Interaktivní Gumball Machine
Tato lekce se zaměřuje na historii gumových strojů a potenciální a kinetickou energii. Studenti pracují v týmech, aby nejprve postavili gumovou skluzavku a poté interaktivní gumball automat.
- Prozkoumejte potenciál a kinetickou energii.
- Navrhněte a postavte interaktivní gumball automat.
- Implementujte proces konstrukčního návrhu, abyste vyřešili výzvu návrhu.
Věkové úrovně: 10-18
Stavět materiály (pro každý tým)
Požadované materiály pro aktivitu 2 a 3 (tabulka možností)
- Kartonové krabice
- 2 litrové plastové lahve
- papírové kelímky
- zmrzlinu hole
- Hmoždinky
- Špejle
- Hlína
- Čističe potrubí
- Nůžky
- Gumičky
- Řetězec
- Sponky
- Pořadače klipy
- Složky karet a/nebo souborů
- Kartonové kousky (rozřízněte několik krabic na kousky různé velikosti)
- Maskovací páska
- 6 'Hadice (izolátor potrubí podélně rozřízl na polovinu) - 1 za tým
- Nůž Xacto (pro učitele)
Testovací materiály
- Gumballs (nebo kuličky, které představují gumové koule, pokud vaše škola neumožňuje žvýkačku)
- papírové kelímky
- Koš na papír (pro mladší studenty)
Materiály
- Gumballs (nebo kuličky, které představují gumové koule, pokud vaše škola neumožňuje žvýkačku)
- papírové kelímky
- Koš na papíry (pro mladší děti)
Proces
Aktivita 2 - Každý tým testuje svůj design diapozitivů tím, že položí mramor na horní část diapozitivu a nechá jej srolovat do šálku. Studenti se mohou rozhodnout, kam by chtěli pohár umístit. Studenti by měli zdokumentovat, zda mramor zůstal na trati a zda přistál v poháru.
Aktivita 3 - Každý tým testuje konstrukci svého stroje na gumball tím, že umístí gumball do výchozího bodu v jeho stroji a umožní mu sledovat stopu, dokud nepřistane do poháru. Studenti by měli předvést, jak interaktivní prvek a smyčky fungují. Studenti by měli zdokumentovat, jak dlouho trvá žvýkačce přejít z počátečního bodu do poháru.
U mladších žáků použijte k zachycení žvýkaček místo košíčků odpadkový papír.
Aktivita 2 - Gumball Slide: Design Challenge
Jste tým inženýrů, kteří dostali výzvu navrhnout a postavit skluzavku, aby gumball mohl co nejrychleji sjet dolů a přistát v šálku. Gumová koule musí zůstat na trati a přistát v poháru. Skluzavka musí být schopná sama stát (samonosná).
Kritéria
- Gumball musí zůstat na „dráze“.
- Gumball musí přistát v šálku. (Kam umístíte pohár, je na vašem týmu)
- Snímek musí být samonosný (stát samostatně).
Omezení
- Nemůžete na gumovou gumu tlačit, aby začala.
- Používejte pouze dodané materiály.
- Týmy mohou obchodovat s neomezeným množstvím materiálů.
Aktivita 3 - Gumball Machine: Design Challenge
Jste tým inženýrů, kteří dostali výzvu navrhnout a postavit interaktivní gumový automat, který vtáhne zákazníky do hračkářství. Stroj musí mít jeden interaktivní prvek a minimálně jednu smyčku. Stroj také musí být schopen stát sám (samonosný) a být co nejvíce kreativní.
Kritéria
- Udržujte gumovou kouli na trati.
- Mít jeden interaktivní prvek.
- Mějte minimálně 1 smyčku.
- Buďte samonosní (stojte samostatně) a buďte maximálně kreativní.
Omezení
- Používejte pouze dodané materiály.
- Týmy mohou obchodovat s neomezeným množstvím materiálů.
- Rozdělte třídu na týmy po 3-4.
- Rozdejte pracovní list Interactive Gumball Machine a několik listů papíru pro skicování návrhů.
- Diskutujte o tématech v části Pojmy na pozadí.
- Aktivita 1: Přečtěte si historii gumových automatů a diskutujte jako hlavní výzvu v oblasti designu. Zeptejte se studentů, jaké automaty už někdy viděli a jaké by chtěli mít ve škole nebo ve svém městě.
- Aktivita 2: Gumball slide - vysvětlete studentům, že budou při vytváření gumballu zkoumat gravitaci a energii.
- Aktivita 3: Gumball Machine - Najděte si čas na diskusi o tom, co znamená interaktivní nebo interakce. Požádejte studenty, aby jej definovali, a poté poskytněte několik příkladů.
- Interakce- je druh akce, ke které dochází, když dva nebo více objektů na sebe navzájem působí.
- Interaktivní- jednající spolu navzájem.
- Příklad: Videohry- interakce mezi uživatelem a hrou. Je interaktivní, protože vyžaduje, aby se uživatel účastnil, aby se hra posunula vpřed.
- Abyste studenty přiměli přemýšlet o tom, jak bude jejich gumový automat interaktivní, můžete ukázat následující fotografie: (Přineste obrázky)
- Projděte si postup Engineering Design, výzvu k návrhu, kritéria, omezení a materiály pro každou aktivitu.
- Poskytněte každému týmu své materiály.
- Vysvětlete, že studenti musí absolvovat 3 činnosti.
- Aktivita 1: Naučte se historii gumového automatu.
- Aktivita 2: Navrhněte a postavte gumball slide.
- Aktivita 3: Navrhněte a postavte interaktivní gumball automat.
- Oznámte, kolik času jim musí navrhnout a postavit:
- Aktivita 1: Historie stroje Gumball (1/2 hodiny).
- Aktivita 2: Gumball Slide (1 hodina).
- Aktivita 3: Interaktivní hrací automat (1–2 hodiny).
- Použijte časovač nebo online stopky (funkce odpočítávání), abyste si udrželi čas. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Poskytněte studentům pravidelné „časové kontroly“, aby zůstali na úkolu. Pokud se potýkají, zeptejte se na otázky, které je dovedou rychleji k řešení.
- Studenti se setkají a vypracují plán aktivity 2: jejich gumball slide.
- Týmy staví svůj gumball slide.
- Každý tým testuje svůj design diapozitivů tím, že umístí mramor na horní část diapozitivu a nechá jej srolovat do šálku. Studenti se mohou rozhodnout, kam by chtěli pohár umístit. Studenti by měli zdokumentovat, zda mramor zůstal na trati a zda přistál v poháru.
- Diskutujte ve třídě pomocí následujících otázek:
- Co způsobí, že se gumová koule začne pohybovat po skluzu? (Gravitace)
- Jakou energii má gumová koule, než ji uvolníte? (Potenciální energie)
- Jakou energii má gumová koule poté, co ji uvolníte? (Kinetická energie)
- Kde najdete největší množství potenciální energie? Proč? (Horní část snímku, protože je nejvyšším bodem na snímku, PE = mgh)
- Kde najdete největší množství kinetické energie? Proč? (Spodní část snímku, protože gumová koule se tam bude pohybovat nejrychleji, KE = 1/2mv2)
- Funguje gumball? Proč? (Ano, působí na něj síla a pohybuje se o vzdálenost po snímku dolů, W = fd)
- Jak jste dosáhli toho, že vaše gumová koule šla po sjezdu rychleji? (Zvyšte sklon skluzavky nebo délku nebo obojí.)
- Kam umístíte svůj pohár, aby v něm gumová koule přistála? (U každého týmu to bude jiné.)
- Proč chce gumball pokračovat? (Momentum)
- Jak jsi mohl zpomalit žvýkačku? (Zaveďte tření)
- Studenti se setkají a vypracují plán aktivity 3: jejich interaktivní gumball automat.
- Týmy staví svůj interaktivní gumball automat.
- Každý tým testuje konstrukci svého stroje na gumball tak, že umístí gumball do výchozího bodu v jeho stroji a umožní mu sledovat stopu, dokud nepřistane do poháru. Studenti by měli předvést, jak interaktivní prvek a smyčky fungují. Studenti by měli zdokumentovat, jak dlouho trvá žvýkačce přejít z počátečního bodu do poháru. U mladších žáků použijte k zachycení žvýkaček místo košíčků odpadkový papír.
- Jako třída diskutujte o studentových reflexních otázkách.
- Další obsah k tomuto tématu naleznete v části „Kopání hlouběji“.
Studentská reflexe (technický notebook)
- Co šlo dobře?
- Co se nepovedlo?
- Jaký je váš oblíbený prvek vašeho interaktivního gumového automatu?
- Pokud byste měli čas znovu přepracovat, jaké změny byste provedli?
Úprava času
Lekci lze u starších studentů absolvovat za pouhou 1 hodinu. Aby však studentům pomohl cítit spěch a zajistil studentský úspěch (zejména u mladších studentů), rozdělte lekci na dvě období a dejte studentům více času na brainstorming, testování nápadů a dokončení jejich designu. Proveďte testování a vysvětlení v příštím semestru.
- Zrychlení: Rychlost, kterou objekt mění svou rychlost. Objekt zrychluje, pokud mění svou rychlost nebo směr. Objekt zrychluje, pokud mění svou rychlost (jak zrychluje, tak zpomaluje).
- Omezení: Omezení s materiálem, časem, velikostí týmu atd.
- Kritéria: Podmínky, které musí návrh splňovat, jako je jeho celková velikost atd.
- Energie: Schopnost konat práci. Pracujete, když používáte sílu (tlačení nebo tah) k vyvolání pohybu.
- Inženýři: Vynálezci a řešitelé problémů světa. Ve strojírenství je uznáváno XNUMX hlavních specialit (viz infografika).
- Proces inženýrského návrhu: Procesní inženýři používají k řešení problémů.
- Engineering Habits of Mind (EHM): Šest jedinečných způsobů, jak inženýři myslí.
- Síla: Zatlačení nebo zatažení na předmět vyplývající z interakce předmětu s jiným předmětem.
- Tření: Síla, která brání pohybu předmětu.
- Gravitace: Síla přitažlivosti, kterou předměty mají tendenci padat do středu Země.
- Interakce: Druh akce, ke které dochází, když na sebe dva nebo více objektů působí.
- Interaktivní: Jednání navzájem.
- Kinetická energie: Energie pohybu. Všechny pohybující se objekty mají kinetickou energii. Množství kinetické energie závisí na hmotnosti a rychlosti objektu. Vzorec pro kinetickou energii je KE=1/2mv2. [m = hmotnost předmětu, v = rychlost předmětu]
- Iterace: Test & redesign je jedna iterace. Opakujte (více iterací).
- Hmotnost: Množství hmoty v těle.
- Pohyb: Změna polohy tělesa s ohledem na čas měřená konkrétním pozorovatelem v referenčním rámci.
- Potenciální energie: Energie pozice. Množství potenciální energie závisí na hmotnosti a výšce objektu. Vzorec pro potenciální energii je PE=mgh. [m = hmotnost předmětu, g = gravitační zrychlení (9.8 m/s2 ), h = výška předmětu]
- Prototyp: Funkční model řešení, které má být testováno.
- Rychlost: Jak rychle se objekt pohybuje.
- Rychlost: Rychlost, kterou objekt mění svou polohu. Momentum: Hmotnost v pohybu. Velikost hybnosti závisí na tom, kolik věcí se pohybuje a jak rychle se věci pohybují.
- Hmotnost: Síla gravitační přitažlivosti Země na těleso.
- Práce: Síla působící na objekt, aby se posunul na určitou vzdálenost. Vzorec pro práci je W = fd. [f= síla působící na předmět, d = posunutí předmětu].
Doporučená literatura
- Prodejní automaty: Americká sociální historie (ISBN: 978-0786413690) Prodejní automaty (ISBN: 978-0981960012)
Psací činnost
- Nechte studenty, aby napsali krátké příběhy o „dni v životě“ svého gumového stroje. S kým se stroj na gumball setká a co se stane? Jak gumový automat změní život dětem, které z něj dostanou gumový míč?
- Studenti by také mohli vytvořit reklamu, aby do obchodu s hračkami přilákali více zákazníků. V reklamě by měly obsahovat interaktivní gumový automat. Proč by děti měly chodit do tohoto hračkářství? Proč je interaktivní gumový automat nutností navštívit?
Sladění s rámcovými osnovami
Poznámka: Plány lekcí v této sérii jsou sladěny s jednou nebo více z následujících sad standardů:
- Americké standardy pro vědecké vzdělávání (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Americké vědecké standardy nové generace (http://www.nextgenscience.org/)
- Normy Mezinárodní technologické vzdělávací asociace pro technologickou gramotnost (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- US National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Mathematics (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Společné americké základní státní normy pro matematiku (http://www.corestandards.org/Math)
- Sdružení učitelů informatiky K-12 Standardy počítačových věd (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Národní standardy vzdělávání v oblasti vědy Ročníky K-4 (věk 4-9)
OBSAH STANDARD A: Věda jako vyšetřování
V důsledku aktivit by se měli rozvíjet všichni studenti
- Schopnosti nutné k vědeckému průzkumu
- Porozumění vědeckému zkoumání
OBSAH STANDARD B: Fyzikální věda
V důsledku aktivit by si všichni studenti měli porozumět
- Světlo, teplo, elektřina a magnetismus
OBSAH STANDARD E: Věda a technologie
V důsledku aktivit by se měli rozvíjet všichni studenti
- Porozumění vědě a technice
Národní standardy vzdělávání v oblasti vědy Ročníky 5-8 (věk 10-14)
OBSAH STANDARD A: Věda jako vyšetřování
V důsledku aktivit by se měli rozvíjet všichni studenti
- Schopnosti nutné k vědeckému průzkumu
- Porozumění vědeckému zkoumání
OBSAH STANDARD B: Fyzikální věda
V důsledku svých aktivit by si všichni studenti měli porozumět
- Vlastnosti a změny vlastností v hmotě
- Přenos energie
OBSAH STANDARD E: Věda a technologie
V důsledku aktivit by se měli rozvíjet všichni studenti
- Porozumění vědě a technice
Vědecké standardy příští generace stupně 3-5 (věk 8–11)
Záležitost a její interakce
Studenti, kteří prokáží porozumění, mohou:
- 2-PS1-2. Analyzujte data získaná testováním různých materiálů a určete, které materiály mají vlastnosti, které jsou pro zamýšlený účel nejvhodnější.
- 5-PS1-3. Proveďte pozorování a měření k identifikaci materiálů na základě jejich vlastností
Standardy pro technologickou gramotnost - všechny věkové kategorie
Design
- Standard 10: Studenti si osvojí porozumění roli při odstraňování problémů, výzkumu a vývoji, invenci a inovaci a experimentování při řešení problémů.
Scénář
Místní obchod s hračkami musí přilákat více zákazníků, a proto požádali vaši třídu, aby jim pomohla vytvořením speciálního displeje, který bude umístěn uprostřed obchodu a bude bavit děti- interaktivní gumový automat!
Design Challenge
Navrhněte a postavte zábavný interaktivní gumball automat, který vtáhne zákazníky do obchodu s hračkami.
Kritéria
Všechny návrhy musí:
- udržet gumball na trati,
- mít jeden interaktivní prvek,
- mít minimálně 1 smyčku,
- být samonosný (stát samostatně) a
- být co nejvíce kreativní.
Omezení
- Musíte použít pouze poskytnuté materiály.
Členové týmu:_____________________________________________
Název interaktivního stroje Gumball: __________________________________________
Fáze plánování
Sejděte se jako tým a proberte problém, který potřebujete vyřešit. Poté vytvořte a odsouhlaste návrh svého gumového stroje. Budete muset určit, jaké materiály chcete použít. Nakreslete svůj návrh do pole níže a nezapomeňte uvést popis a počet dílů, které plánujete použít.
Brainstorm designy pro váš gumball slide:
Vyberte si svůj nejlepší design a načrtněte jej zde:
Fáze výstavby
Sestavte si gumový stroj. Během stavby se můžete rozhodnout, že potřebujete další materiály nebo že se váš design musí změnit. To je v pořádku - stačí vytvořit nový náčrt a zrevidovat seznam materiálů.
Fáze testování
Každý tým si vyzkouší svůj gumový stroj. Pokud váš návrh nebyl úspěšný, předělejte ho a zkuste to znovu, dokud s tím nebudete spokojeni. Nezapomeňte sledovat testy ostatních týmů a sledovat, jak fungovaly jejich různé návrhy.
Načrtněte svůj konečný návrh
Fáze hodnocení
Vyhodnoťte výsledky svých týmů, vyplňte hodnotící list a prezentujte svá zjištění třídě.
Tento list použijte k vyhodnocení výsledků svého týmu v lekci Interactive Gumball Machine:
- Co šlo dobře?
- Co se nepovedlo?
- Jaký je váš oblíbený prvek vašeho interaktivního gumového automatu?
- Pokud byste měli čas znovu přepracovat, jaké změny byste provedli?