Дизайн на дозатора
Този урок изследва как инженерите работят в екип за решаване на проблеми. Студентите работят в екипи, за да разработят нов дизайн за ръчен дозатор за лента, който може лесно да се управлява от човек, който има ограничена сила и използва само една ръка.
- Научете как нуждите на потребителите, материалите, разходите и производствените процеси влияят върху дизайна на ежедневните артикули.
- Научете за процеса на реинженеринг на продукта.
- Научете за патентите и етичните въпроси.
- Научете как инженерните екипи се справят с решаването на проблеми.
- Научете за работата в екип и работата в групи.
Възрастови нива: 11-18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали
- Ролки от целофанова лента
- Картонени листове
- Картонени ролки (хартиени кърпи или тоалетна хартия)
- Алуминиево фолио
- Пластмасова опаковка
- Кламери
- Низ
- Тел
- Лепило
- Popsicle пръчици
Материали за тестване
- Пример за ръчен дозатор за лента
материали
- Пример за ръчен дозатор за лента
Процес
Тествайте дизайна на всеки екип, като накарате екипа да демонстрира как се разпределя лентата. Това трябва да стане с една ръка, като същевременно се преструвате, че имате ограничена сила.
Design Challenge
Вие сте екип от инженери, на който е поставено предизвикателството да проектира ръчен дозатор за лента, който да се използва от лице с ограничена сила и с използване само на една ръка.
Критерии
- Дизайнът трябва да побере някой, който има ограничена сила и използва само една ръка.
- Дизайнът трябва да бъде креативен и различен от съществуващите.
Ограничения
- Използвайте само предоставените материали.
- Екипите могат да търгуват с неограничени материали.
- Разбийте класа на екипи от 2-4.
- Раздайте работния лист на Rubber Band Racers, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“. Покажете на учениците различни примери за дозатори за ленти (мини, ръчни, настолни, за еднократна употреба, многократно зареждане, ниски цени, високи цени). Обсъдете какви са нуждите за всеки дизайн.
- 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 изработят дозатор за лента за хора с ограничена сила и с използване само на една ръка. Насърчете учениците да бъдат креативни в дизайна си, така че новият дозатор да е напълно различен от тези, които се произвеждат в момента.
- 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.
- Преди учениците да започнат мозъчна атака, помолете ги да изберат два дизайна на лентови дозатори и да ги сравнят, като отговорят на следните въпроси като екип:
● Кой дизайн според вас е по -евтин за производство? Защо мислите, че е по -евтино да се направи? (вземете предвид материалите, размера, други фактори)
● Какви са нуждите на по -скъпия дозатор? Какво мислите, че инженерите са мислили за бъдещите потребители най -много? (помислете за естетика, издръжливост, други фактори) - Учениците се срещат и разработват план за своя дозатор за ленти. 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.
- Екипите изграждат своя дизайн.
- Тествайте дизайна на всеки екип, като накарате екипа да демонстрира как се разпределя лентата. Това трябва да стане с една ръка, като същевременно се преструвате, че имате ограничена сила.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- С какви предизвикателства се сблъскахте при изпълнението на вашия работен модел?
- Открихте ли, че трябва да преработите плана си, когато преминавате през фазата на модела? Ако сте го направили, как се промени дизайнът ви?
- Кой дизайн, създаден от друг екип, смятате, че работи най -добре? Защо?
- Въз основа на това, което видяхте, че другите екипи се развиват, мислите ли, че сега бихте могли да създадете още по -добър дизайн? Какви аспекти на други дизайни бихте включили в модела на вашия екип? Защо?
- Открихте ли, че има много начини за решаване на това предизвикателство? Ако е така, какво ви казва това за инженеринга на ежедневните продукти, създадени в реалния живот?
- Смятате ли, че бихте успели да създадете своя нов дизайн, ако не работехте в екип? Какви са предимствата на работата в екип спрямо работата сам?
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.
Подробности за дозатора за лента
Лепкава тема
Замисляли ли сте се за инженерството, което е вложило разработването на прозрачна лента или дозаторите, които използвате, за да я нарежете на използваеми ленти?
Какво е прозрачна лента?
Прозрачна лента или „лепкава лента“, като скоч лента и селотап е на целулозна основа и прозрачна. Залепващата лента е залепваща лента с лепило, използвана за временно или, в някои случаи, за постоянно сцепление между обекти. Залепващата лента, която се залепва само с прилагане на налягане (т.е. без активиране с вода, разтворител или топлина) е известна като чувствителна на натиск лента.
Лепящата лента е изобретена през 1926 г. от Ричард Дрю от 3M. Оригиналната лента беше маскираща лента с хартиена подложка. От това изобретение са произлезли прозрачни и други ленти. Подобно на „Hoover“, използван за означаване на прахосмукачки като цяло, Scotch Tape (в САЩ и други страни, като Аржентина), Sellotape (в Обединеното кралство), Tixo (в Австрия) и Tesa (в Германия) са станали почти обобщени търговски марки, използвани за обозначаване на самозалепващи ленти като цяло.
Но как да го изрежем?
Разработени са много системи за нарязване на прозрачна лента на по -малки, по -използваеми ленти. През историята на лентата е имало стотици дозатори! Някои са по -ефективни от други в различни ситуации.
- 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 (виж 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.
- Прозрачна лента: прозрачна лента на целулозна основа.
Интернет връзки
Препоръчителна четене
Дизайнът на ежедневните неща от Доналд Норман (ISBN: 978-0465050659)
Писателска дейност
Напишете есе или параграф, описващ нуждите, които инженерите са изпълнили при проектирането и преработването на отварачката за консерви - ежедневен артикул с много вариации в цената, структурата, функцията и дизайна. Помислете за патентните и етичните въпроси в работата си.
Привеждане в съответствие с учебните програми
Забележка: Плановете за уроци от тази поредица са съобразени с един или повече от следните набори от стандарти:
- Стандарти за научно образование в САЩ (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Научни стандарти на САЩ 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)
- Принципите и стандартите за училищна математика на Националния съвет на учителите по математика на САЩ (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Американски 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
- Разбиране за научното изследване
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
- Лично здраве
- Рискове и ползи
- Наука и технологии в обществото
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ G: История и природа на науката
В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за
- История на науката
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
- Разбиране за научното изследване
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
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ G: История и природа на науката
В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за
- Исторически перспективи
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.
Научни стандарти от следващо поколение 9-12 степени (на възраст 14-18)
Инжинерен дизайн
Учениците, които демонстрират разбиране, могат:
- HS-ETS1-2. Проектирайте решение на сложен проблем от реалния свят, като го разделите на по-малки, по-управляеми проблеми, които могат да бъдат решени чрез инженерство.
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Природата на технологиите
- Стандарт 3: Студентите ще развият разбиране за връзките между технологиите и връзките между технологиите и други области на обучение.
Технология и общество
- Стандарт 6: Учениците ще развият разбиране за ролята на обществото в развитието и използването на технологиите.
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.
Способности за един технологичен свят
- Стандарт 11: Учениците ще развият способности да прилагат процеса на проектиране.
- Стандарт 13: Учениците ще развият способности за оценка на въздействието на продуктите и системите.
Индустриално инженерство
Компютърно инженерство
Вие сте екип от инженери, който трябва да се справи с предизвикателството да реинженерира ръчния дозатор за целофанова лента, който да се използва от човек с ограничена сила и с използване само на една ръка.
Стъпки на дейност
- Прегледайте различните справочници за ученици.
- Вашият екип е снабден с примери за различни дизайни на целофанови дозатори. Прегледайте ги и определете решенията, които инженерите са взели (цена, издръжливост, дизайн, нужди на потребителите), когато разработват тази вариация на продукта. Попълнете въпросите по -долу:
| Изберете два дизайна на дозатора и ги сравнете, след което отговорете на въпросите по -долу:
а. Кой дизайн според вас е по -евтин за производство? Защо мислите, че е по -евтино да се направи? (вземете предвид материалите, размера, други фактори)
б. Какви са нуждите на по -скъпия дозатор? Какво мислите, че инженерите са мислили за бъдещите потребители най -много? (помислете за естетика, издръжливост, други фактори)
|
- След това вашият екип от „инженери“ трябва да разработи нов дизайн за дозатор, който може да се използва от лице с ограничена сила и с използване само на една ръка. Помислете за нуждите на потребителя и как вашият дизайн може да бъде подобрение на наличното в момента. Помислете за естетиката и етиката да правите само незначителни корекции в патентования дизайн на някой друг.
- Начертайте скица на вашия дизайн на отделна страница, след това изградете работещ модел и представете на класа.
- Докато работният модел на вашия екип ще бъде направен от прости материали за класната стая, посочете от какви материали ще бъде направен крайният ви дозатор.
- Как това би повлияло на производствения процес?
- На каква цена бихте продали този дозатор? Можете ли да го направите за тази цена?
- При препроектирането на продукта какви права има притежателят на патент на оригиналния продукт? Трябва ли да бъдат компенсирани, ако новият ви дизайн се продава добре?
- Оценете/обмислете вашия дизайн и тези, разработени от другите „инженерни“ екипи във вашия клас, като използвате прикачения работен лист.
Използвайте този работен лист, за да оцените различните дизайни, разработени от екипите „инженери“ във вашия клас.
- С какви предизвикателства се сблъскахте при изпълнението на вашия работен модел?
- Открихте ли, че трябва да преработите плана си, когато преминавате през фазата на модела? Ако сте го направили, как се промени дизайнът ви?
- Кой дизайн, създаден от друг екип, смятате, че работи най -добре? Защо?
- Въз основа на това, което видяхте, че другите екипи се развиват, мислите ли, че сега бихте могли да създадете още по -добър дизайн? Какви аспекти на други дизайни бихте включили в модела на вашия екип? Защо?
- Открихте ли, че има много начини за решаване на това предизвикателство? Ако е така, какво ви казва това за инженеринга на ежедневните продукти, създадени в реалния живот?
- Смятате ли, че бихте успели да създадете своя нов дизайн, ако не работехте в екип? Какви са предимствата на работата в екип спрямо работата сам?
