Interaktiv gumballmaskine

Byggematerialer (for hvert hold)

Nødvendige materialer til både aktivitet 2 og 3 (tabel over muligheder)

• Papkasser  
• 2 liter plastflasker  
• kopper  
• popsicle pinde  
• Dyvler 
• spyd  
• Clay  
• Rørrensere  
• Saks  
• Elastikker 
• String  
• Papirclips  
• Binderklip  
• Karton og/eller filmapper  
• Kartonstykker (skær et par kasser i stykker af forskellig størrelse)  
• Afdækningstape  
• 6 'slange (rørisolator skåret i to på langs) - 1 pr. Hold  
• Xacto -kniv (til lærer)   

Testmaterialer

• Gumballs (eller kugler til at repræsentere gumballs, hvis din skole ikke tillader tyggegummi)
• kopper
• Papirkurv (til yngre studerende)

1. Del klassen i hold på 3-4.
2. Del det interaktive Gumball Machine -regneark ud, samt nogle ark papir til skitsering af designs.
3. Diskuter emnerne i afsnittet Baggrundskoncepter.
   • Aktivitet 1: Læs historien bag gumballmaskiner og diskuter som led i den største designudfordring. Spørg eleverne, hvilken slags automater de har set før, og hvilken slags automater de gerne vil have i skolen eller i deres by/by.
   • Aktivitet 2: Gumball slide - Forklar for eleverne, at de vil udforske tyngdekraften og energien, når de laver deres gumball slide.
   • Aktivitet 3: Gumballmaskine - Tag dig tid til at diskutere, hvad interaktion eller interaktion betyder. Bed eleverne om at definere det og giv derefter nogle eksempler.
     • Interaktion- er en slags handling, der opstår, da to eller flere objekter har indvirkning på hinanden.
     • Interaktiv- handler med hinanden.
       • Eksempel: Videospil- interaktion mellem bruger og spil. Det er interaktivt, fordi det kræver, at brugeren deltager for at spillet kan komme videre.
     • For at få eleverne til at tænke over, hvordan deres gumballmaskine vil være interaktive, kan du vise billederne herunder: (Bring billeder ind)
4. Gennemgå ingeniørdesignprocessen, designudfordringen, kriterier, begrænsninger og materialer for hver aktivitet.
5. Giv hvert hold deres materialer.
6. Forklar, at eleverne skal gennemføre 3 aktiviteter.
   • Aktivitet 1: Lær historien om gumballmaskinen.
   • Aktivitet 2: Design og opbyg et gumball -dias.
   • Aktivitet 3: Design og opbyg en interaktiv gumballmaskine.
7. Annoncer den tid, de har til at designe og bygge:
   • Aktivitet 1: Gumballmaskinens historie (1/2 time).
   • Aktivitet 2: Gumball Slide (1 time).
   • Aktivitet 3: Interaktiv gumballmaskine (1-2 timer).
8. Brug en timer eller et online stopur (nedtællingsfunktion) for at sikre, at du holder tiden. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Giv eleverne regelmæssige "tidstjek", så de fortsætter med opgaven. Hvis de kæmper, skal du stille spørgsmål, der vil føre dem til en hurtigere løsning.
9. Eleverne mødes og udvikler en plan for aktivitet 2: deres gumball -dias.
10. Hold bygger deres gumball -dias.
11. Hvert hold tester deres diasdesign ved at placere marmoren øverst på deres dias og lade det rulle ind i en kop. Eleverne kan bestemme, hvor de gerne vil placere koppen. Eleverne skal dokumentere, om marmoren blev på banen, og om den landede i koppen.
12. Hold en klassediskussion ved hjælp af følgende spørgsmål:
    • Hvad får gumballen til at begynde at bevæge sig ned ad diaset? (Tyngdekraft)
    • Hvilken slags energi har gummibolden, før du slipper den? (Potentiel energi)
    • Hvilken slags energi har tyggegummi efter du har frigivet den? (Kinetisk energi)
    • Hvor finder du den største mængde potentiel energi? Hvorfor? (Toppen af ​​diaset, fordi det er det højeste punkt på diaset, PE = mgh)
    • Hvor finder du den største mængde kinetisk energi? Hvorfor? (Nederst på diaset, fordi gumballen bevæger sig hurtigst der, KE = 1/2mv2)
    • Gummibolden gør arbejde? Hvorfor? (Ja, den har kraft, der virker på den og bevæger sig et stykke ned ad diaset, W = fd)
    • Hvordan fik du din tyggegummi til at gå hurtigere ned af rutsjebanen? (Forøg diasets hældning eller længden eller begge dele.)
    • Hvor vil du placere din kop, for at gumballen skal lande i den? (Dette vil være forskelligt for hvert hold.)
    • Hvorfor vil gumballen fortsætte? (Momentum)
    • Hvordan kunne du bremse tyggegummi? (Indfør friktion)
13. Eleverne mødes og udvikler en plan for aktivitet 3: deres interaktive gumballmaskine.
14. Hold bygger deres interaktive gumballmaskine.
15. Hvert hold tester deres gumballmaskindesign ved at placere gumballen på et udgangspunkt i deres maskine og lade det følge sporet, indtil det lander i en kop. Eleverne skal demonstrere, hvordan det interaktive element og loop (er) fungerer. Eleverne skal dokumentere, hvor lang tid det tager gumball at gå fra startpunktet til koppen. Til yngre elever skal du bruge en papirkurv i stedet for kopper til at fange tyggegummikuglerne.
16. Som klasse kan du diskutere de studerendes refleksionsspørgsmål.
17. For mere indhold om emnet, se afsnittet "Graver dybere".

Studentrefleksion (ingeniørbog)

1. Hvad gik godt?
2. Hvad gik ikke godt?
3. Hvad er dit yndlingselement i din interaktive gumballmaskine?
4. Hvis du havde tid til at redesigne igen, hvilke ændringer ville du foretage?

Lektionen kan udføres på kun 1 klasse for ældre elever. For at hjælpe eleverne fra at føle sig forhastet og for at sikre elevernes succes (især for yngre studerende), opdel lektionen i to perioder, så eleverne får mere tid til at brainstorme, teste ideer og færdiggøre deres design. Udfør afprøvningen og debriefen i den næste klasseperiode.

• Acceleration: Den hastighed, hvormed et objekt ændrer sin hastighed. Et objekt accelererer, hvis det ændrer sin hastighed eller retning. Et objekt accelererer, hvis det ændrer sin hastighed (både accelererer eller sænker farten). 
• Begrænsninger: Begrænsninger med materiale, tid, teamstørrelse osv.
• Kriterier: Betingelser som designet skal opfylde som dets samlede størrelse mv.
• Energi: Evnen til at udføre arbejde. Du arbejder, når du bruger en kraft (skub eller træk) til at forårsage bevægelse.  
• Ingeniører: Verdens opfindere og problemløsere. Femogtyve store specialer anerkendes inden for ingeniørvidenskab (se infografik).
• Engineering Design Process: Procesingeniører bruger til at løse problemer. 
• Engineering Habits of Mind (EHM): Seks unikke måder, ingeniører tænker på.
• Kraft: Et skub eller træk på en genstand som følge af en genstands interaktion med en anden genstand.  
• Friktion: En kraft, der modstår bevægelse af et objekt.
• Tyngdekraft: Den tiltrækningskraft, hvormed objekter har tendens til at falde mod jordens centrum.  
• Interaktion: En slags handling, der opstår, når to eller flere objekter har en effekt på hinanden.  
• Interaktiv: Handler med hinanden. 
• Kinetisk energi: Bevægelsesenergi. Alle objekter i bevægelse har kinetisk energi. Mængden af ​​kinetisk energi afhænger af et objekts masse og hastighed. Formlen for kinetisk energi er KE=1/2mv2. [m = objektets masse, v = objektets hastighed]
• Iteration: Test & redesign er én iteration. Gentag (flere iterationer).
• Masse: Mængden af ​​stof i en krop.  
• Bevægelse: En ændring i en krops position i forhold til tid målt af en bestemt observatør i en referenceramme. 
• Potentiel energi: Positionens energi. Mængden af ​​potentiel energi afhænger af massen og højden af ​​et objekt. Formlen for potentiel energi er PE=mgh. [m = objektets masse, g = tyngdeacceleration (9.8 m/s2 ), h = objektets højde]  
• Prototype: En arbejdsmodel af den løsning, der skal testes.
• Hastighed: Hvor hurtigt et objekt bevæger sig.  
• Hastighed: Den hastighed, hvormed et objekt ændrer sin position. Momentum: Masse i bevægelse. Mængden af ​​momentum afhænger af, hvor meget ting, der bevæger sig, og hvor hurtigt tingene bevæger sig. 
• Vægt: Kraften af ​​jordens tyngdekraft på kroppen.  
• Arbejde: Tving, der virker på et objekt for at flytte det over en afstand. Formlen for arbejde er W = fd. [f= kraft påført objekt, d = forskydning af objekt].

Anbefalet læsning

• Vending Machines: An American Social History (ISBN: 978-0786413690) Vending Machines (ISBN: 978-0981960012)

Skriveaktivitet 

• Få eleverne til at skrive noveller om en “dag i livet” i deres tyggegummi -maskine. Hvem møder gumballmaskinen, og hvad sker der? Hvordan ændrer gumballmaskinen livet for de børn, der får en gumball fra det?  
• Studerende kunne også oprette en annonce for at trække flere kunder ind i legetøjsbutikken. De skal have den interaktive gumballmaskine i annoncen. Hvorfor skal børn komme til denne legetøjsbutik? Hvorfor er den interaktive gumballmaskine et must at besøge?

Tilpasning til pensumrammer

Bemærk: Lektionsplaner i denne serie er tilpasset et eller flere af følgende sæt standarder:  

• Amerikanske videnskabsuddannelsesstandarder (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Amerikanske næste generations videnskabsstandarder (http://www.nextgenscience.org/) 
• International Technology Education Association's standarder for teknologisk litteratur (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• US National Council of Teachers of Mathematics 'Principper og standarder for skolematematik (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• US Common Core State Standards for Mathematics (http://www.corestandards.org/Math)
• Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

National Science Education Standards Karakter K-4 (4-9 år)

INDHOLD STANDARD A: Videnskab som forespørgsel

Som et resultat af aktiviteter bør alle elever udvikle sig

• Evner nødvendige for at foretage videnskabelig undersøgelse 
• Forståelse om videnskabelig undersøgelse 

INDHOLD STANDARD B: Fysisk videnskab

Som et resultat af aktiviteterne bør alle elever udvikle en forståelse for

• Lys, varme, elektricitet og magnetisme 

INDHOLD STANDARD E: Videnskab og teknologi 

Som et resultat af aktiviteter bør alle elever udvikle sig

• Forståelse for videnskab og teknologi 

National Science Education Standards 5.-8. Klasse (10-14 år)

INDHOLD STANDARD A: Videnskab som forespørgsel

Som et resultat af aktiviteter bør alle elever udvikle sig

• Evner nødvendige for at foretage videnskabelig undersøgelse 
• Forståelse om videnskabelig undersøgelse 

INDHOLD STANDARD B: Fysisk videnskab

Som et resultat af deres aktiviteter bør alle elever udvikle en forståelse for

• Egenskaber og ændringer af egenskaber i materie 
• Overførsel af energi 

INDHOLD STANDARD E: Videnskab og teknologi

Som et resultat af aktiviteter bør alle elever udvikle sig

• Forståelse om videnskab og teknologi 

Næste generations videnskabsstandarder, grad 3-5 (alder 8-11)

Materiale og dets interaktioner 

Studerende, der viser forståelse, kan:

• 2-PS1-2. Analyser data fra test af forskellige materialer for at afgøre, hvilke materialer der har de egenskaber, der er bedst egnede til et bestemt formål.
• 5-PS1-3. Gør observationer og målinger for at identificere materialer baseret på deres egenskaber

Standarder for teknologisk litteratur - alle aldre

Design

• Standard 10: Studerende vil udvikle en forståelse af rollen som fejlfinding, forskning og udvikling, opfindelse og innovation og eksperimentering i problemløsning.

• arabisk
• kinesisk
• Fransk
• Tysk
• japansk
• Portugisisk
• russisk
• Spansk