Интерактивна машина Gumball
Този урок се фокусира върху историята на машините за гамболи и потенциалната и кинетичната енергия. Учениците работят в екипи, за да изградят първо слайд за гумени топки, а след това и интерактивна машина за гумени топки.
- Изследвайте потенциала и кинетичната енергия.
- Проектирайте и изградете интерактивна машина за копчета.
- Приложете процеса на инженерно проектиране, за да решите предизвикателството пред дизайна.
Възрастови нива: 10-18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали за двете дейности 2 и 3 (Таблица на възможностите)
- Картонени кутии
- 2 литрови пластмасови бутилки
- Хартиени чаши
- Popsicle пръчици
- Дюбели
- шишчета
- Глина
- Почистващи средства за тръби
- Ножици
- Гумени ленти
- Низ
- Кламери
- Свързващи скоби
- Папки с карти и/или файлове
- Картонени парчета (нарязайте няколко кутии на парчета с различен размер)
- Самозалепваща лента
- 6 'Тръби (тръбен изолатор, разрезан наполовина по дължина) - 1 на екип
- Xacto нож (за учител)
Материали за тестване
- Gumballs (или мрамори за представяне на топчета, ако вашето училище не позволява дъвка)
- Хартиени чаши
- Кошче за отпадъци (за по -малки ученици)
материали
- Gumballs (или мрамори за представяне на топчета, ако вашето училище не позволява дъвка)
- Хартиени чаши
- Кошче за отпадъци (за по -малки деца)
Процес
Дейност 2 - Всеки екип тества дизайна на слайда си, като постави мрамора в горната част на слайда и го остави да се търкаля в чаша. Учениците могат да решат къде да поставят чашата. Учениците трябва да документират дали мраморът е останал на пистата и дали е попаднал в чашата.
Дейност 3 - Всеки екип тества дизайна на машината си за гумени топки, като поставя топката в начална точка в своята машина и й позволява да следва пистата, докато се приземи в чаша. Учениците трябва да демонстрират как работят интерактивният елемент и цикъл (и). Учениците трябва да документират колко време е необходимо, за да премине топката от началната точка до чашата.
За по -малките ученици използвайте кошница за боклук вместо чаши, за да хванете топките.
Дейност 2 - Gumball Slide: Design Challenge
Вие сте екип от инженери, на които е дадено предизвикателството да проектират и изработят пързалка, за да може гумата да пътува възможно най -бързо и да кацне в чаша. Гамболът трябва да остане на писта и да кацне в чаша. Плъзгачът трябва да може да стои самостоятелно (самоносещ се).
Критерии
- Гамбол трябва да остане на „пистата“.
- Гамбол трябва да кацне в чаша. (Къде да поставите купата зависи от вашия екип)
- Плъзгачът трябва да бъде самоносещ (да стои самостоятелно).
Ограничения
- Не можете да натиснете бутона за стартиране.
- Използвайте само предоставените материали.
- Екипите могат да търгуват с неограничени материали.
Дейност 3 - Gumball Machine: Дизайнерско предизвикателство
Вие сте екип от инженери, на които е дадено предизвикателството да проектират и създадат интерактивна машина за гуми, която ще привлече клиентите в магазин за играчки. Машината трябва да има един интерактивен елемент и минимум един цикъл. Машината също трябва да може да стои самостоятелно (самоносеща се) и да бъде възможно най-креативна.
Критерии
- Дръжте копчето на пистата.
- Имайте един интерактивен елемент.
- Имайте минимум 1 цикъл.
- Бъдете самоиздържащи се (застанете сами) и бъдете възможно най-креативни.
Ограничения
- Използвайте само предоставените материали.
- Екипите могат да търгуват с неограничени материали.
- Разбийте класа на екипи от 3-4.
- Раздайте работния лист на Interactive Gumball Machine, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“.
- Дейност 1: Прочетете историята зад машините за копчета и обсъдете като водещ в основното предизвикателство при проектирането. Попитайте учениците какви вендинг машини са виждали преди и какви автомати биха искали да имат в училище или в своя град/град.
- Дейност 2: Слайд „Гамбол“ - Обяснете на учениците, че те ще изследват гравитацията и енергията, когато правят слайда си с гамбол.
- Дейност 3: Машина Gumball - Отделете време да обсъдите какво означава интерактивност или взаимодействие. Помолете учениците да го дефинират и след това дайте няколко примера.
- Взаимодействие- е вид действие, което се случва, когато два или повече обекта имат ефект един върху друг.
- Интерактивни- действащи помежду си.
- Пример: Видеоигри- взаимодействие между потребител и игра. Той е интерактивен, защото изисква от потребителя да участва, за да продължи играта.
- За да накарате учениците да се замислят как тяхната машина за копчета ще бъде интерактивна, можете да покажете снимките по -долу: (Внесете изображения)
- Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите за всяка дейност.
- Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците трябва да изпълнят 3 дейности.
- Дейност 1: Научете историята на машината за бутони.
- Дейност 2: Проектиране и изграждане на пързалка.
- Дейност 3: Проектирайте и изградете интерактивна машина за копчета.
- Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане:
- Дейност 1: История на машината Gumball (1/2 час).
- Дейност 2: Gumball Slide (1 час).
- Дейност 3: Интерактивна машина Gumball (1-2 часа).
- 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 Дейност 2: техния слайд с бутони.
- Екипите изграждат своята пързалка за гуми.
- Всеки екип тества дизайна на слайда си, като постави мрамора в горната част на слайда и го остави да се търкаля в чаша. Учениците могат да решат къде да поставят чашата. Учениците трябва да документират дали мраморът е останал на пистата и дали е попаднал в чашата.
- Проведете дискусия в клас, като използвате следните въпроси:
- Какво кара буталото да започне да се движи надолу по пързалката? (Земно притегляне)
- Какъв вид енергия има буталото, преди да го пуснете? (Потенциална енергия)
- Какъв вид енергия има гамболът, след като го пуснете? (Кинетична енергия)
- Къде ще намерите най -голямо количество потенциална енергия? Защо? (Горната част на слайда, тъй като е най -високата точка на слайда, PE = mgh)
- Къде ще намерите най -голямо количество кинетична енергия? Защо? (В долната част на слайда, защото тампонът ще се движи най -бързо там, KE = 1/2mv2)
- Работи ли гамбалът? Защо? (Да, има сила, действаща върху него и се движи на разстояние надолу по пързалката, W = fd)
- Как успяхте да вървите по -бързо надолу по пързалката? (Увеличете наклона на пързалката или дължината или и двете.)
- Къде ще поставите чашата си, за да може качулката да кацне в нея? (Това ще бъде различно за всеки отбор.)
- Защо гамбалът иска да продължи? (Импулс)
- Как бихте могли да забавите гамбола? (Въвеждане на триене)
- Учениците се срещат и разработват план за Дейност 3: тяхната интерактивна машина за копчета.
- Екипите изграждат своята интерактивна машина за копчета.
- Всеки екип тества дизайна на машината си за гамболи, като поставя бутончето в начална точка в своята машина и му позволява да следва пистата, докато се приземи в чаша. Учениците трябва да демонстрират как работят интерактивният елемент и цикъл (и). Учениците трябва да документират колко време е необходимо, за да премине топката от началната точка до чашата. За по -малките ученици използвайте кошница за боклук вместо чаши, за да хванете топките.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- Какво мина добре?
- Какво не се получи добре?
- Кой е любимият ви елемент от вашата интерактивна машина за копчета?
- Ако имате време да преработите отново, какви промени бихте направили?
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.
- Ускорение: Скоростта, с която обект променя скоростта си. Обект се ускорява, ако променя скоростта или посоката си. Обект се ускорява, ако променя скоростта си (ускорява или забавя).
- 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.
- Енергия: Способността за извършване на работа. Вие работите, когато използвате сила (бутане или дърпане), за да предизвикате движение.
- 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.
- Сила: Бутане или дърпане върху обект в резултат на взаимодействие на обект с друг обект.
- Триене: сила, която се противопоставя на движение на обект.
- Гравитация: Силата на привличане, чрез която обектите са склонни да падат към центъра на земята.
- Взаимодействие: Вид действие, което се случва, когато два или повече обекта влияят един върху друг.
- Интерактивно: Действайки един с друг.
- Кинетична енергия: Енергия на движение. Всички движещи се обекти имат кинетична енергия. Количеството кинетична енергия зависи от масата и скоростта на обекта. Формулата за кинетичната енергия е KE=1/2mv2. [m = маса на обекта, v = скорост на обекта]
- Итерация: Тестването и редизайнът е една итерация. Повторете (многократни итерации).
- Маса: количеството материя в тялото.
- Движение: Промяна в позицията на тялото по отношение на времето, измерена от конкретен наблюдател в референтна система.
- Потенциална енергия: Енергия на позицията. Количеството потенциална енергия зависи от масата и височината на обекта. Формулата за потенциална енергия е PE=mgh. [m = маса на обекта, g = ускорение поради гравитацията (9.8 m/s2), h = височина на обекта]
- Прототип: Работен модел на решението, което ще се тества.
- Скорост: колко бързо се движи обект.
- Скорост: Скоростта, с която обект променя позицията си. Импулс: маса в движение. Количеството импулс зависи от това колко неща се движат и колко бързо се движат.
- Тегло: Силата на гравитационното привличане на земята върху тялото.
- Работа: Принудително въздействие върху обект, за да го преместите на разстояние. Формулата за работа е W = fd. [f= сила, приложена към обекта, d = преместване на обекта].
Препоръчителна четене
- Вендинг машини: Американска социална история (ISBN: 978-0786413690) Вендинг машини (ISBN: 978-0981960012)
Писателска дейност
- Накарайте учениците да напишат кратки истории за „ден от живота“ на тяхната машина за копчета. С кого се среща машината за гамбол и какво се случва? Как машината за копчета променя живота на децата, които получават гамбол от нея?
- Учениците също могат да създадат реклама, за да привлекат повече клиенти в магазина за играчки. Те трябва да съдържат интерактивната машина за копчета в рекламата. Защо децата трябва да идват в този магазин за играчки? Защо трябва да посетите интерактивната машина за копчета?
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 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
- Светлина, топлина, електричество и магнетизъм
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Разбиране за науката и технологиите
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
- Прехвърляне на енергия
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Разбиране за науката и технологиите
Научни стандарти от следващо поколение 3-5 степени (на възраст 8-11)
Материята и нейните взаимодействия
Учениците, които демонстрират разбиране, могат:
- 2-PS1-2. Анализирайте данните, получени при тестване на различни материали, за да определите кои материали имат свойствата, които са най -подходящи за определена цел.
- 5-PS1-3. Направете наблюдения и измервания, за да идентифицирате материали въз основа на техните свойства
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
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.
Сценарий
Местен магазин за играчки трябва да привлече повече клиенти, така че те помолиха вашия клас да им помогне, като създаде специален дисплей, който ще бъде настроен в центъра на магазина и ще бъде забавен за децата- интерактивна машина за копчета!
Design Challenge
Проектирайте и изградете забавна интерактивна машина за копчета, която ще привлече клиенти в магазина за играчки.
Критерии
Всички дизайни трябва:
- дръжте копчето на пистата,
- имат един интерактивен елемент,
- имат минимум 1 цикъл,
- да се самоиздържа (да стои самостоятелно) и
- бъдете възможно най -креативни.
Ограничения
- Трябва да използвате само предоставените материали.
Членове на отбора:_____________________________________________
Име на интерактивна машина Gumball: __________________________________________
Етап на планиране
Срещнете се като екип и обсъдете проблема, който трябва да решите. След това разработете и съгласувайте дизайна на вашата машина за копчета. Ще трябва да определите какви материали искате да използвате. Начертайте вашия дизайн в полето по -долу и не забравяйте да посочите описанието и броя на частите, които планирате да използвате.
Мозъчна атака за вашия гамболен слайд:
Изберете най -добрия си дизайн и го скицирайте тук:
Строителна фаза
Изградете вашата машина за копчета. По време на строителството може да решите, че имате нужда от допълнителни материали или че дизайнът ви трябва да се промени. Това е добре - просто направете нова скица и преразгледайте списъка си с материали.
Фаза на тестване
Всеки отбор ще тества своята машина за копчета. Ако вашият дизайн не е успешен, препроектирайте и тествайте отново, докато не сте доволни от него. Не забравяйте да гледате тестовете на другите екипи и да наблюдавате как работят различните им дизайни.
Нарисувайте своя окончателен дизайн
Етап на оценка
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 по интерактивна машина за гамбол:
- Какво мина добре?
- Какво не се получи добре?
- Кой е любимият ви елемент от вашата интерактивна машина за копчета?
- Ако имате време да преработите отново, какви промени бихте направили?