Лодката и бръмбар

Строителни материали (за всеки екип)

Необходими материали

• Моделираща глина/пластилин
• Мащаб за разбиване на глината за моделиране на парчета
• Играчки лодки/кораби
• Пастели и оцветяващи листове с лодка тема

Материали за тестване

• Надуваем игрален басейн/резервоар или голяма купа с вода
• Пластмасово покритие за маса

материали

• Надуваем игрален басейн/резервоар или голяма купа с вода
• Пластмасово покритие за маса 

Процес

Докато учениците извайват лодките си, позволете им да тестват колко добре плава техният дизайн. След това те могат да променят (препроектират) лодката си и да тестват отново, докато получат дизайн, който да се носи.

Design Challenge

Вие сте инженер, който има задачата да построи лодка от глина за моделиране. Начертайте картина на планирания си дизайн, извайвайте лодката си, тествайте я, като я плувате върху водата. Ако потъне, сменете (препроектирайте) лодката си и я тествайте отново, докато лодката ви изплува. 

Критерии 

• Начертайте картина на дизайна
• Извайте лодката от глина за моделиране

Ограничения

• Можете да използвате само глината за моделиране за изграждане на вашата лодка

Прегледайте и споделете темите в листа с ресурси за учители. Прегледайте темите в раздела „Основни концепции“. Следващата кратка история може да се използва като начало за ангажиране на учениците в практическата дейност.

Имало едно време един бръмбар, който обичал да казва на всички колко бързо може да бяга. „Аз съм най -бързото насекомо в парка“, казваше той. Неговият бавен и стабилен приятел охлювът, уморен да го чуе да се хвали, го предизвика на състезание. „Ха - помисли си бръмбарът, - няма как един охлюв да спечели срещу мен.

В деня на състезанието всички насекоми в парка се събраха да гледат. Стоножката развя кариран флаг, за да започне състезанието. Бръмбарът се приближи до стартовата линия възможно най -бързо, докато охлювът внимателно се пристъпи напред малко по малко. Бръмбарът извика: „Никога няма да спечелите това състезание с толкова бавно, бавно темпо.“

Останал без дъх от бягане, бръмбарът в крайна сметка стигна до малко езерце с вода. Той си помисли: „Имам много време. Просто ще обиколя езерото. " Бръмбарът потегли по пътя си.

Инч по инч охлювът пълзеше по пътеката. Когато стигна до езерото, си помисли: „Би било много по -кратко, ако по някакъв начин мога да плувам по водата“. Може би бих могъл да построя лодка. 

Охлювът събра няколко листа, клонки и лоза. Тя изработи малка лодка, която й помогна да се плъзне гладко по водата на езерото. Когато стигна от другата страна, тя скочи от лодката и видя всички свои приятели, които я чакаха на финала.

Малко по малко охлювът пропълзя по пътеката, докато най -сетне пресече финалната линия. Всичките й приятели се радваха. „Ура за охлюв!“ - извикаха те. Миг по -късно бръмбарът изтича през финалната линия. "Не мога да повярвам, че ме победи!" той каза. - Знаеш ли - отвърна охлювът с усмивка, - да си най -бързият не винаги е всичко. „Понякога, ако просто забавите за момент и помислите за предизвикателството си, можете да предложите страхотни решения.“

1. Разделете класа на 2-3 по-малки групи. 
2. Настройте класната си стая така, че група 1 да има достъп до водата и глината за моделиране. Група 2 ще нарисува и оцвети планираните си дизайни.Можете да изберете да имате 3 -та група, която да може да се занимава с игрални игри с лодки -кораби или да оцвети върху чаршафи с водна тема (оцветете платното на платноходка).
3. След това настройте работното пространство с басейн или резервоар с вода и пластмасова покривка за маса, за да предпазите повърхностите от разливи.
4. Пригответе няколко равномерни бучки от глина за моделиране със същия размер и тегло, но оставете неподготвена глина. Обяснете на учениците защо бучките глина са еднакви, така че това е „честен тест“ за всички ученици.
5. Дайте на всеки ученик парче глина за моделиране, за да извайва лодките си. Може да искате да задържите учениците в 2-3 малки групи, докато извайват, за да се даде възможност за по-добър надзор.
6. Помолете учениците първо да помислят как ще изглежда лодката им. Те трябва да нарисуват картина на планирания си дизайн.
7. След като са начертали планирания си проект, учениците трябва да извайват лодката си. Докато създават своите лодки, дайте им достъп до водния басейн, за да тестват колко добре плава тяхната лодка. Всеки път, когато тестват, те могат да правят промени (редизайн) на лодката си, за да й помогнат да плава по -добре.
8. Докато учениците планират и извайват лодките си, използвайте речникови думи, докато взаимодействате с тях:
   Float - за почивка върху вода (или течност)
   Мивка - за да слезете под повърхността на водата
   Корпус - основната част на кораб или лодка: палубата, страните и дъното на кораб или лодка
   Разместване - когато плаващ обект физически изтласква водата от пътя
   Водоизместване - обемът или теглото на водата, изместена от плаващо тяло (като кораб) с еднакво тегло
   Плаваемост - способността на обект да плава по вода
9. След като учениците успешно изваят лодка, която плава, проведете дискусия в клас и поговорете по въпросите за размисъл по -долу.

Незадължителна разширена дейност

Накарайте учениците да добавят тегло към лодката си (малки играчки, монети, предмети, които тежат приблизително еднакво количество), за да се преструват, че в лодката им има охлюв. Отново накарайте учениците да тестват и да направят промени (редизайн) на своите лодки въз основа на резултатите.

Размисъл на ученика

1. Вашата лодка потъна или плува? Ако не плаваше, как го променихте, за да измести повече вода?
2. Колко пъти трябваше да тествате и изваяте отново лодката си, преди да изплува?
3. Трябваше ли да промените формата на корпуса на лодката си?
4. Какво ви хареса в лодките на други студенти?
5. Научихте ли със средства за плаваемост?

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.

Често срещани заблуди

Повърхностно напрежение - някои деца ще бъдат запознати с буболечки, които могат да „пързалят“ по повърхността на водата, използвайки повърхностното й напрежение и ще дадат това обяснение защо лодката може да плава. Може да са видели кламер „плаващ“ (всъщност той балансира, а не плава) върху менискуса на водата. Отново това е повърхностно напрежение. 

Никой предмет с дупки в него не може да плава - някои деца ще си помислят, че тъй като корпусът на техните лодки не може да остане плаващ с пролуки в тях, тогава това винаги ще бъде така.

Леките неща плуват, тежките потъват -Ако сте позволили на децата да играят във вода преди това (надявам се !!!), те вече ще са запознати с принципите на плаване и потъване и ще имат някои предварителни познания. Това означава, че те ще имат някои идеи, които биха могли да обобщят и трябва внимателно да ги коригирате.

Металът е твърде тежък за плаване - защото често позволяваме на децата да експериментират с материали по малък начин (преди да ги помолите да обобщят своите идеи, те могат да представят погрешни схващания като тези). Това е свързано с горното погрешно схващане.

Повърхностното напрежение е наистина специален научен принцип - браво, че знаете за това, много е интересно! Въпреки това, в случай на тази дейност, ние прекъсваме връзките между молекулите на водата с корпуса на лодката. Така че напрежението се губи и лодката ще потъне внезапно ... както кламерът или буболечката, ако напрежението се счупи от капка сапун или голяма вълна.

Коригиране на обясненията 

Никой обект с дупки не може да плува - в случай на лодка, както сте направили, това е вярно. Видяхме, че това се дължи на изместване. В лодка с дупка в нея водата не се измества от пътя, тя изтича обратно и запълва корпуса и лодката потъва. (Покажете им това със собствения си модел лодка. Пробийте разумна дупка в нея, така че да работи бързо.) 

НО някои обекти наистина имат дупки и все още плават. Предмети като пемза, гъби и дърво. Това е така, защото в тях има джобове със задържан въздух. Това прави обекта много по -лек от водата и затова те все още плават на върха (поради плаваемостта). Някои неща (например гъба) ще запълнят тези въздушни джобове с вода и постепенно ще потънат, но други, като дървото, няма. Ето защо много хора правят гребни лодки и канута от дърво, това е много плаващо. 

Леките неща плуват, тежките потъват - Това е наистина добро наблюдение, защото като цяло е вярно. Помолете децата да измислят някои примери, където това е правилно - напр. Тапи, гумена патица, лодки за играчки срещу скали, твърди предмети като вилица или ключ. Но поради плаваемостта и изместването, можем да накараме тежките неща да плуват, ако ги проектираме и оформяме по начина, по който сте го направили в тази дейност. Могат ли децата да говорят за фериботна лодка или друг голям тежък предмет, на който са видели или са преживели каране? Ако не, можете да им разкажете история от собствения си опит с круизен кораб или друга разходка с лодка. 

Металът е твърде тежък за плаване - използвайте горното обяснение, може да искате да го допълните със снимки на големи метални кораби в морето, като танкери, самолетоносачи и т.н.

• Корпус: основната част на кораб или лодка: палубата, страните и дъното на кораб или лодка
• Плаваемост: способността на обект да плува върху вода
• 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.
• Разместване - когато плаващ обект физически изтласква водата от пътя
• Водоизместване - обемът или теглото на водата, изместена от плаващо тяло (като кораб) с еднакво тегло
• Поплавък: да почива върху вода (или течност)
• 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.
• Мивка: слизане под повърхността на водата
• Повърхностно напрежение: Ефект, при който повърхността на течността е силна.
  

Писателска дейност 

• Начертайте картина на случилото се с вашата лодка в басейна. (Това може да се използва като оценка на разбирането на ученика за дейността). 
• Накарайте ученика да напише изречение или дума (в зависимост от възрастта/способността), описваща дейността заедно с тяхната картина: например „потъване“ или „плаване“. Някои деца ще се нуждаят от пунктиран модел, за да проследят думите: Моята лодка плува.

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 образование в областта на науката Класове К-4 (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 Д: Наука и технологии  

В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват 

• Способности за технологичен дизайн  

Научни стандарти от следващо поколение-3-5 клас (възраст 8-11) Инженерно проектиране

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. 

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.

В система за рециклиране с един поток се използват машини за сортиране на смесени рециклируеми материали в техните правилни категории. В тази дейност ще работите в екипи и като клас, за да проектирате система за сортиране на смесени рециклируеми материали (пластмаси, стъкло, стоманени кутии и хартия) в четирите им категории.

1) Работейки в екипи от 3 или 4, обмислете начини за разделяне на всеки вид рециклируем от смесения контейнер. Не се колебайте да станете и да разгледате различните налични материали. На вашия екип е разрешено да помага при управлението на системата, като действа като част от машината (учениците могат да изтеглят материали на конвейерна лента, да набиват и разбъркват материали и т.н.), но не можете директно да боравите с рециклируемите материали. От рециклираната хартия също се изисква да остане суха.

2) Като екип изберете най -добрите си идеи за разделяне на всеки вид рециклируем материал. След това комбинирайте тези идеи заедно, за да създадете пълна система за сортиране на цялата кошница.

3) Начертайте своя дизайн и представете плановете на вашия екип пред класа.

4) Класът ще гласува най -добрите идеи и ще създаде нов, окончателен дизайн.

5) Определен член на всеки екип ще работи за изграждането на тази система, използвайки наличните материали.

6) Строителният екип ще тества системата. Гледайте, за да видите как работи системата.

7) Обсъдете с класа какво работи и какво не. Обсъдете начини за подобряване на системата и решете какви промени трябва да бъдат направени.

8) Строителният екип ще направи промените и ще тества подобрената система.

9) Обсъдете с класа какво работи и какво не. Какви промени помогнаха за подобряване на системата? Какви промени не направиха? Ако възнамерявате да изградите трета версия, какви други промени бихте направили?

2) Колко според вас ще са важни човешките очи и ръце за процеса на сортиране с един поток? Кога и за какви материали смятате, че хората ще са най -необходими?

3) Предвид предимствата и недостатъците на еднократното рециклиране, смятате ли, че това е полезна система? Защо или защо не?

4) Какво мислите, че би могло да се направи, за да се подобри рециклирането там, където живеете?

• суахили