Адаптивен дизайн на устройството
Този урок се фокусира върху инженеринга на адаптивни или помощни устройства, като протезни устройства, инвалидни колички, очила, грайфери, слухови апарати, асансьори, скоби и др. Учениците работят в екипи, за да проектират или подобрение на съществуващо адаптивно устройство, или ново устройство, което решава конкретен проблем.
- Научете за адаптивните устройства.
- Научете за това как текущите промени в адаптивните устройства са повлияли на ежедневието.
- Научете за работата в екип и процеса на инженерно решаване/проектиране.
Възрастови нива: 8-18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали
- Един чифт очила или слънчеви очила (стари или евтини нови)
- Комплект за ремонт на очила (включително мини отвертка, винтове за смяна и ако е възможно лупа)
Design Challenge
Вие сте екип от инженери, изправени пред предизвикателството да научите за адаптивните устройства. Първо ще разглобите и сглобите отново очила или слънчеви очила, за да разберете по -добре материалите и дизайна. След това ще проектирате подобрение на съществуващо адаптивно устройство или ще проектирате ново устройство за решаване на проблем, пред който са изправени хората (или животни) и ще го представите на класа.
Критерии
- Работете като екип, за да идентифицирате физическо предизвикателство, което вашият дизайн ще ви помогне да облекчите.
- Представете своя дизайн на класа:
- Опишете как работи вашето устройство, технически, с думи ... включете материалите, от които смятате, че ще бъдат направени, и какво смятате, че продуктът може да струва.
- Покажете скица на вашия окончателен дизайн или ситуация, в която се използва.
- Опишете как вашият екип вярва, че инженерите са повлияли на света.
Ограничения
Използвайте само предоставените материали.
- Разбийте класа на екипи от 3-4.
- Раздайте работния лист за адаптивно проектиране на устройства, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела Основни понятия. Помислете да попитате учениците какво е адаптивно устройство.
- Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите.
- Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците ще изпълняват задачи в студентските работни листове.
- Помолете учениците да попълнят първите ученически работни листове, като обсъдят продуктите, показани на листа, като определят дали продуктът е адаптивно устройство и каква е целта на инженерите.
- Помолете учениците да попълнят втория работен лист, като разглобяват и сглобяват стари очила или слънчеви очила, за да оценят материалите и дизайна.
- Помолете учениците да попълнят третия работен лист, като работят като екип, за да проектират подобрение на съществуващо адаптивно устройство или да проектират ново устройство, което решава проблем за хора (или животни). Те трябва:
- Определете физическо предизвикателство, което устройството им ще помогне за облекчаване (например куче, което е претърпяло операция на гърба, все още трябва да може да ходи на разходка).
- Скицирайте новото адаптивно устройство или подобрено устройство.
- Представете идеите си пред класа в три форми:
- Опишете как работи устройството им, технически, с думи ... включете материалите, които смятат, че ще бъдат направени, и какво смятат, че продуктът може да струва.
- Покажете скица на окончателния им дизайн или ситуация, в която се използва.
- Опишете как екипът вярва, че инженерите са повлияли на света.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
Стъпка 1 - Разглобяване:
- Колко съставни части открихте?
- Какви различни видове материали (пластмаси, метали, стъкло) са били част от последната двойка стъкла?
- Ако реинженерирате тези очила, за да ги направите по -безопасни, бихте ли променили формата на някоя от съставните части? Защо? Защо не?
- Ако реинженерирате тези очила, за да ги направите по -безопасни, бихте ли променили материалите, използвани за производството на някоя от съставните части? Защо? Защо не?
- Коя беше най -трудната част от процеса на сглобяване? Защо?
Стъпка 2 - Сглобяване отново
- Смятате ли, че сглобяването би било по -лесно да се управлява от машина? Защо? Защо не?
- Колко трудно би било за човек с артрит в ръцете да събере отново очилата си?
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.
Кой се нуждае от адаптивни устройства?
Адаптивни или помощни устройства са разработени, за да помогнат на хора с широк спектър от увреждания да подобрят способността им да живеят здравословно и независимо. Смята се, че 54 милиона американци имат някаква степен на увреждане. Както е определено от Проучването на доходите и участието в програмата на САЩ, лица на 15 и повече години са идентифицирани като хора с увреждания, ако отговарят на някой от следните критерии:
- Използвал е инвалидна количка, бастун, патерици или проходилка
- Имаше затруднения при извършване на една или повече функционални дейности (виждане, чуване, говорене, повдигане/носене, използване на стълби, ходене или хващане на малки предмети)
- Имаше затруднения с една или повече ежедневни дейности. (ADLs включват обикаляне в дома, влизане или ставане от леглото или стол, къпане, обличане, хранене и тоалетна.)
- Имаше трудности с една или повече инструментални дейности в ежедневието. (IADL включваха излизане извън дома, следене на пари и сметки, приготвяне на ястия, извършване на лека домакинска работа, приемане на лекарства с рецепта в точното количество в точното време и използване на телефона.)
- Имали едно или повече конкретни състояния (увреждане в обучението, умствено изоставане или друго увреждане в развитието, болест на Алцхаймер или друг вид психическо или емоционално състояние)
- Имаше психическо/емоционално състояние, което сериозно пречи на ежедневните дейности
- Имаше състояние, което ограничаваше възможността за работа около къщата
- Ако са на възраст от 16 до 67 години, е имало състояние, което затруднява работата по работа или бизнес
- Получени федерални обезщетения в САЩ поради неработоспособност
Според последните статистически данни за САЩ:
- 25 милиона изпитваха затруднения при изминаване на четвърт миля или изкачване на 10 стълби, или използваха амбулаторна помощ, като например инвалидна количка (2.2 милиона) или бастун, патерици или проходилка (6.4 милиона).
- Около 18 милиона са имали затруднения при вдигането и носенето на 10-килограмова торба с хранителни стоки или хващането на малки предмети.
- Около 14.3 милиона са имали психични увреждания, включително 1.9 милиона с болест на Алцхаймер, сенилност или деменция; и 3.5 милиона с увреждания в обучението.
- Около 8.0 милиона имат затруднения да чуят казаното при нормален разговор с друг човек (дори когато носят слухов апарат).
- Около 7.7 милиона са имали затруднения да видят думите и буквите в обикновения вестник (дори с очила); от тях 1.8 милиона не успяха да видят думи и букви в обикновен печат на вестници.
Съображения за дизайн на инвалидни колички
История на инвалидни колички
Гръцките вази от 530 г. пр. Н. Е. Показват колела, вградени в мебелите. И през 535 г. сл. Н. Е. Гравюра показва инвалидна количка, а испанският крал Филип II е имал инвалидна количка през 1595 г. - така че необходимостта от използване на колела за улесняване на движението се връща назад.
Какво ново?
Съвсем наскоро материали като титан бяха използвани за подобряване на теглото и маневреността на инвалидни колички. И тъй като спортът с инвалидни колички стана популярен, инженерите трябваше да проектират допълнителни функции и възможности в спортните инвалидни колички, за да задоволят нуждите на потребителите, които разчитат на стола за скорост и точни движения.
Компромиси между материали и дизайн
Инженерите трябва да преценят различни съображения при проектирането на инвалидна количка. Например, те знаят, че титанът е най -добрият материал по отношение на съотношението на якост към тегло - но това е изключително скъп материал. От друга страна, въглеродните влакна са по -евтини и издръжливи. Различните клиенти може да предпочитат различни материали. Инженерите може да се стремят да разработят най -леката инвалидна количка - по -лек стол потенциално би намалил количеството наранявания на китката, тъй като клиентът ще има по -лек стол за маневриране. И инженерите може да се наложи да обмислят типа гуми, които са най -смислени за инвалидна количка. Също така, спирачната система е важна - колко лесно е някой с намалена подвижност да използва спирачките? Какъв тип двигател би работил най -добре за моторизиран стол - колко бързо е твърде бързо? Ще се побере ли нов дизайн на инвалидни колички на стандартните рампи за инвалидни колички? Инженерите ще трябва да преработят изцяло инвалидна количка за използване от деца, които може да имат различни нужди и спирачни способности от възрастните. И цената винаги е голямо съображение - ако инженерите проектират най -добрата инвалидна количка, но това струва повече, отколкото повечето хора могат да си позволят, продуктът ще се провали.
изследване
При разработването на нови дизайни инженерите биха могли също така да провеждат анкети сред потребителите, за да установят кой тип стол е най -удобен, най -лесен за преместване, най -лесен за спиране. Освен това се правят проучвания, за да се определи количеството кислород, което клиентът използва за преместване на стол, като индикация за това колко енергия се изразходва за придвижване на стола напред. Някои моторизирани инвалидни колички се движат толкова бързо, че се прави краш тестване, за да се определи как столът ще защити клиент в случай на катастрофа.
- Адаптивно или помощно устройство: Разработено за подпомагане на хора с широк спектър от увреждания, за да подобрят способността си да живеят здравословно и независимо.
- 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.
- Разглобяване: Разглобете нещо.
- 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).
- Протезно устройство: Устройство, предназначено да замени липсваща част от тялото или да накара част от тялото да работи по-добре.
- Прототип: Работен модел на решението, което ще се тества.
- Повторно сглобяване: За да съберете частите на нещо обратно заедно.
Интернет връзки
Препоръчителна четене
- Дизайнът на ежедневните неща от Доналд Норман (ISBN: 978-0465050659)
- Дизайн и разработка на продукти от Улрих Епингер (ISBN: 978-9352601851)
Писателска дейност
Напишете есе или параграф, описвайки кое адаптивно устройство според вас е повлияло най -драматично на света. Дайте подкрепящи подробности и предлагайте предложения за допълнителни подобрения на това устройство.
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 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
- 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
- Науката като човешко начинание
Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)
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
- Същност на науката
- История на науката
Национални стандарти за научно образование 9-12 клас (на възраст 14-18)
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
- Лично и обществено здраве
- 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
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Природата на технологиите
- Стандарт 1: Студентите ще развият разбиране за характеристиките и обхвата на технологията.
- Стандарт 3: Студентите ще развият разбиране за връзките между технологиите и връзките между технологиите и други области на обучение.
Технология и общество
- Стандарт 4: Студентите ще развият разбиране за културните, социалните, икономическите и политическите ефекти на технологиите.
- Стандарт 6: Учениците ще развият разбиране за ролята на обществото в развитието и използването на технологиите.
- Стандарт 7: Учениците ще развият разбиране за влиянието на технологиите върху историята.
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 13: Учениците ще развият способности за оценка на въздействието на продуктите и системите.
Проектираният свят
- Стандарт 17: Студентите ще развият разбиране и ще могат да избират и използват информационни и комуникационни технологии.
Като екип попълнете следния работен лист, като посочите кой от продуктите по -долу ще се счита за „адаптивни устройства“.
Продукт | Адаптивно? Да или не | Защо или защо не | Каква беше целта на инженерите? |
Очила | |||
Платформи | |||
Детска количка |
|||
Гледайте, че говори времето |
|||
Проходилка | |||
Слушалки | |||
Дай |
Компонентни части
Първа стъпка: Като екип разглобете чифт стари, неизползваеми слънчеви очила или очила, като използвате предоставения ви комплект за ремонт на очила.
въпроси:
- Колко съставни части открихте?
- Какви различни видове материали (пластмаси, метали, стъкло) са били част от последната двойка стъкла?
- Ако реинженерирате тези очила, за да ги направите по -безопасни, бихте ли променили формата на някоя от съставните части? Защо? Защо не?
- Ако реинженерирате тези очила, за да ги направите по -безопасни, бихте ли променили материалите, използвани за производството на някоя от съставните части? Защо? Защо не?
Втора стъпка: Сглобете отново чашите.
въпроси:
- Коя беше най -трудната част от процеса на сглобяване? Защо?
- Смятате ли, че сглобяването би било по -лесно да се управлява от машина? Защо? Защо не?
- Колко трудно би било за човек с артрит в ръцете да събере отново очилата си?
През цялата история инженерите са решавали проблеми, като са разработвали продукти и системи, за да помагат на хората. В областта на адаптивното инженерно проектиране целта е да се създадат продукти, които правят живота по -лесен, по -здравословен и по -независим за тези, които са изправени пред предизвикателства. По -долу е само кратък списък на многото устройства, които са проектирани да помагат на хора и животни:
- инвалидни колички
- проходилки
- очила
- адаптивни градински инструменти
- слухови апарати
- адаптивни седалки за кану
- заместващи стави
- изкуствени крайници
- адаптивни водни ски
- превръзки
- предпазни решетки за вани
- адаптивни фитнес уреди
- душ столове
- инструменти за отваряне на буркани
- специална компютърна мишка
- маска за сънна апнея
- адаптивни голф клубове
- волани
- адаптивни триколки
- асансьори за коне
- патерици
- притежатели на карти за игра
- парапети
- светещи лупи
- извънгабаритни лампи
- адаптивни джойстици за видеоигри
Вие сте инженерният екип!
Вашето предизвикателство е да работите като екип или да подобрите съществуващ адаптивен продукт, или да излезете с нов, който да реши конкретен проблем, пред който са изправени индивиди (или животни), изправени пред физически предизвикателства.
Посочете проблемите:
- Определете физическо предизвикателство, което вашият продукт ще помогне за облекчаване (например куче, което е претърпяло операция на гърба, все още трябва да може да ходи на разходка).
- Като екип разработете на хартия нов продукт или разработете подобрение на съществуващ продукт, който да отговаря на нуждите на човека/животното.
- Представете идеите си в класа в три форми:
- опишете как работи вашият продукт, технически, с думи ... включете материалите, които смятате, че ще бъдат направени, и какво смятате, че продуктът може да струва.
- нарисувайте илюстрация на крайния продукт или ситуация, в която се използва.
- опишете как вашият екип вярва, че инженерите са повлияли на света.