Инженер на бастун

Този урок изследва персонализирането на помощни устройства. Студентите работят в екипи, за да реинженерират съществуващо помощно устройство, интегриращо технология, за да отговори на нуждите на „клиент“.

Научете за помощните устройства и технологиите.
Научете за инженерния дизайн и редизайн.
Научете как инженерството може да помогне за решаване на предизвикателствата пред обществото.
Научете за екипната работа и решаването на проблеми.

Възрастови нива: 8-18

Материали и подготовка

Строителни материали (за всеки екип)

Необходими материали

Дървена бастун (около $ 10)

Предизвикателство на инженерния дизайн

Design Challenge

Вие сте екип от инженери, на които е поставено предизвикателството да проектират ново помощно устройство, което да отговори на нуждите на клиент. Ще документирате дизайна си на хартия и ще включите производствен бюджет за новата си бастун.

Инструкции и процедури за дейност

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“. За да въведете урока, помислете дали да попитате учениците как инженерите разработват помощни устройства като инвалидни колички и проходилки. Накарайте ги да помислят за някой, когото познават, който има предизвикателства в движението, като например някой, който е счупил крак или възрастен човек с артрит. Накарайте ги да обмислят как слушането на някой, който може да използва продукт, може да повлияе на дизайна на крайния продукт.
Ако времето позволява, накарайте учениците да обсъдят как на всяка възраст хората може да се нуждаят от помощни устройства, които да им помогнат да изпълняват ежедневните си задачи. Те могат да обсъждат лица, които познават, и да обмислят различните устройства и оборудване, които използват, за да им помогнат.
Задайте на всеки екип от 2-3 ученици един от „клиентските“ профили от ученическите работни листове.
Обяснете, че работят като екип от инженери, за да реинженерират бастун - помощно устройство - за да задоволят специфичните нужди на клиента.
Екипите обсъждат нуждите на своите клиенти и обмислят мозъчна атака, за да определят коя технология или други функции могат да бъдат добавени към бастуна, за да помогнат на индивида. Екипите проучват цената на всяко добавяне и скицират диаграма на бастуна си или на хартия, или чрез софтуер за проектиране.
След това екипите представят своите проекти на класа, заедно с подробни разходи за производство. Може да искате да насърчите студентските екипи да добавят такса за консултантски или инженерен дизайн към своя дизайн.
Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.

Идея за разширение

Включете човек във вашето училище, който може да има физически предизвикателства, за да участва в този проект. Накарайте ги да опишат инструментите, които може да са им необходими, за да подобрят мобилността си или способността да изпълняват задача, като например да вземете чаша или да носите пакет, докато ходите с бастун или проходилка. След това накарайте учениците да работят в екипи, за да проектират поддържащо устройство.

Отражение на ученика (инженерна тетрадка)

Разработил ли е вашият екип решение на ситуацията на вашия клиент? Коя беше най -иновативната промяна, която направихте в бастуна?
Смятате ли, че тази дейност е по -полезна като екип или бихте предпочели да работите сами по нея? Защо?
Смятате ли, че вашият нов дизайн на бастун може да бъде полезен за реални хора? Защо?
Можете ли да се сетите за други помощни устройства, които биха могли да бъдат подобрени чрез реинженеринг?
Смятате ли, че инженерите работят в екип или сами? Защо?
Ако сте направили прототип на новия си дизайн, установихте ли, че дизайнът трябва да бъде адаптиран, когато работите с истински материали, вместо да рисувате плана 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.

Процес на инженерно проектиране

Основни концепции

Какво представляват помощните устройства?

Помощните устройства се използват за подпомагане на хората с увреждания в различни етапи от живота. Някой може да си счупи крак и да се нуждае от патерици за подвижност, докато кракът му оздравее, или възрастен човек може да няма увереност в ходенето и да се нуждае от подкрепата на здрав проходилка, за да поддържа баланс и да може да ходи уверено.

Много от тях не са проектирани като помощни устройства за хора с увреждания, а за да улеснят живота на всеки - например превключвател за светлина, чувствителен към звук. В кухнята приборите за хранене и готвене могат да бъдат снабдени с извънгабаритни дръжки за по -лесно захващане. Това „помощно устройство“ може да даде възможност на 85 -годишно дете с артритни пръсти и ръце да продължи да приготвя храна за себе си.

Друго помощно устройство, свързано с кухнята, е автоматичното захранващо устройство, управлявано от превключвател за брадичката или превключвател за ръка/крак, така че хората, които не могат да държат прибори за хранене поради тремор или спастичност на ръцете и ръцете, могат да се хранят сами.

Помощните устройства често се намират в банята. Грайферите около ваната се монтират лесно и помагат за предотвратяване на падания. Душови пейки, асансьори за вани и врата на ваната не само облекчават известната нужда от човешка помощ, но улесняват душ и намаляват риска от подхлъзване.

В спалнята предпазните парапети около леглото могат да улеснят и безопасно да влязат и станат от леглото. Нощните контроли за осветление и други уреди увеличават способността на хората с увреждания да контролират осветлението, температурата или други условия на дома си, без да стават от леглото.

За функционално увредените възрастни хора, живеещи в многоетажни жилища, асансьорите за инвалидни колички и изкачванията по стълби позволяват пълен достъп и мобилност в цялата къща. Хората с увреден слух могат да се възползват от обикновена мигаща светлина вместо звънец на вратата. Големите гребени и четки с дръжки и закопчалки за велкро за дрехи помагат на хора с ограничени ръчни способности за фина моторика.

Бастуни

Бастунът може да изпълнява няколко различни функции, за да отговори на нуждите на потребителя: може да помогне за балансиране, да поддържа отслабен или болезнен крайник или става и може да помогне при усещането на околната среда. Има много видове бастуни и те често са проектирани да отговарят на нуждите на определена популация от хора. Например „белите бастуни“ са проектирани да подпомагат хората с увредено зрение. Те са по -дълги и по -тънки и позволяват на потребителя да „усети“ пътя пред себе си. Те също така предупреждават другите, като шофьори, да знаят, че потребителят е сляп и затова внимават. В Обединеното кралство червената лента върху бял бастун показва слепоглух потребител.

Видове бастуни

Има много видове бастуни, от основни дървени конструкции, които могат да бъдат произведени евтино, до по -напреднали в технологично отношение устройства. Основните видове включват сгъваеми бастуни, които могат да имат няколко стави и обикновено са свързани с вътрешен еластичен шнур, четворни бастуни, които имат четири крака в основата, така че да могат да стоят самостоятелно и могат да бъдат по -стабилни, триноги бастуни, които се отварят по триножен начин и понякога включват седалка за почивка, регулируеми бастуни, които могат да бъдат направени по -къси или по -високи, за да отговарят на ръста на потребителя, бастуни с ремъци, така че да не могат да отпаднат от потребителя, осветени бастуни, които помагат на потребителя на тъмни места, и дори някои оборудвани със зумер или устройство за звънец на вратата, което може да предупреди другите, че потребителят се нуждае от помощ. За използване върху лед има метални фиксатори, които могат да се използват, за да помогнат на потребителя да бъде в безопасност при ходене по хлъзгави повърхности. И има много различни дръжки, които съответстват на размера на ръцете на потребителя и техните медицински нужди.

Избор на материал

Материалите, избрани за производство на бастун, могат да бъдат определени от много фактори, включително необходимата здравина, тегло и издръжливост. Например, алуминиева бастун би била много по -лека от тази, изработена от стомана. Това може да бъде предпочитано от възрастен човек без много сили в ръцете си.

лексика

Регулируеми бастуни: Могат да бъдат направени по-къси или по-високи, за да отговарят на височината на потребителя.
Помощно устройство: Устройства, използвани за подпомагане на хора с увреждания в различни етапи от живота.
Бастун: Устройство, използвано основно за подпомагане на ходенето, осигуряване на постурална стабилност или подкрепа или подпомагане на поддържането на добра стойка.
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.
Сгъваеми бастуни: Може да има няколко стави и обикновено са свързани с вътрешен еластичен шнур.
Итерация: Тестването и редизайнът е една итерация. Повторете (многократни итерации).
Прототип: Работен модел на решението, което ще се тества.
Четири бастуни: Имат четири крака в основата, за да могат да стоят сами и да бъдат по-стабилни
Бастуни за статив: Отворени по начин на статив и понякога включват седалка за почивка.

Dig Deeper

Интернет връзки

Препоръчителна четене

Илюстрираното ръководство за помощни технологии и устройства: Инструменти и приспособления за независим живот (ISBN: 978-1932603804)
21-ви век Пълно медицинско ръководство за асистирани живи и помощни устройства (ISBN: 978-1592486830)
Помощни устройства, адаптивни стратегии и развлекателни дейности за ученици с увреждания (ISBN: 978-1571674999)

Писателска дейност

Напишете есе или параграф за това как технологията е подобрила помощните устройства през последните десет години. Как технологиите и инженерството подобриха ежедневния живот на хора или животни, живеещи с физически предизвикателства?

Подравняване на учебните програми

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

Свойства на предмети и материали

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 здраве
Наука и технологии в местните предизвикателства

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 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 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
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
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

Способности, необходими за извършване на научни изследвания
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

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

Науката като човешко начинание
Исторически перспективи

Научни стандарти от следващо поколение 2-5 степени (на възраст 7-11)

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.

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.

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 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.
MS-ETS1-3. Анализирайте данните от тестовете, за да определите приликите и разликите между няколко дизайнерски решения, за да идентифицирате най -добрите характеристики на всяко, което може да бъде комбинирано в ново решение, за да отговаря по -добре на критериите за успех.

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-управляеми проблеми, които се решават чрез инженеринг.

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 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.

Проектираният свят

Стандарт 14: Студентите ще развият разбиране и ще могат да избират и използват медицински технологии.

Студентски работен лист

Прилагане на технологии за решаване на проблеми

Вие сте екип от инженери, на които е възложено да работят с клиент за разработване на ново помощно устройство, което да отговаря на техните нужди. Ще започнете със стандартна дървена бастун и ще я реинженерирате с допълнителни устройства и функции, които да отговарят на специфичните нужди на клиента. Вероятно полученото устройство ще бъде полезно и за по -широка популация и би могло да се продава на други и да се превърне в печеливш продукт за компанията, в която работите. Ще трябва да разработите бюджет за строителство за новата си бастун, така че клиентът да може да прецени цената на новото устройство. Понякога инженерите ще разработват прототипи и ще тестват нов дизайн, преди да преминат към широка производствена и маркетингова схема.

Фаза на проучване/подготовка

Прегледайте различните справочници за ученици, за да научите за помощните устройства и как те помагат на хората. Ще прочетете и прессъобщение за студентска група, която всъщност е изобретила нов продукт, докато работи върху инженерно предизвикателство.
Като група обсъдете как на всяка възраст хората може да се нуждаят от помощни устройства, които да им помогнат да изпълняват ежедневните си задачи. Ако знаете за някои хора, които използват помощни устройства, можете да обсъдите различните устройства и оборудване, които използват, за да им помогнат.

Фаза на разследване

Вие сте в екип от 2-3 инженери и сте получили „клиент“, който се стреми да реинженерира бастуна си, за да отговори на техните специфични нужди.
Прегледайте предоставения ви профил и обсъдете каква технология или други функции биха могли да бъдат добавени към бастуна, за да помогнете на индивида.
Проучете цената на всяко добавяне и избройте всяка част в полето по -долу или използвайте друг лист:

Части, от които се нуждаете

Цена на необходимия артикул

Обща сума:

Фаза на проектиране

Начертайте диаграма на това как ще изглежда вашата нова бастун в полето по -долу и маркирайте всяка нова част, която сте добавили или коригирали.

Фаза на представяне

Екипите представят своите проекти на класа, заедно с подробна цена за производство. Може да искате да насърчите студентските екипи да добавят консултантска или инженерна такса към своя дизайн.

Фаза по избор на прототип

Ако бюджетът позволява, по -възрастните студенти могат да създадат прототип на новата си бастун, за да проучат как дизайнът може да се промени по време на внедряването.

Оценка

Попълнете въпросите за оценка по -долу:

Разработил ли е вашият екип решение на ситуацията на вашия клиент? Коя беше най -иновативната промяна, която направихте в бастуна?

Смятате ли, че тази дейност е по -полезна като екип или бихте предпочели да работите сами по нея? Защо?

Смятате ли, че вашият нов дизайн на бастун може да бъде полезен за реални хора? Защо?

Можете ли да се сетите за други помощни устройства, които биха могли да бъдат подобрени чрез реинженеринг?

Смятате ли, че инженерите работят в екип или сами? Защо?

Ако сте направили прототип на новия си дизайн, установихте ли, че дизайнът трябва да бъде адаптиран, когато работите с истински материали, вместо да рисувате плана си?

Клиентски профил - Suzanne MacMillan

Положение

Сюзан е 80 -годишна жена, живееща в старчески дом в Австралия. Подобно на много други на нейната възраст, тя изпитва известни затруднения да се движи, но все пак иска да остане активна в общността си. Тя беше талантлива актриса, когато беше по -млада и сега играе в кратка пиеса на всеки няколко месеца в своя дом за пенсиониране.

По време на репетиции и представления, Сюзан трябва бързо да се движи по пода на плочките в кафенето, където ще се играе пиесата. Често използва проходилка, за да се премести от стаята си във фоайето, но би предпочела да използва бастун за представления. Понякога е тъмно, само с прожектори върху определени актьори, така че й е трудно да вижда пода, когато се движи.

Сюзан е с дясната ръка и ще носи ръкавици по време на предстоящата пиеса, в която участва. От нея също не се очаква да запаметява редовете си, но може да носи със себе си картички с бележки, от които да чете. Тя е висока пет фута и е слаба. Тя използва очила за четене, за да чете думи с фин шрифт.

Можете ли да помогнете на Suzanne да проектира бастун, който ще бъде идеален за изпълнението?

Бележки/наблюдения:

Клиентски профил - Марк Бърксън

Положение

Марк е на 74 години и е водил много активен живот. Той е ходил в три държави и тъй като е остарял, все още се радва на дълги разходки и къмпинг. Той вече не може да носи раница, но все пак обича да се измъква сам, без да разчита на някой друг да носи вещите му вместо него.

Марк е висок 6 ′ и е със средно тегло.

Марк използва бастун само като допълнителна опора и за да му даде малко повече увереност при дълги преходи. Но се страхува, че може да се изгуби по някое време, докато е в гората и да не може да намери пътя си обратно или да се свърже с някого за помощ. Той обича да слуша музика, а също така е фотограф за диви животни. Той носеше няколко фотоапарата със себе си на разходки, но това вече не е възможно, тъй като той не е толкова силен, колкото преди.

При перфектен поход Марк планира да ходи около два часа, да си почине с малко обяд и след това да се върне. Денят е дълъг, но с определени разпоредби и може би бастун по поръчка, той би трябвало да може да се наслади на безопасно ходене сам.

Можете ли да му помогнете да проектира бастун с функции, които ще помогнат на Майк да поддържа дейност, която му харесва толкова добре?

Бележки/наблюдения:

Профил на клиента - Рене Ши

Положение

Рене е на 62 години и с нетърпение очаква да присъства на сватбата на дъщеря си след няколко седмици. За съжаление тя е изкълчила крака си и трябва да използва бастун за допълнителна опора. Никога преди не е използвала бастун и е установила, че единственият бастун, който й е предоставен, не се чувства достатъчно здрав за нея.

Тя също е самосъзнателна, защото е направила красива розова рокля, която да се координира с роклите на шаферките. Тя чувства, че дървената бастун, която й е дала, ще изглежда зле и не иска да я използва. Тя също искаше да направи много снимки на сватбата и ще бъде трудно да носите фотоапарат и да държите бастуна едновременно. Тя също трябва да произнесе кратка реч на сватбения прием и е загрижена да използва бастуна, за да изкачи кратък стълбище, тъй като те не са добре осветени.

Рене знае, че трябва да използва бастуна от съображения за безопасност, но й се искаше той да бъде по -функционален и по -привлекателен.

Можете ли да помогнете на Рене, като проектирате бастун с функции, които ще й помогнат да се наслади безопасно на сватбата на дъщеря си?

Бележки/наблюдения: