Interaktiver Kaugummiautomat

Baumaterialien (für jedes Team)

Erforderliche Materialien für Aktivität 2 & 3 (Tabelle der Möglichkeiten)

• Kartons  
• 2 Liter Plastikflaschen  
• Papierbecher  
• Eisstielen  
• Dübel 
• Spieße  
• Essbarer Ton  
• Pfeifenreiniger  
• Schere  
• Gummibänder 
• Schnur  
• Büroklammern  
• Büroklammern  
• Kartenvorrat und/oder Aktenordner  
• Kartonstücke (ein paar Kartons in unterschiedlich große Stücke schneiden)  
• Abdeckband  
• 6' Schlauch (Rohrisolator längs halbiert) – 1 pro Team  
• Xacto-Messer (für Lehrer)   

Testmaterialien

• Kaugummis (oder Murmeln, um Kaugummis darzustellen, wenn deine Schule kein Kaugummi erlaubt)
• Papierbecher
• Papierkorb (für jüngere Schüler)

1. Teilen Sie die Klasse in Teams von 3-4 Personen auf.
2. Verteilen Sie das Arbeitsblatt für den interaktiven Kaugummiautomaten sowie einige Blätter Papier zum Skizzieren von Designs.
3. Besprechen Sie die Themen im Abschnitt Hintergrundkonzepte.
   • Aktivität 1: Lesen Sie die Geschichte hinter Kaugummiautomaten und diskutieren Sie als Einstieg in die Hauptherausforderung des Designs. Fragen Sie die Schüler, welche Automaten sie schon einmal gesehen haben und welche Automaten sie gerne in der Schule oder in ihrer Stadt hätten.
   • Aktivität 2: Kaugummirutsche – Erklären Sie den Schülern, dass sie beim Herstellen ihrer Kaugummirutsche Schwerkraft und Energie erforschen werden.
   • Aktivität 3: Kaugummiautomat – Nehmen Sie sich Zeit, um zu besprechen, was Interaktiv oder Interaktion bedeutet. Bitten Sie die Schüler, es zu definieren und geben Sie dann einige Beispiele.
     • Interaktion – ist eine Art von Aktion, die auftritt, wenn zwei oder mehr Objekte aufeinander einwirken.
     • Interaktiv – miteinander agieren.
       • Beispiel: Videospiele – Interaktion zwischen Benutzer und Spiel. Es ist interaktiv, weil es erfordert, dass der Benutzer mitmacht, damit das Spiel vorankommt.
     • Um die Schüler dazu zu bringen, darüber nachzudenken, wie ihr Kaugummiautomat interaktiv sein wird, können Sie die folgenden Fotos zeigen: (Bringen Sie Bilder ein)
4. Überprüfen Sie den Konstruktionsprozess, die Designherausforderung, die Kriterien, Einschränkungen und Materialien für jede Aktivität.
5. Stellen Sie jedem Team seine Materialien zur Verfügung.
6. Erklären Sie, dass die Schüler 3 Aktivitäten absolvieren müssen.
   • Aktivität 1: Lernen Sie die Geschichte des Kaugummiautomaten kennen.
   • Aktivität 2: Entwerfen und bauen Sie eine Kaugummirutsche.
   • Aktivität 3: Entwerfen und bauen Sie einen interaktiven Kaugummiautomaten.
7. Geben Sie die Zeit an, die sie zum Entwerfen und Bauen haben:
   • Aktivität 1: Geschichte des Kaugummiautomaten (1/2 Stunde).
   • Aktivität 2: Kaugummirutsche (1 Stunde).
   • Aktivität 3: Interaktiver Kaugummiautomat (1-2 Stunden).
8. Verwenden Sie einen Timer oder eine Online-Stoppuhr (Countdown-Funktion), um sicherzustellen, dass Sie pünktlich sind. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geben Sie den Schülern regelmäßige „Zeitprüfungen“, damit sie bei der Arbeit bleiben. Wenn sie Probleme haben, stellen Sie Fragen, die sie schneller zu einer Lösung führen.
9. Die Schüler treffen sich und entwickeln einen Plan für Aktivität 2: ihre Kaugummirutsche.
10. Die Teams bauen ihre Kaugummirutsche.
11. Jedes Team testet sein Rutschendesign, indem es die Murmel oben auf seine Rutsche legt und in eine Tasse rollen lässt. Die Schüler können selbst entscheiden, wo sie die Tasse platzieren möchten. Die Schüler sollten dokumentieren, ob die Murmel auf der Schiene geblieben ist und ob sie in der Tasse gelandet ist.
12. Führen Sie eine Klassendiskussion mit den folgenden Fragen:
    • Was bringt den Kaugummi dazu, sich auf der Rutsche nach unten zu bewegen? (Schwere)
    • Welche Energie hat der Kaugummi, bevor Sie ihn loslassen? (Potenzielle Energie)
    • Welche Energie hat der Kaugummi, nachdem Sie ihn losgelassen haben? (Kinetische Energie)
    • Wo finden Sie die größte potenzielle Energie? Wieso den? (Die Oberseite der Folie, weil es der höchste Punkt auf der Folie ist, PE=mgh)
    • Wo finden Sie die größte kinetische Energie? Wieso den? (Der untere Teil der Folie, da sich der Kaugummi dort am schnellsten bewegt, KE=1/2mv2 )
    • Verrichtet der Kaugummi seine Arbeit? Wieso den? (Ja, es wirkt Kraft und bewegt sich eine Strecke nach unten, W= fd)
    • Wie hast du dafür gesorgt, dass dein Kaugummi schneller die Rutsche hinunterfliegt? (Erhöhen Sie die Neigung der Rutsche oder die Länge oder beides.)
    • Wo werden Sie Ihren Becher platzieren, damit der Kaugummi darin landet? (Dies wird für jedes Team unterschiedlich sein.)
    • Warum will der Kaugummi weitermachen? (Schwung)
    • Wie könntest du den Kaugummi verlangsamen? (Reibung einführen)
13. Die Schüler treffen sich und entwickeln einen Plan für Aktivität 3: ihren interaktiven Kaugummiautomaten.
14. Die Teams bauen ihren interaktiven Kaugummiautomaten.
15. Jedes Team testet sein Kaugummiautomaten-Design, indem es den Kaugummiball an einem Startpunkt in seinem Automaten platziert und ihm erlaubt, der Spur zu folgen, bis er in einem Becher landet. Die Schüler sollten demonstrieren, wie das interaktive Element und die Schleife(n) funktionieren. Die Schüler sollen dokumentieren, wie lange der Kaugummi vom Startpunkt bis zum Becher braucht. Verwenden Sie für jüngere Schüler einen Papierkorb anstelle von Bechern, um die Kaugummikugeln aufzufangen.
16. Besprechen Sie als Klasse die Reflexionsfragen der Schüler.
17. Weitere Inhalte zum Thema finden Sie im Abschnitt „Tiefer graben“.

Studentenreflexion (technisches Notizbuch)

1. Was ging gut?
2. Was ist nicht gut gelaufen?
3. Was ist Ihr Lieblingselement Ihres interaktiven Kaugummiautomaten?
4. Wenn Sie noch einmal Zeit für eine Neugestaltung hätten, welche Änderungen würden Sie vornehmen?

Der Unterricht kann für ältere Schüler in nur 1 Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Um den Schülern zu helfen, sich nicht gehetzt zu fühlen, und um den Erfolg der Schüler sicherzustellen (insbesondere für jüngere Schüler), teilen Sie die Lektion in zwei Abschnitte auf, damit die Schüler mehr Zeit für Brainstorming, Testideen und die Fertigstellung ihres Designs haben. Führen Sie die Tests und Nachbesprechungen in der nächsten Unterrichtsstunde durch.

• Beschleunigung: Die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt seine Geschwindigkeit ändert. Ein Objekt beschleunigt, wenn es seine Geschwindigkeit oder Richtung ändert. Ein Objekt beschleunigt, wenn es seine Geschwindigkeit ändert (beschleunigt oder verlangsamt). 
• Einschränkungen: Einschränkungen bei Material, Zeit, Teamgröße usw.
• Kriterien: Bedingungen, die das Design erfüllen muss, wie seine Gesamtgröße usw.
• Energie: Die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Sie arbeiten, wenn Sie eine Kraft (Druck oder Zug) anwenden, um eine Bewegung zu verursachen.  
• Ingenieure: Erfinder und Problemlöser der Welt. In den Ingenieurwissenschaften werden XNUMX Hauptfachgebiete anerkannt (siehe Infografik).
• Engineering Design Process: Verfahrensingenieure verwenden, um Probleme zu lösen. 
• Engineering Habits of Mind (EHM): Sechs einzigartige Denkweisen von Ingenieuren.
• Kraft: Ein Drücken oder Ziehen an einem Objekt, das aus der Interaktion eines Objekts mit einem anderen Objekt resultiert.  
• Reibung: Eine Kraft, die der Bewegung eines Objekts widersteht.
• Schwerkraft: Die Anziehungskraft, durch die Objekte zum Erdmittelpunkt fallen.  
• Interaktion: Eine Art von Aktion, die stattfindet, wenn zwei oder mehr Objekte aufeinander einwirken.  
• Interaktiv: Miteinander agieren. 
• Kinetische Energie: Bewegungsenergie. Alle sich bewegenden Objekte haben kinetische Energie. Die Menge der kinetischen Energie hängt von der Masse und Geschwindigkeit eines Objekts ab. Die Formel für die kinetische Energie lautet KE=1/2mv2 . [m = Masse des Objekts, v = Geschwindigkeit des Objekts]
• Iteration: Test & Redesign ist eine Iteration. Wiederholen (mehrere Iterationen).
• Masse: Die Menge an Materie in einem Körper.  
• Bewegung: Eine Änderung der Position eines Körpers in Bezug auf die Zeit, die von einem bestimmten Beobachter in einem Bezugsrahmen gemessen wird. 
• Potentielle Energie: Energie der Position. Die Menge der potentiellen Energie hängt von der Masse und der Höhe eines Objekts ab. Die Formel für die potentielle Energie lautet PE=mgh. [m = Masse des Objekts, g = Erdbeschleunigung (9.8 m/s2 ), h = Höhe des Objekts]  
• Prototyp: Ein Arbeitsmodell der zu testenden Lösung.
• Geschwindigkeit: Wie schnell sich ein Objekt bewegt.  
• Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt seine Position ändert. Impuls: Masse in Bewegung. Das Momentum hängt davon ab, wie viel Material sich bewegt und wie schnell sich das Material bewegt. 
• Gewicht: Die Kraft der Anziehungskraft der Erde auf den Körper.  
• Arbeit: Kraft, die auf ein Objekt einwirkt, um es über eine Entfernung zu bewegen. Die Formel für die Arbeit lautet W = fd. [f= auf das Objekt ausgeübte Kraft, d = Verschiebung des Objekts].

Literatur-Empfehlungen

• Verkaufsautomaten: Eine amerikanische Sozialgeschichte (ISBN: 978-0786413690) Verkaufsautomaten (ISBN: 978-0981960012)

Aktivität schreiben 

• Lassen Sie die Schüler Kurzgeschichten über einen „Tag im Leben“ ihres Kaugummiautomaten schreiben. Wen trifft der Kaugummiautomat und was passiert? Wie verändert der Kaugummiautomat das Leben der Kinder, die daraus einen Kaugummiball bekommen?  
• Die Schüler könnten auch eine Anzeige erstellen, um mehr Kunden in den Spielwarenladen zu locken. Sie sollten den interaktiven Kaugummiautomaten in der Anzeige enthalten. Warum sollten Kinder in diesen Spielzeugladen kommen? Warum ist der interaktive Kaugummiautomat ein Muss?

Anpassung an Curriculum Frameworks

Hinweis: Die Unterrichtspläne dieser Reihe richten sich nach einem oder mehreren der folgenden Standards:  

• US-amerikanische Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Wissenschaftsstandards der nächsten Generation der USA (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standards der International Technology Education Association für technologische Kompetenz (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)
• US Common Core State Standards für Mathematik (http://www.corestandards.org/Math)
• Computer Science Teachers Association K-12 Standards für Informatik (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse K-4 (4 - 9 Jahre)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind 
• Verständnis für wissenschaftliche Forschung 

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis der Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

• Licht, Wärme, Elektrizität und Magnetismus 

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie 

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Wissen über Wissenschaft und Technik 

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 5-8 (Alter 10 - 14)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind 
• Verständnis für wissenschaftliche Forschung 

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis ihrer Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

• Eigenschaften und Veränderungen von Eigenschaften in Materie 
• Energieübertragung 

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Verständnis für Wissenschaft und Technologie 

Wissenschaftsstandards der nächsten Generation, Klassen 3-5 (Alter 8-11)

Materie und ihre Wechselwirkungen 

Schüler, die Verständnis zeigen, können:

• 2-PS1-2. Analysieren Sie Daten aus dem Testen verschiedener Materialien, um zu bestimmen, welche Materialien die Eigenschaften haben, die für einen beabsichtigten Zweck am besten geeignet sind.
• 5-PS1-3. Machen Sie Beobachtungen und Messungen, um Materialien anhand ihrer Eigenschaften zu identifizieren

Standards für technologische Kompetenz - alle Altersgruppen

Design

• Standard 10: Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für die Rolle von Fehlerbehebung, Forschung und Entwicklung, Erfindung und Innovation sowie Experimentieren bei der Problemlösung.

• Arabisch
• Chinesisch
• Französisch
• Deutsch
• Japanisch
• Portugiesisch
• Russisch
• Spanisch