Статуйна изложбена кула
В този урок студентите прилагат процеса на инженерно проектиране, за да решат предизвикателството за дизайн на Златната книга, за да направят евтина изложбена кула, която може да побере статуя и може да се разглобява и сглобява лесно за транспортиране от една библиотека в друга.
- Проектирайте дисплейна кула, която отговаря на зададените критерии и ограничения.
- Изградете, тествайте и преработете прототип.
- Разглобете и сглобете прототипа им с минимални стъпки.
- Изчислете общата цена на окончателното проектиране.
Възрастови нива: 10-18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали (Търговия/Материали „Магазин“)
- Парчета велпапе (поставени на малки, средни и големи групи)
- Вестник
- Индексни карти
- Хартия
- Картонен склад
- Глина (нарязана на 1 ”секции)
- сламки
- Почистващи средства за тръби
- Дървени шишчета
- Дървени дюбели
- Кламери
- Скоби за свързване
- Месингови крепежни елементи
- Маскираща лента (нарязана на парчета от 1 крак)
- Струна (нарязана на парчета от 1 крак)
- Алуминиево фолио (нарязано на 6 инча)
- Craft Wire (нарязани на парчета от 1 крак)
- Пробиване на дупки
- Владетелите
- Маркери
Материали за тестване
Книги - Помислете да опаковате 1 книга в златна хартия или да я боядисате със злато за последния тест
материали
- Книги - Помислете да опаковате 1 книга в златна хартия или да я боядисате със злато за последния тест
Процес
Тествайте дизайна на кулата за показване на статуи. Учениците могат да тестват своя дизайн, като поставят книга отгоре и определят дали тя може да задържи книгата за 2 минути. За да спестите време, можете да накарате всички екипи да поставят книгата по техния дизайн едновременно и да ги съберат заедно в група.
Екипите трябва да демонстрират как могат да разглобят кулата на статуята и да я сглобят отново. Броят на стъпките, които трябва да се съберат отново, трябва да се добави към листчето с резултати.
Design Challenge
Вие сте екип от инженери, изправени пред предизвикателството да проектирате и изградите кула за показване на статуи за вашата местна библиотека, която поддържа златната книга и която може лесно да се разглобява и сглобява, като същевременно е на ниска цена.
Критерии
Дисплейната кула трябва да бъде:
- 4 метра височина
- Може да поддържа 2 килограма за 2 минути (минимум)
- Възможност за разглобяване и поставяне в торба от 2 галона
- Може да се сглобява лесно (най -малко количество стъпки)
- Ниска цена
- Естетично приятен (уникални форми/шарки, конструкцията е изчистена, хубав цвят)
- Свободно стоящ (не е прикрепен към никаква повърхност)
Ограничения
- Използвайте само предоставените материали
- Може да направи общо 3 пътувания до магазина за закупуване на материали
- Разбийте класа на екипи от 3-5.
- Раздайте работен лист „Предизвикателство на статуята“, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“. Може да помислите за дискусия за компресията с учениците. Споделете разходите, определени за всеки материал в „магазина“:
● Парчета картон: 0.50 щ.д. (малки), 0.75 щ.д. (мед) и 1.00 щ.д. (големи)
● Вестник: 0.01 щ.д. (на лист)
● Индексни карти: 0.05 $ (за 1)
● Хартия: 0.05 (на лист)
● Картон: 0.50 щ.д. (на лист)
● Глина: $ 0.25 (за 1 ”парче)
● Сламки: 0.10 щ.д. (за 1)
● Почистващи средства за тръби: 0.10 $ (за 1)
● Шишчета: $ 2.00 (за 1)
● Дюбели: $ 5.00 (за 1)
● Щипки: 0.15 щ.д. (за 1)
● Свързващи скоби: $ 1.00 (за 1)
● Месингови крепежни елементи: $ 0.25 (за 1)
● Маскираща лента: $ 2.00 (на 1 крак)
● Низ: $ 0.25 (на крак)
● Алуминиево фолио: 0.50 щ.д. (на 6 ”)
● Занаятчийска тел: $ 1: 00 (на 1 фут) - Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите. Пояснете, че кулата за показване на статуята трябва да може лесно да се разглобява и сглобява отново. Обяснете, че учениците ще могат да препроектират кулата си за изобразяване на статуи до 3 пъти ... като направят 3 отделни пътувания до „магазина“, за да закупят материали.
- Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците трябва да разработят кула за показване на статуи, която е висока 4 фута и е в състояние да издържи 2 килограма за минимум 2 минути.
- Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час). Дайте на учениците още 45 минути, за да преработят дизайна и да закупят повече материали, ако е необходимо. Те могат да направят общо 3 пътувания до магазина за материали.
- 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.
- Инструктирайте учениците да започнат мозъчна атака и да скицират своите дизайни. Те трябва да маркират скицата и да направят списък с материали и да отбележат колко от всеки материал искат да закупят. В списъка с материали в ученическия работен лист те трябва да попълнят Trip 1 с това колко от всеки артикул искат да закупят.
- Учениците се срещат и разработват план за своята кула за показване на статуи. Те се договарят за материалите, които ще им трябват, пишат/рисуват своя план и представят плана си пред класа. Когато планират, те трябва да вземат предвид цената на материалите. Екипите могат да търгуват с неограничени материали с други екипи, за да разработят своя списък с идеални части.
- Екипите изграждат своя дизайн.
- Тествайте дизайна на кулата за показване на статуи. Учениците могат да тестват своя дизайн, като поставят книга отгоре и определят дали тя може да задържи книгата за 2 минути. За да спестите време, можете да накарате всички екипи да поставят книгата по техния дизайн едновременно и да ги съберат заедно в група.
- Екипите трябва да демонстрират как могат да разглобят кулата на статуята и да я сглобят отново. Броят на стъпките, които трябва да се съберат отново, трябва да се добави към листчето с резултати.
- Дайте време на екипите да попълнят въпросите за размисъл, докато давате на всеки отбор естетически резултат и изчислявате крайния резултат. The най -нисък резултат е най -добрият дизайн. Точкуването трябва да се извърши, както следва:
1. Кулата на дисплея трябва да бъде: 4 фута висок Да = 0 Не = 1
2. Може да поддържа 2 lbs за 2 минути (минимум) Да = 0 Не = 1
3. Свободно стоящ (не е прикрепен към никаква повърхност) Да = 0 Не = 1
4. Побира се в торба от 2 галона, когато се разглобява Да = 0 Не = 1
5. Обща цена = сума в долари
6. Естетичен резултат = 0 (отлично), 5 (добре), 10 (трябва работа)
7. Стъпки на сглобяване = Общо стъпки, които трябва да бъдат сглобени отново Краен резултат/Общ резултат = Разходи + Брой критерии, които НЕ са изпълнени + Естетичен резултат + Стъпки на сглобяване. - Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Идеи за разширения
- Ограничете колко пъти могат да отидат до магазина само веднъж.
- Увеличете теглото на кулата и колко дълго трябва да я държи.
- Водете дискусия за компресията и помислете дали учениците да изчислят напрежението.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- Ако имате време да преработите отново, какви промени бихте направили?
- Какво мина добре?
- Какво не се получи добре?
- Имаше ли някакви сделки (размяна, която се случва като компромис или отстъпка), които трябваше да направите с вашия дизайн? (Например: цена и производителност) Ако е така, обяснете.
- Коя е любимата ви стъпка в процеса на инженерно проектиране и защо?
- Кой е любимият ви елемент от вашия дизайн и защо?
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.
компресия
Сила (f) е нещо, което кара тялото да промени скоростта, посоката или формата си.
F = ma (маса x ускорение)
- Масата е количеството материя в тялото. (m = w/g) (масата е равна на теглото, разделено на гравитацията)
- Ускорението е скоростта, с която обектът променя скоростта си. (a = ∆ скорост / време) (ускорението е равно на промяната в скоростта, разделена на времето)
Силата може да бъде един от трите основни типа:
- Напрежение (издърпване): орка, която се разтяга или удължава.
- Компресия (натиск): сила, която скъсява или притиска нещо, намалявайки обема му.
- Въртящ момент (въртене): сила, която причинява въртене около централна точка, като например ос.
Този урок ще се фокусира върху компресията. Дисплейната кула е под силата на компресия от статуята. Примери за компресия (ДОБАВЯНЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЯ)
Сила на компресия, или каквато и да е сила по този въпрос, ще предизвика напрежение върху обекта. Напрежението е равно на силата, разделена на площ (напречно сечение).
Напрежение = F/A
Може да помислите дали екипите да изчислят напрежението върху тяхната дисплейна кула. Силата ще бъде 2 lbs. Студентите ще трябва да изчислят конкретна площ на напречното сечение (където се очаква висок стрес или където не е успял при тестването) на тяхната дисплейна кула (in2). Напрежението ще бъде в psi или lbs сила на in2.
Препоръчителна четене
- Force & Motion (ISBN: 978-0789448828)
- Изкуството на строителството: проекти и принципи за начинаещи инженери и архитекти (ISBN: 978-1556520808)
Писателска дейност
Напишете реклама за вашата изложбена кула, насочена към други библиотеки, галерии и музеи.
Привеждане в съответствие с учебните програми
Забележка: Всички учебни планове от тази поредица са подравнени с Национални стандарти за научно образование които са произведени от Национален съвет за научни изследвания и одобрени от Националната асоциация на учителите по естествени науки, и ако е приложимо, също и от Стандартите за технологична грамотност на Международната асоциация по технологично образование или от Националния съвет на учителите по математика за директори и стандарти за училищна математика.
Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)
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
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
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Технология и общество
- Стандарт 5: Учениците ще развият разбиране за ефектите от
- технологии за околната среда.
- Стандарт 7: Учениците ще развият разбиране за влиянието на
- технология в историята.
Дизайн
- Стандарт 10: Учениците ще развият разбиране за ролята на
- отстраняване на неизправности, изследвания и разработки, изобретения и иновации, и
- експерименти в решаването на проблеми.
Предизвикателство за Golden Book Design
Сценарий
Златна статуя на книга е създадена от един от най -добрите американски художници в чест на първата обществена библиотека в Америка. Статуята ще седи в главния вход на местната библиотека за една седмица. Той ще продължи да се премества от библиотека в библиотека през цялата година. Трябва да се построи кула, която да държи статуята, така че да може да бъде изложена за всички, за да може да се види, а също така да може да се разглобява и сглобява отново за всеки ход. Инженерният екип, който може да проектира най -евтината дисплейна кула, която отговаря на всички критерии, ще бъде възложена на поръчката.
Design Challenge
Проектирайте и изградете витринна кула за вашата местна библиотека, която поддържа златната книга и може лесно да се разглобява и сглобява, като същевременно е на ниска цена.
Критерии
Дисплейната кула трябва да бъде:
- 4 метра височина
- Може да поддържа 2 lb за 2 минути (минимум)
- Разглобени и поставени в торба от 2 галона
- Сглобява се лесно (най -малко количество стъпки)
- Ниска цена
- Естетично приятен (уникални форми/шарки, конструкцията е изчистена, хубав цвят)
- Свободно стоящ (не е прикрепен към никаква повърхност)
Ограничения
- Можете да използвате само предоставените материали.
- Можете да направите общо 3 пътувания до магазина, за да закупите материали
Краен резултат (договор с най -нисък резултат печели)
Естетичен резултат = 0 (отлично), 5 (добре), 10 (има нужда от работа)
Стъпки за сглобяване (Общо стъпки, които трябва да бъдат сглобени отново) =
Общ резултат = Разходи + Брой НЕ изпълнени критерии + Естетичен резултат + Стъпки за сглобяване
Материални разходи
- Парчета картон: $ 0.50 (малък), $ 0.75 (мед) и $ 1.00 (голям) |
- Вестник: $ 0.01 (на лист) |
- Индексни карти: $ 0.05 (за 1) |
- Хартия: 0.05 (на лист) |
- Картон: 0.50 щ.д. (на лист) |
- Глина: $ 0.25 (за 1 "парче) |
- Сламки: $ 0.10 (за 1) |
- Почистващи средства за тръби: 0.10 $ (за 1) |
- Шишчета: $ 2.00 (за 1) |
- Дюбели: $ 5.00 (за 1) |
- кламери: 0.15 щ.д. (за 1) |
- Подвързващи скоби: $ 1.00 (за 1) |
- Месингови крепежни елементи: $ 0.25 (за 1) |
- Маскираща лента: $ 2.00 (на 1 крак) |
- Струна: $ 0.25 (на крак) |
- Алуминиево фолио: 0.50 щ.д. (на 6 ”) |
- Craft Wire: $ 1: 00 (на 1 крак) |
Етап на планиране
Срещнете се като екип и обсъдете проблема, който трябва да решите. След това разработете и се съгласете с дизайна на вашата кула за показване на статуи. Ще трябва да определите какви материали искате да използвате.
Начертайте вашия дизайн по -долу и не забравяйте да посочите описанието и броя на частите, които планирате да използвате.
Членове на отбора:___________________________________________________________
Мозъчна атака възможни решения:
Изберете НАЙ -ДОБРОТО решение и го СКИЧЕТЕ (уверете се, че ЛАБЕЛИРАТЕ скицата си):
Материали и цена | Колко пътуване 1 | Колко пътуване 2 | Колко пътуване 3 |
Общо използвано
|
Крайна цена |
- Парчета велпапе (различни размери): $ 0.50 (малък), 0.75 $ (мед) и $ 1.00 (голям) | |||||
- Вестник: $ 0.01 (на лист) | |||||
- Индексни карти: $ 0.05 (за 1) | |||||
- Хартия: 0.05 (на лист) | |||||
- Картон: 0.50 щ.д. (на лист) | |||||
- Глина: $ 0.25 (за 1 "парче) | |||||
- Сламки: $ 0.10 (за 1) | |||||
- Почистващи средства за тръби: 0.10 $ (за 1) | |||||
- Шишчета: $ 2.00 (за 1) | |||||
- Дюбели: $ 5.00 (за 1) | |||||
- кламери: 0.15 щ.д. (за 1) | |||||
- Подвързващи скоби: $ 1.00 (за 1) | |||||
- Месингови крепежни елементи: $ 0.25 (за 1) | |||||
- Маскираща лента: $ 2.00 (на крак) | |||||
- Струна: $ 0.25 (на крак) | |||||
- Алуминиево фолио: 0.50 щ.д. (на 6 ”) | |||||
- Занаятчийска тел: $ 1.00 (на крак) | |||||
КРАЙНА ЦЕНА |
Строителна фаза
Изградете вашата кула за показване на статуи. 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 кула за показване на статуи. Ако вашият дизайн е неуспешен, препроектирайте (закупете повече материали, ако е необходимо- Кръг 2) и тествайте отново. Не забравяйте да гледате тестовете на другите екипи и да наблюдавате как работят различните им дизайни.
Нарисувайте своя окончателен дизайн (не забравяйте да маркирате скицата си):
Етап на оценка
Оценете резултатите на вашия екип, попълнете работния лист за оценка и представете резултатите си на класа.
Използвайте този работен лист, за да оцените резултатите на вашия екип в урока за кулата на статуята:
Вашето решение отговаря ли на критериите?
Дисплейната кула трябва да бъде: | ДА | НЕ |
- висок 4 фута | ||
- Може да поддържа 2 lbs за 2 минути | ||
- Свободно стоящ (не е прикрепен към никаква повърхност) | ||
- Поставя се в торба от 2 галона, когато се разглобява |
Стъпки за сглобяване (Общо стъпки, които трябва да бъдат сглобени отново) =
- Ако имате време да преработите отново, какви промени бихте направили?
- Какво мина добре?
- Какво не се получи добре?
- Къде има някакви сделки (размяна, която се случва като компромис или отстъпка), които трябваше да направите с вашия дизайн? (Например: цена и производителност) Ако е така, обяснете:
- Коя е любимата ви стъпка в процеса на инженерно проектиране и защо?
- Кой е любимият ви елемент от вашия дизайн и защо?
Естетичен резултат = 0 (отлично), 5 (добре), 10 (има нужда от работа)
Общ резултат = Разходи + Брой НЕ изпълнени критерии + Естетичен резултат + Стъпки за сглобяване
ОБЩ РЕЗУЛТАТ: ___________________