Предизвикателство за висока кула

Материали (на екип)

• 1 топка за голф или топка с подобен размер/тегло

Процес

Тествайте здравината на всяка конструкция, като поставите топката върху кулата в точка не повече от 20% под горната височина на кулата.

Великите кули на света

Бурдж Халифа: Великите кули на света

Design Challenge

Вие сте част от екип от инженери, изправени пред предизвикателството да построите възможно най -високата кула, която да издържи теглото на топка за голф за 2 минути.

Критерии

• Кулата трябва да издържи теглото на топка за голф за 2 минути.
• Теглото на топката за голф трябва да се поддържа близо до върха на кулата, като дъното на топката трябва да бъде не повече от 20% под горната височина на кулата.

Ограничения

• Може да използва само 50 сламки, 50 почистващи средства за тръби и 25 кламери за дизайн.
• Лентата не може да се използва за свързване на материалите.
• Проектирайте решение в рамките на даденото време.

1. Разбийте класа на екипи от 2-4.
2. Раздайте работния лист Tall Tower - Прилагане на технологии за решаване на проблеми, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
3. Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“.
4. Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите. Ако времето позволява, прегледайте „Приложения в реалния свят“, преди да започнете предизвикателството за проектиране.
5. Преди да инструктирате учениците да започнат мозъчна атака и да скицират своите дизайни, помолете ги да обмислят следното:
   ● Какви са различните начини, по които можете да огъвате или променяте формата на вашите материали?
   ● Коя е най -здравата форма?
   ● Как бихте могли да подсилите материалите, за да ги направите по -здрави?
   ● Как ще свържете вашите материали без лента?
6. Предоставете на всеки екип своите материали.
7. Обяснете, че учениците трябва да развият кула от ежедневни предмети и че кулата трябва да издържа теглото на топка за голф за 2 минути. Теглото на топката за голф трябва да се поддържа близо до върха на кулата, като дъното на топката трябва да бъде не повече от 20% под горната височина на кулата.
8. Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
9. 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.
10. Учениците се срещат и разработват план за своята кула. Те се договарят за материалите, които ще им трябват, пишат/рисуват своя план и представят плана си пред класа. Екипите могат да търгуват неограничени материали с други екипи, за да разработят своя списък с идеални части.
11. Екипите изграждат своя дизайн.
12. Тествайте дизайна на кулата, като поставите топка за голф близо до върха на кулата, като дъното на топката е не повече от 20% под горната височина на кулата.
13. Екипите трябва да документират височината на своята кула и колко материали са използвали за изграждането на своята кула.
14. Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
15. За повече съдържание по темата вижте разделите „Приложения в реалния свят“ и „Копаене по -дълбоко“.

Отражение на ученика (инженерна тетрадка)

1. Опишете формата или конструкцията на кулата, която беше най -високата и спечели предизвикателството? С какво тази кула се различаваше от вашата, ако вашата не спечели?
2. Ако имахте възможност да направите този проект отново, какво би направил екипът ви по различен начин?
3. Смятате ли, че тази дейност е по -полезна като екип или бихте предпочели да работите сами по нея? Защо?
4. Ако можехте да използвате един допълнителен материал (лента, лепило, дървени пръчки, фолио - като примери) кой бихте избрали и защо?
5. Смятате ли, че след като сградата е проектирана и одобрена за строителство, много аспекти се променят по време на строителния процес? Защо или защо не?
6. Колко време мислите, че ще отнеме, преди да бъде построена сграда, която да надхвърля
   височината на Бурж Халифа? Къде мислите, че ще бъде построен? Защо?

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.

• Инженери: Изобретатели и решаващи проблеми на света. Двадесет и пет основни специалности са признати в инженерството (виж инфографиката).
• Инженерни навици на ума (EHM): Шест уникални начина, по които инженерите мислят.
• Процес на инженерно проектиране (EDP): Процесните инженери използват за решаване на проблеми.
• Критерии: Условия, на които дизайнът трябва да отговаря като общия му размер и т.н.
• Ограничения: Ограничения относно материала, времето, размера на екипа и др.
• Прототип: Работен модел на тестваното решение.
• Повторение: Тестът и редизайнът са една итерация. Повторете (множество повторения).
• Тегло: Силата, упражнявана върху обекта от гравитацията. (Единици: lbs/нютони).
• Процент: Част от цяло изразено в стотици (½ = 50%).

Интернет връзки

• Големите кули на Бурдж Халифа
• Проектиране и строителство на кули
• CN Tower

Препоръчителна четене

• Колко висок е висок ?: Сравняване на сгради (ISBN: 978-1432939557)
• Стоманобетонен дизайн на високи сгради (ISBN: 978-1439804803)
• Строителна технология за високи сгради (ISBN: 978-9812818614)

Писателска дейност

Напишете есе или параграф за това как инженерният напредък е довел до експлозивния растеж на вертикални сгради в началото на 20 век.

Привеждане в съответствие с учебните програми

Забележка: Плановете за уроци от тази поредица са съобразени с един или повече от следните набори от стандарти:

• S. Стандарти за научно образование (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Научни стандарти от следващо поколение (http://www.nextgenscience.org/)
• Стандарти на Международната технологична образователна асоциация за технологична грамотност (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Национален съвет на учителите по математика „Принципи и стандарти за училищна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. 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

• Характеристики и промени в популациите
• 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

• Разбиране за научното изследване

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки

В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за  Движения и сили

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии

В резултат на дейности в 5-8 клас всички ученици трябва да се развиват

• Способности за технологичен дизайн

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ F: Наука в лична и социална перспектива

В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за

• Население, ресурси и среда
• Рискове и ползи
• Наука и технологии в обществото

Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14 години) СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ G: История и природа на науката

В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за Историята 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

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки 

В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за движенията и силите

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
• Нарастване на населението
• Качество на околната среда
• Наука и технологии в местни, национални и глобални предизвикателства

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.

Движение и стабилност: Сили и взаимодействия

• 3-PS2-1. Планирайте и проведете разследване, за да предоставите доказателства за въздействието на балансирани и небалансирани сили върху движението на обект.

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.
• 3-5-ETS1-3. Планирайте и провеждайте справедливи тестове, при които променливите се контролират и точките за повреда се считат за идентифициране на аспекти на модел или прототип, които могат да бъдат подобрени.

Научни стандарти от следващо поколение 6-8 степени (на възраст 11-14)

Инжинерен дизайн 

Учениците, които демонстрират разбиране, могат:

• MS-ETS1-1. Определете критериите и ограниченията на проектния проблем с достатъчна прецизност, за да осигурите успешно решение, като вземете предвид съответните научни принципи и потенциалното въздействие върху хората и природната среда, което може да ограничи възможните решения.

Научни стандарти от следващо поколение 6-8 степени (на възраст 11-14)

Инжинерен дизайн 

• MS-ETS1-2 Оценявайте конкурентни дизайнерски решения, като използвате систематичен процес, за да определите колко добре отговарят на критериите и ограниченията на проблема.

Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти

Природата на технологиите

• Стандарт 1: Студентите ще развият разбиране за характеристиките и обхвата на технологията.

Технология и общество

• Стандарт 4: Студентите ще развият разбиране за културните, социалните, икономическите и политическите ефекти на технологиите.
• Стандарт 5: Учениците ще развият разбиране за въздействието на технологиите върху околната среда.
• 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.

Проектираният свят

• Стандарт 20: Студентите ще развият разбиране и ще могат да избират и използват строителни технологии.

Инженерна работа в екип и планиране

Вие сте част от екип инженери, изправени пред предизвикателството да построите най -високата кула, която можете да построите, използвайки само 50 сламки, 50 почистващи средства за тръби и 25 кламери.

Не е необходимо да използвате всички материали, но вашата кула трябва да издържи теглото на топка за голф за две минути. Топката за голф трябва да се поддържа близо до върха на кулата, като дъното на топката не трябва да е повече от 20% под горната височина на кулата.

Фаза на планиране и проектиране

Помислете за различните начини, по които можете да огъвате или променяте формата на сламки, почистващи средства за тръби и кламери. Можете да изрежете тези елементи, но не можете да използвате лента или други материали, за да ги свържете заедно. В полето по -долу начертайте плана си за кулата.

Строителна фаза

Изградете кулата си и я тествайте, за да видите дали може да поддържа топката за голф. След това отговорете на въпросите по -долу:

1. Колко подобен беше вашият дизайн на действителната кула, която сте построили?

2. Ако сте установили, че трябва да направите промени по време на етапа на строителството, опишете защо вашият екип е решил да направи ревизии.

3. Използвали ли сте всички части, предоставени ви? Дали някоя от частите е била използвана само за увеличаване на височината на кулата?

Представяне и измерване

Представете кулата си на класа и накарайте учителя си да измери височината на кулата. Имайте предвид, че топката за голф трябва да се поддържа близо до върха на кулата, като дъното на топката не трябва да бъде повече от 20% под горната височина на кулата. Ако топката е по -ниска от 10% отгоре, вашата кула ще бъде дисквалифицирана. Попълнете полето по -долу за вашата кула:

Оценка

Попълнете въпросите за оценка по -долу:

1. Опишете формата или конструкцията на кулата, която беше най -високата и спечели предизвикателството? С какво тази кула се различаваше от вашата, ако вашата не спечели?

2. Ако имахте възможност да направите този проект отново, какво би направил екипът ви по различен начин?

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

4. Ако можехте да използвате един допълнителен материал (лента, лепило, дървени пръчки, фолио - като примери) кой бихте избрали и защо?

5. Смятате ли, че след като сградата е проектирана и одобрена за строителство, много аспекти се променят по време на строителния процес? Защо или защо не?

6. Колко време мислите, че ще отнеме, преди да бъде построена сграда, която да надвишава височината на Бурдж Халифа? Къде мислите, че ще бъде построен? Защо?

• суахили