Проектирайте и изградете по -добра чанта за бонбони

Строителни материали (за всеки екип)

Необходими материали

• 8 ”x 12” парчета тънък, пластмасов материал (предлагаме да изрежете или пластмасови художници, изпускащи плат или пластмасова ламарина)
• Скоч и маскираща лента
• канап
• Пастели/маркери

Материали за тестване

• Мащаб
• Мерителни чаши
• Бонбони, блокчета, камъчета, ориз или друг предмет, който да се използва като тегло

материали

• Мащаб
• Мерителни чаши
• Бонбони, блокчета, камъчета, ориз или друг предмет, който да се използва като тегло

Процес

Тествайте силата на дизайна на чантата на всеки екип, като накарате член на екипа да държи торбата за дръжката (ите), докато поставя тежестта в торбата (парче по парче). Целта е да принудите торбата да се провали, като добавите твърде много тегло. След като торбата се повреди, претеглете торбата и съдържанието. Документирайте теглото, което всяка торба е в състояние да понесе, преди да се разпадне, и изчислете обема на торбата за сравнение между екипите. Обемът се изчислява чрез измерване на дължината, ширината и височината на всяка торба. След това, изчислявайки обема = дължина x ширина x височина.  

След това всеки екип ще преработи и изгради втора чанта, след което ще завърши отново процеса на тестване. Целта е втората им чанта да побере повече тегло от първата.

Design Challenge

Вие сте екип от инженери, изправени пред предизвикателството да проектирате и изградите здрава, функционална и атрактивна чанта за побиране на бонбони. Чантата трябва да има дръжка (и). Ще предвидите обема и теглото на чантата.

След като изградите и тествате първата си чанта, ще преработите и изградите втора чанта и ще тествате отново. 

Критерии 

• Чантата трябва да има дръжка (и).
• Обърнете внимание колко привлекателен е дизайнът. 

Ограничения

• Използвайте само предоставените материали. 
• Екипите могат да търгуват с неограничени материали. 

1. Разбийте класа на екипи от по 2.
2. Раздайте работен лист „Проектиране и изграждане на по -добра торба за бонбони“, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни. 
3. Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“. Обсъдете производството на хартиени торби и предоставете няколко примера за дизайн на торби, които да споделите. Помолете учениците да сравнят дизайна на чантата и да познаят кой може да побере най -голям обем и най -голямо тегло.
4. Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите. 
5. Инструктирайте учениците да започнат мозъчна атака и да скицират своите дизайни.
6. Предоставете на всеки екип своите материали.
7. Обяснете, че учениците трябва да разработят здрава, функционална и привлекателна торбичка за бонбони. Чантата трябва да има дръжка и да е проектирана да побере избраните за тестване материали (бонбони, блокчета, камъчета, ориз и др.) Целта е торбата да задържи теглото на колкото се може повече от предметите, преди да се напълни или разпада.
   
   Учениците ще проектират, изграждат и тестват първата си чанта и след това ще преработват, изграждат и тестват втора чанта. Целта е втората им чанта да побере повече тегло от първата.
8. Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
9. 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. 
10. Учениците се срещат и разработват план за торбата си с бонбони. Те се договарят за материалите, които ще им трябват, пишат/рисуват своя план и представят плана си пред класа. Екипите могат да търгуват неограничени материали с други екипи, за да разработят своя списък с идеални части.
11. Екипите изграждат своя дизайн. 
12. Тествайте силата на дизайна на чантата на всеки екип, като накарате член на екипа да държи торбата за дръжката (ите), докато поставя тежестта в торбата (парче по парче). Целта е да принудите торбата да се провали, като добавите твърде много тегло. След като торбата се повреди, претеглете торбата и съдържанието. Документирайте теглото, което всяка торба е в състояние да понесе, преди да се разпадне, и изчислете обема на торбата за сравнение между екипите. Обемът се изчислява чрез измерване на дължината, ширината и височината на всяка торба. След това, изчислявайки обема = дължина x ширина x височина.
    
    След това всеки екип ще преработи и изгради втора чанта, след което ще завърши отново процеса на тестване. Целта е втората им чанта да побере повече тегло от първата.
13. Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
14. За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.

Отражение на ученика (инженерна тетрадка)

1. Когато тествахте своя прототип, какъв беше приблизителният обем на торбата? 
2. Колко тегло понесе чантата ви? 
3. Трябваше ли да препроектирате първоначалния си прототип? Ако да, защо? Какво открихте благодарение на вашия редизайн? Ако не, защо смятате, че вашият прототип работи толкова добре за първи път? 
4. Какво е едно нещо, което ви хареса във вашия дизайн? 
5. Кое е едно нещо, което не ви хареса във вашия дизайн?
6. Какво е едно нещо, което бихте променили във вашия дизайн въз основа на вашия опит?
7. Какви концепции за технология, наука и математика използвахте, когато проектирахте прототипа?

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.

История и изобретатели на хартиени торби 

През годините са създадени разнообразни дизайни за торбички за бонбони. Те са изградени от различни материали (хартия, пластмаса, картон) и са проектирани в различни форми. Жена изобретател от Йорк, МИ, на име Маргарет Найт (1838-1914) е призната за изобретяването на процес за автоматично сгъване и залепване на хартия, за да образува квадратното или правоъгълно дъно на хартиена торба. Като дете Маргарет често проектира или преработва механични части за всичко - от хвърчила до шейни. Когато пораства, първоначално е работила в Columbia Paper Bag Company в Спрингфийлд, Масачузетс. По това време хартиените торби бяха сгънати и залепени подобно на пликове. След работното си време Маргарет започва да проектира машинна част, която автоматично да се сгъва и залепва квадратните или правоъгълни дъна, необходими за хартиените торби. 

Накрая тя измисли дизайн, който смяташе, че ще работи. Тя накара машина от Бостън да създаде железен модел на детайла, за да може да кандидатства за патент за дизайн. Първоначално нейният дизайн е игнориран, тъй като работниците във фабриката се съмняват какво „една жена би знаела за машинния дизайн“. Маргарет Найт наистина получи патент за своята машина през 1870 г., но първо трябваше да премине съдебен процес с мъж на име Чарлз Анан, който се опита да открадне нейния дизайн и сам да патентова машината! Сега Маргарет Найт често се смята за майка на чантата за хранителни стоки. В крайна сметка тя си партнира с човек от Нютон, Масачузетс, и основава компания в Хартфорд, Тексас през 1870 г. със своето изобретение: Eastern Paper Bag Company. Сега машината на Маргарет е изложена в Смитсоновския институт във Вашингтон, окръг Колумбия. Посетете www.smithsonianlegacies.si.edu/objectdescription.cfm?ID=92, за да видите снимка на нейната машина.

• Ограничения: Ограничения с материал, време, размер на екипа и т.н.
• Критерии: Условия, на които дизайнът трябва да отговаря, като общия му размер и др.
• Инженери: изобретатели и решаващи проблеми на света. Двадесет и пет основни специалности са признати в инженерството (вижте инфографиката).
• Процес на инженерно проектиране: Процесните инженери използват за решаване на проблеми. 
• Инженерни навици на ума (EHM): Шест уникални начина, по които инженерите мислят.
• Итерация: Тестването и редизайнът е една итерация. Повторете (многократни итерации).
• Прототип: Работен модел на решението, което ще се тества.
• Обем: количеството пространство, което обектът заема. С други думи, обемът е мярка за размера на обект, точно както височината и ширината са начини за описване на размера.
• Капацитет на теглото: Количеството тегло, което контейнерът може да побере.

Интернет връзки

Проект Водете по пътя
Национален съвет на учителите по математика „Принципи и стандарти за училищна математика

Препоръчителна четене

Margaret Knight: Girl Inventor, от Marlene Targ Brill (Millbrook Press, ISBN: 0761317562)
Опаковъчни прототипи: Основи на дизайна, от Едуард Денисън и Ричард Каутри (Rotovision, ISBN: 2880463890)
50 търговски тайни на великия дизайн: опаковка, от Stafford Cliff (Rockport Publishers, ISBN: 1564968723)

Писателска дейност 

Напишете есе (или параграф), обясняващо как картонената кутия за мляко е проектирана да бъде достатъчно здрава, за да побере течното си съдържание. 

Привеждане в съответствие с учебните програми

Забележка: Всички планове за уроци от тази поредица са подравнени със САЩ Национални стандарти за научно образование (произведено от Национален съвет за научни изследвания и одобрен от Националната асоциация на учителите по естествени науки), и ако е приложимо, към стандартите за технологична грамотност на Международната асоциация по технологично образование и Националните съвети на учителите по математика за принципите и стандартите за училищна математика.

Национални стандарти за научно образование К-4 клас (на възраст 4-9)

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 научните изследвания 

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки

В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за

• Свойства на предмети и материали 

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

• Свойства и промени на свойствата в материята 

Принципи и стандарти за училищна математика (на възраст 6 - 18)

Анализ на данните и стандарти за вероятност 

- Учебните програми от предучилищна градина до 12 клас трябва да позволят на всички ученици да: 

• формулират въпроси, които могат да бъдат адресирани с данни и събират, организират и показват съответните данни, за да отговорят на тях.
• разработват и оценяват изводи и прогнози, които се основават на данни.

Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти

Дизайн

• Стандарт 8: Студентите ще развият разбиране за характеристиките на дизайна.
• 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.