
- Изградете вашата производствена система.
- Разгледайте системите, създадени от други класни екипи.
- Стартирайте вашата система и „опаковайте“ четири продукта. Вашият учител ще претегли всеки пакет за вашия екип, за да видите колко добре работи вашата система.
- Оценете резултатите на вашите екипи, попълнете работния лист за оценка и представете констатациите си пред класа.
Използвайте този работен лист, за да оцените резултатите на вашия екип в урока Build a Big Wheel:
- Успяхте ли да създадете производствена система? Ако не, защо се провали?
- Трябваше ли да правите промени в своя писмен дизайн, когато всъщност изграждахте системата? Ако е така, коя част от системата изисква най -много промени във фазата на изграждане?
- Смятате ли, че работещите инженери трябва да адаптират първоначалните си планове по време на производствения процес? Защо биха могли?
- Как действителното тегло или броят между четирите „пакета“ варира? Как този резултат се сравнява с вашата предпроизводствена оценка?
- Коя част от този процес ви хареса най -много? Защо?
- Каква идея, която видяхте внедрена в работата на друг екип, намерихте за най -изобретателна? Защо?
- Открихте ли, че във вашата класна стая има много дизайни, които отговарят на целта на проекта? Какво ви казва това за инженерните планове?
- Открихте ли, че работата като екип направи този проект по -успешен? Ако не, защо не? Ако е така, обяснете.
- В реална производствена среда мислите ли, че дизайнът на „опаковката“ - кутията, бурканът или торбата - е разработен преди, след или по същото време, когато продуктът е разработен? Какво би имало най -голям смисъл за вас? Защо?
Превод на план за уроци