Interaktiivne Gumball Machine

Materjalide koostamine (iga meeskonna jaoks)

Mõlemad tegevused 2 ja 3 nõutavad materjalid (võimaluste tabel)

• Pappkastid  
• 2 liitrit plastpudelit  
• Pahvimukit  
• Popsicle pulgad  
• Tüüblid 
• Skewers  
• Savi  
• Torupuhastid  
• Käärid  
• Kummipaelad 
• nöör  
• Kirjaklambrid  
• Sideaine klambrid  
• Kaardivarud ja / või failikaustad  
• Papist tükid (lõigake paar karpi erineva suurusega tükkideks)  
• Teip  
• 6 'torud (toruisolaator pikuti poolitatud) - 1 meeskonna kohta  
• Xacto nuga (õpetajale)   

Katsematerjalid

• Gumballid (või marmorid, mis tähistavad kummikuid, kui teie kool ei luba nätsu)
• Pahvimukit
• Vanapaberikorv (noorematele õpilastele)

1. Murdke klass võistkondadesse 3-4.
2. Jagage tööleht Interactive Gumball Machine ja mõned paberilehed kavandite visandamiseks.
3. Arutage teemasid jaotises Taustamõisted.
   • 1. tegevus: lugege kummipallimasinate ajalugu ja arutlege peamise disainiprobleemi üle. Küsige õpilastelt, milliseid müügiautomaate nad varem näinud on ja milliseid müügiautomaate nad koolis või oma linnas sooviksid omada.
   • 2. tegevus: Gumballi liumägi - selgitage õpilastele, et nad uurivad oma kummipalli libistades raskust ja energiat.
   • 3. tegevus: Gumballi masin - võtke aega, et arutada, mida interaktiivne või interaktsioon tähendab. Paluge õpilastel see määratleda ja seejärel tuua mõned näited.
     • Suhtlemine - on mingi tegevus, mis toimub siis, kui kahel või enamal objektil on üksteisele mõju.
     • Interaktiivne - üksteisega tegutsemine.
       • Näide: Videomängud - kasutaja ja mängu suhtlus. See on interaktiivne, kuna nõuab mängu edasiliikumiseks kasutajalt osalemist.
     • Selleks, et õpilased mõtleksid, kuidas nende kummimasin interaktiivne on, võiksite näidata allpool olevaid fotosid: (Tooge pildid sisse)
4. Vaadake üle iga tegevuse inseneridisaini protsess, disaini väljakutse, kriteeriumid, piirangud ja materjalid.
5. Varustage igat meeskonda nende materjalidega.
6. Selgitage, et õpilased peavad läbima 3 tegevust.
   • 1. tegevus: õppige kummiplaadi ajalugu.
   • 2. tegevus: kujundage ja ehitage kummipall.
   • 3. tegevus: kujundage ja ehitage interaktiivne kummimass.
7. Andke teada, kui palju aega nad peavad kavandama ja ehitama:
   • 1. tegevus: Gumballi masina ajalugu (1/2 tundi).
   • 2. tegevus: Gumballi slaid (1 tund).
   • 3. tegevus: interaktiivne Gumballi masin (1-2 tundi).
8. Õigel ajal püsimiseks kasutage taimerit või on-line stopperit (loenduri funktsioon). (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Andke õpilastele regulaarselt ajakontrolli, et nad jääksid ülesandele. Kui nad on hädas, esitage küsimusi, mis viivad nad kiiremini lahenduseni.
9. Õpilased kohtuvad ja töötavad välja 2. tegevuse plaani: nende kummipalla.
10. Võistkonnad ehitavad oma kummipalli.
11. Iga meeskond testib oma slaidi kujundust, asetades marmori oma slaidi ülaossa ja lastes sellel tassi veereda. Õpilased saavad otsustada, kuhu nad tahaksid karika panna. Õpilased peaksid dokumenteerima, kas marmor jäi rajale ja kas see tassi maandus.
12. Pidage klassi arutelu, kasutades järgmisi küsimusi:
    • Mis paneb kummimäe liumäest alla liikuma? (Raskusjõud)
    • Millist energiat on kummikal enne selle vabastamist? (Potentsiaalne energia)
    • Millist energiat on kummikal pärast selle vabastamist? (Kineetiline energia)
    • Kust leiate kõige rohkem potentsiaalset energiat? Miks? (Slaidi ülaosa, kuna see on slaidi kõrgeim punkt, PE = mgh)
    • Kust leiate kõige suurema kineetilise energia? Miks? (Slaidi põhi, sest kummipall liigub seal kõige kiiremini, KE = 1 / 2mv2)
    • Kas pätt teeb tööd? Miks? (Jah, sellel on jõud, mis mõjub sellele ja liigutab slaidil kaugust alla, W = fd)
    • Kuidas panite kummipalli liumäest kiiremini minema? (Suurendage slaidi kalle või pikkust või mõlemat.)
    • Kuhu te oma tassi asetate, et kummik sinna maanduks? (See on iga meeskonna jaoks erinev.)
    • Miks gumball tahab jätkata? (Hoog)
    • Kuidas saaksite kummiku aeglustada? (Tutvustage hõõrdumist)
13. Õpilased kohtuvad ja töötavad välja 3. tegevuse kava: nende interaktiivse kummiplaadi.
14. Võistkonnad ehitavad oma interaktiivse kummiplaadi.
15. Iga meeskond testib oma kummiplaadi masina disaini, asetades kummipalli oma masina alguspunkti ja võimaldades tal jälgida rada, kuni see tassi maandub. Õpilased peaksid näitama, kuidas interaktiivne element ja silmus (id) toimivad. Õpilased peaksid dokumenteerima, kui kaua kulub kummipalli alguspunktist karikani jõudmiseks. Nooremate õpilaste jaoks kasutage kummide püüdmiseks tasside asemel paberipaberit.
16. Klassina arutage õpilaste mõtisklusküsimusi.
17. Lisateavet selle teema kohta leiate jaotisest „Kaevamine sügavamale“.

Õpilaste mõtisklus (insenerimärkmik)

1. Mis läks hästi?
2. Mis ei läinud hästi?
3. Mis on teie interaktiivse kummiplaadi lemmikelement?
4. Kui teil oleks aega uuesti ümber kujundada, siis milliseid muudatusi teete?

Tundi saab teha vanemate õpilaste jaoks juba 1 tunni jooksul. Kuid selleks, et aidata õpilastel kiirustada ja tagada õpilaste edu (eriti nooremate õpilaste jaoks), jagage tund kaheks perioodiks, andes õpilastele rohkem aega ajurünnakuteks, ideede testimiseks ja nende kujunduse viimistlemiseks. Tehke testimine ja ülevaade järgmisel klassiperioodil.

• Kiirendus: kiirus, millega objekt oma kiirust muudab. Objekt kiirendab, kui see muudab oma kiirust või suunda. Objekt kiirendab, kui ta muudab oma kiirust (nii kiirendab kui ka aeglustab). 
• Piirangud: materjali, aja, meeskonna suuruse jne piirangud.
• Kriteeriumid: tingimused, millele disain peab vastama, nagu selle üldine suurus jne.
• Energia: Töövõime. Teete tööd, kui kasutate liikumise tekitamiseks jõudu (tõuke või tõmbe).  
• Insenerid: maailma leiutajad ja probleemide lahendajad. Inseneriteaduses tunnustatakse XNUMX peamist eriala (vaata infograafikut).
• Tehniline projekteerimisprotsess: protsessiinsenerid kasutavad probleemide lahendamiseks. 
• Inseneride harjumused (EHM): kuus ainulaadset viisi, kuidas insenerid mõtlevad.
• Jõud: objektile surumine või tõmbamine, mis tuleneb objekti vastasmõjust teise objektiga.  
• Hõõrdumine: jõud, mis takistab objekti liikumist.
• Gravitatsioon: külgetõmbejõud, mille toimel objektid kipuvad langema maa keskpunkti poole.  
• Interaktsioon: teatud tüüpi tegevus, mis toimub kahe või enama objekti mõjuna üksteisele.  
• Interaktiivne: üksteisega tegutsemine. 
• Kineetiline energia: liikumise energia. Kõikidel liikuvatel objektidel on kineetiline energia. Kineetilise energia hulk sõltub objekti massist ja kiirusest. Kineetilise energia valem on KE=1/2mv2. [m = objekti mass, v = objekti kiirus]
• Iteratsioon: testimine ja ümberkujundamine on üks iteratsioon. Korda (mitu iteratsiooni).
• Mass: aine kogus kehas.  
• Liikumine: keha asendi muutumine aja suhtes, mõõdetuna konkreetse vaatleja poolt võrdlusraamistikus. 
• Potentsiaalne energia: positsiooni energia. Potentsiaalse energia hulk sõltub objekti massist ja kõrgusest. Potentsiaalse energia valem on PE=mgh. [m = objekti mass, g = raskuskiirendus (9.8 m/s2), h = objekti kõrgus]  
• Prototüüp: testitava lahenduse töömudel.
• Kiirus: kui kiiresti objekt liigub.  
• Kiirus: kiirus, millega objekt oma asukohta muudab. Momentum: Mass liigub. Hoo suurus sõltub sellest, kui palju asju liigub ja kui kiiresti kraam liigub. 
• Kaal: Maa külgetõmbejõud kehale.  
• Töö: sundida objektile mõju avaldama, et seda kaugust liigutada. Töö valem on W = fd. [f = objektile rakendatav jõud, d = objekti nihkumine].

Soovituslik kirjandus

• Automaadid: Ameerika sotsiaalajalugu (ISBN: 978-0786413690) Automaadid (ISBN: 978-0981960012)

Kirjutustegevus 

• Paluge õpilastel kirjutada lühijutte oma kummiparaadi „päevast elus”. Kellega kummipink kohtub ja mis juhtub? Kuidas muudab kummipallimasin nende laste elu, kes saavad sellest kummipalli?  
• Samuti võiksid õpilased luua reklaami, et meelitada rohkem kliente mänguasjapoodi. Neil peaks reklaamis olema interaktiivne kummimass. Miks peaksid lapsed sellesse mänguasjapoodi tulema? Miks peab interaktiivset kummiplaati külastama?

Vastavusse viimine õppekava raamistikuga

Märge: Selle seeria tunniplaanid on joondatud ühe või mitme järgmise standardikomplektiga:  

• USA teadushariduse standardid (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• USA järgmise põlvkonna teadusstandardid (http://www.nextgenscience.org/) 
• Rahvusvahelise Tehnoloogiahariduse Assotsiatsiooni tehnilise kirjaoskuse standardid (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• USA matemaatikaõpetajate riikliku nõukogu põhimõte ja koolimatemaatika standardid (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• USA ühised matemaatika põhistandardid (http://www.corestandards.org/Math)
• Arvutiteaduse õpetajate ühing K-12 arvutiteaduse standardid (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Riiklikud teadushariduse standardid K-4 klass (vanuses 4–9)

SISU STANDARD A: Teadus kui uurimine

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Teadusliku uurimise läbiviimiseks vajalikud oskused 
• Teadusliku uurimise mõistmine 

SISUKORD B: Füüsika

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arendama arusaama

• Valgus, soojus, elekter ja magnetism 

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia 

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Teaduse ja tehnoloogia mõistmine 

Riiklikud teadushariduse standardid 5. – 8. Klass (vanuses 10–14)

SISU STANDARD A: Teadus kui uurimine

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Teadusliku uurimise läbiviimiseks vajalikud oskused 
• Arusaamine teadusliku uurimise kohta 

SISUKORD B: Füüsika

Oma tegevuse tulemusena peaksid kõik õpilased arendama arusaama

• Mateeria omadused ja omaduste muutused 
• Energia ülekandmine 

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Arusaam teadusest ja tehnoloogiast 

Järgmise põlvkonna teadusstandardid 3. – 5. Klass (vanuses 8–11)

Mateeria ja selle vastastikmõjud 

Üliõpilased, kes näitavad mõistmist, saavad:

• 2-PS1-2. Analüüsige erinevate materjalide testimisel saadud andmeid, et teha kindlaks, millistel materjalidel on omadused, mis sobivad kõige paremini kavandatud otstarbeks.
• 5-PS1-3. Materjalide omaduste põhjal tuvastamiseks tehke vaatlusi ja mõõtmisi

Tehnoloogilise kirjaoskuse standardid - igas vanuses

Disain

• Standard 10: Õpilased arendavad arusaamist tõrkeotsingu, uurimis- ja arendustegevuse, leiutamise ja innovatsiooni ning eksperimenteerimise rollist probleemide lahendamisel.

• araabia
• hiina
• prantsuse
• saksa
• jaapani
• portugali
• vene
• hispaania