Interaktivni Gumball Machine

Građevinski materijali (za svaki tim)

Potrebni materijali za aktivnost 2 i 3 (tabela mogućnosti)

• Kartonske kutije  
• Plastične boce od 2 litra  
• Papirne čaše  
• Palice od maka  
• Klinovi 
• Ražnjići  
• glina  
• Sredstva za čišćenje cijevi  
• škare  
• Gumene trake 
• niz  
• Spajalice  
• Spajalice  
• Mape sa karticama i / ili datotekama  
• Kartonski komadi (izrežite nekoliko kutija na komade različitih veličina)  
• Samoljepljiva traka  
• 6 'cijevi (izolator cijevi prepolovljen po dužini) - 1 po timu  
• Xacto nož (za učitelja)   

Materijali za ispitivanje

• Gumballs (ili kuglice za predstavljanje gumenih kuglica ako vaša škola ne dozvoljava gume)
• Papirne čaše
• Korpa za otpadni papir (za mlađe učenike)

1. Razbijte razred u timove od 3-4.
2. Podijelite radni list Interactive Gumball Machine, kao i neke listove papira za skiciranje dizajna.
3. Razgovarajte o temama u odjeljku Pozadina.
   • Aktivnost 1: Pročitajte istoriju mašina za gumenje i razgovarajte o tome kao glavnom izazovu u dizajnu. Pitajte učenike kakve su automate već vidjeli i kakve automate bi željeli imati u školi ili u svom gradu.
   • Aktivnost 2: Gumball tobogan - Objasnite učenicima da će istraživati ​​gravitaciju i energiju prilikom pravljenja gumbol tobogana.
   • Aktivnost 3: Gumball Machine - Odvojite vrijeme i razgovarajte o tome šta interakcija ili interakcija znače. Zamolite studente da ga definiraju, a zatim navedite neke primjere.
     • Interakcija - vrsta je radnje koja se događa kada dva ili više predmeta djeluju jedni na druge.
     • Interaktivno - međusobno djeluju.
       • Primjer: Video igre - interakcija između korisnika i igre. Interaktivan je jer od korisnika zahtijeva sudjelovanje kako bi se igra krenula naprijed.
     • Da biste studente potakli na razmišljanje o tome kako će njihov gumball uređaj biti interaktivan, možete pokazati fotografije ispod: (Unesite slike)
4. Pregledajte postupak inženjerskog dizajna, izazov za dizajn, kriterije, ograničenja i materijale za svaku aktivnost.
5. Obezbedite svaki tim svojim materijalima.
6. Objasnite da studenti moraju izvršiti 3 aktivnosti.
   • Aktivnost 1: Naučite historiju gumenog aparata.
   • Aktivnost 2: Dizajn i izgradnja gumenog tobogana.
   • Aktivnost 3: Dizajnirajte i napravite interaktivnu gumenu mašinu.
7. Najavite koliko im je vremena potrebno za dizajn i izgradnju:
   • Aktivnost 1: Istorija Gumball mašine (1/2 sata).
   • Aktivnost 2: Gumball slajd (1 sat).
   • Aktivnost 3: Interaktivni stroj za gumbol (1-2 sata).
8. Upotrijebite tajmer ili on-line štopericu (funkcija odbrojavanja) kako biste osigurali da budete na vremenu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dajte učenicima redovne „vremenske provjere“ kako bi ostali na zadatku. Ako se muče, postavljajte pitanja koja će ih brže dovesti do rješenja.
9. Učenici se sastaju i razvijaju plan za aktivnost 2: njihov tobogan.
10. Timovi grade svoj tobogan.
11. Svaki tim testira svoj dizajn slajdova postavljanjem mramora na vrh slajda i puštanjem da se kotrlja u šolju. Studenti mogu odlučiti gdje bi željeli staviti čašu. Studenti bi trebali dokumentovati je li mramor ostao na stazi i je li pao u šalicu.
12. Vodite diskusiju na času koristeći sljedeća pitanja:
    • Zbog čega se gumenjak počinje kretati niz tobogan? (Gravitacija)
    • Kakvu energiju ima gumica prije nego što je oslobodite? (Potencijalna energija)
    • Kakvu energiju ima gumica nakon što je oslobodite? (Kinetička energija)
    • Gdje ćete pronaći najveću količinu potencijalne energije? Zašto? (Vrh klizača, jer je to najviša točka klizača, PE = mgh)
    • Gdje ćete pronaći najveću količinu kinetičke energije? Zašto? (Dno klizača, jer će se gumica tamo najbrže kretati, KE = 1 / 2mv2)
    • Da li gumenjak radi? Zašto? (Da, na nju djeluje sila koja pomiče udaljenost niz tobogan, W = fd)
    • Kako ste napravili da vaša gumenjak brže ide niz tobogan? (Povećajte nagib klizača ili dužinu ili oboje.)
    • Gdje ćete smjestiti svoju šalicu kako bi gumenjak u nju sletio? (Ovo će biti različito za svaki tim.)
    • Zašto gumenjak želi nastaviti dalje? (Zamah)
    • Kako si mogao usporiti gumenu gumicu? (Uvesti trenje)
13. Studenti se sastaju i razvijaju plan za Aktivnost 3: njihov interaktivni stroj za gumenje.
14. Timovi grade svoju interaktivnu gumenu mašinu.
15. Svaki tim testira svoj dizajn gumene mašine postavljanjem gumene lopte na početnu točku unutar svoje mašine i omogućavanjem praćenja staze dok ne padne u čašu. Studenti bi trebali pokazati kako funkcioniraju interaktivni elementi i petlje. Studenti bi trebali dokumentirati koliko je vremena gumenoj gumici potrebno da krene od početne točke do šalice. Za mlađe učenike umjesto šalica koristite košaru za otpad da biste uhvatili gume.
16. Kao razred, razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.
17. Za više sadržaja o temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".

Refleksija učenika (inženjerska sveska)

1. Šta je prošlo dobro?
2. Šta nije dobro prošlo?
3. Koji je vaš omiljeni element vaše interaktivne gumene mašine?
4. Da imate vremena za ponovni dizajn, koje biste promjene unijeli?

Lekcija se može izvoditi za samo 1 čas za starije učenike. Međutim, da biste učenicima pomogli da se osjećaju požurivano i kako bi osigurali uspjeh učenika (posebno za mlađe učenike), podijelite lekciju u dva razdoblja dajući učenicima više vremena za mozganje, testiranje ideja i doradu njihovog dizajna. Sprovedite testiranje i brifing u narednom periodu nastave.

• Ubrzanje: Brzina kojom objekt mijenja svoju brzinu. Objekt ubrzava ako mijenja svoju brzinu ili smjer. Objekt ubrzava ako mijenja svoju brzinu (i ubrzava i usporava). 
• Ograničenja: Ograničenja u pogledu materijala, vremena, veličine tima, itd.
• Kriterijumi: Uslovi koje dizajn mora zadovoljiti, kao što su ukupna veličina, itd.
• Energija: sposobnost za obavljanje posla. Radite kada koristite silu (guranje ili povlačenje) da izazovete kretanje.  
• Inženjeri: izumitelji i rješavači problema svijeta. U inženjerstvu je priznato dvadeset pet glavnih specijalnosti (pogledajte infografiku).
• Proces inženjerskog dizajna: Procesni inženjeri koriste za rješavanje problema. 
• Inženjerske navike uma (EHM): Šest jedinstvenih načina na koje inženjeri razmišljaju.
• Sila: Guranje ili povlačenje objekta kao rezultat interakcije objekta s drugim objektom.  
• Trenje: sila koja se opire kretanju objekta.
• Gravitacija: sila privlačenja kojom objekti teže da padnu prema centru zemlje.  
• Interakcija: Vrsta radnje koja se javlja kada dva ili više objekata utiču jedan na drugog.  
• Interaktivno: jedni s drugima. 
• Kinetička energija: Energija kretanja. Svi pokretni objekti imaju kinetičku energiju. Količina kinetičke energije ovisi o masi i brzini objekta. Formula za kinetičku energiju je KE=1/2mv2. [m = masa objekta, v = brzina objekta]
• Iteracija: Test & redizajn je jedna iteracija. Ponavljanje (više ponavljanja).
• Masa: Količina materije u telu.  
• Kretanje: Promjena položaja tijela u odnosu na vrijeme mjerena od strane određenog posmatrača u referentnom okviru. 
• Potencijalna energija: Energija položaja. Količina potencijalne energije ovisi o masi i visini objekta. Formula za potencijalnu energiju je PE=mgh. [m = masa objekta, g = ubrzanje zbog gravitacije (9.8 m/s2), h = visina objekta]  
• Prototip: Radni model rješenja za testiranje.
• Brzina: Brzina kretanja objekta.  
• Brzina: Brzina kojom objekt mijenja svoju poziciju. Momentum: Masa u pokretu. Količina zamaha ovisi o tome koliko se stvari kreću i koliko brzo se stvari kreću. 
• Težina: sila gravitacionog privlačenja Zemlje na tijelo.  
• Rad: Prisilno djelovanje na objekt da ga pomakne na daljinu. Formula za rad je W = fd. [f= sila primijenjena na objekt, d = pomak objekta].

Preporučeno čitanje

• Automati: američka društvena istorija (ISBN: 978-0786413690) Automati (ISBN: 978-0981960012)

Aktivnost pisanja 

• Neka studenti napišu kratke priče o „danu u životu“ njihove gumene mašine. Koga sreće mašina za gumicu i šta se događa? Kako aparat za gumicu mijenja život djece koja od njega dobiju gumicu?  
• Studenti bi takođe mogli napraviti oglas kako bi privukli više kupaca u prodavnicu igračaka. U oglasu bi trebali sadržavati interaktivni stroj za gumenje. Zašto bi djeca trebala doći u ovu trgovinu igračaka? Zašto je interaktivni aparat za gumbolku koji morate posjetiti?

Usklađivanje sa okvirnim programima

Bilješka: Planovi lekcija u ovoj seriji usklađeni su s jednim ili više sljedećih skupova standarda:  

• Američki standardi za naučno obrazovanje (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Američki standardi nauke sljedeće generacije (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standardi za tehnološku pismenost Međunarodnog udruženja za tehnološko obrazovanje (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Američko nacionalno vijeće nastavnika matematike Principi i standardi za školsku matematiku (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Zajednički osnovni američki državni standardi za matematiku (http://www.corestandards.org/Math)
• Udruženje nastavnika informatike K-12 Standardi računarske nauke (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nacionalni standardi naučnog obrazovanja Razredi K-4 (uzrast 4 - 9)

SADRŽAJ STANDARD A: Nauka kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za obavljanje naučnog istraživanja 
• Razumijevanje naučnog istraživanja 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizičke nauke

Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje

• Svjetlost, toplota, električna energija i magnetizam 

SADRŽAJ STANDARD E: Nauka i tehnologija 

Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati

• Razumevanje nauke i tehnologije 

Nacionalni standardi naučnog obrazovanja Razredi 5-8 (uzrast 10 - 14 godina)

SADRŽAJ STANDARD A: Nauka kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za obavljanje naučnog istraživanja 
• Razumijevanje o naučnom istraživanju 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizičke nauke

Kao rezultat svojih aktivnosti, svi učenici bi trebali razviti razumijevanje

• Svojstva i promjene svojstava u materiji 
• Prijenos energije 

SADRŽAJ STANDARD E: Nauka i tehnologija

Kao rezultat aktivnosti, svi učenici bi se trebali razvijati

• Razumijevanje nauke i tehnologije 

Naučni standardi nove generacije, razredi 3-5 (uzrast 8-11)

Materija i njene interakcije 

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• 2-PS1-2. Analizirajte podatke dobijene ispitivanjem različitih materijala kako biste utvrdili koji materijali imaju svojstva koja su najprikladnija za predviđenu svrhu.
• 5-PS1-3. Obavljajte zapažanja i mjerenja kako biste identificirali materijale na osnovu njihovih svojstava

Standardi za tehnološku pismenost - sva doba

dizajn

• Standard 10: Studenti će razviti razumijevanje uloge rješavanja problema, istraživanja i razvoja, pronalaska i inovacija i eksperimentiranja u rješavanju problema.

• arapski
• Kineski
• francuski
• njemački
• japanski
• portugalski
• ruski
• španski