Clipper Creations

ساخت مصالح

مواد مورد نیاز

• ورق فوم برد
• نوار اسکاچ
• چسب
• خلال دندان
• کاتر

اجزای مدل

• تخته قیچی پایین
• تخته کلیپر بالا
• اهرم دستی برای کار با کلیپر
• بخشی از یک مداد برای خدمت به عنوان یک محور
• گوه تخته فوم برای انتهای جایی که تخته های قیچی به هم می رسند (پیش برش توسط معلم)
• تکیه گاه دو ضخیم برای اهرم دستی
• 8 لبه گیر (نماینده لبه های برش گیرهای واقعی)
• 10 خلال دندان برای تشکیل انتهای میل مداد

از قبل، معلم باید تخته فوم را طبق نمودار زیر برش دهد و اشکال از پیش برش داده شده را در اختیار دانش‌آموزان قرار دهد. سپس دانش آموزان قطعات کوچک را به قطعات بزرگی که با چسب ارائه می شود، مونتاژ می کنند. بگذارید چسب خشک شود. روز بعد یا دوره کلاس، دانش‌آموزان باید مدل کلیپر را با نوار در انتهای لبه هر دو تخته قیچی پایین و بالا مونتاژ کنند. خلال دندان ها را از سوراخ های مداد بلغزانید یا آنها را به مداد بچسبانید.

مواد

• مدل های ناخن گیر

روند

• دانش‌آموزان مدل‌های ناخن‌گیر خود را با شبیه‌سازی بریدن ناخن‌ها آزمایش می‌کنند

چالش طراحی

شما تیمی از مهندسان هستید که با چالش ساخت یک مدل کار از مجموعه ای از ناخن گیرها با استفاده از مواد ارائه شده مواجه شده اید. هنگامی که مدل خود را تکمیل کردید، طرح خود را برای شبیه سازی بریدن ناخن های دست خود آزمایش کنید.

در مرحله بعد، شما با این چالش روبرو خواهید شد که با استفاده از ماشین‌های ساده، یک برنامه را طراحی کنید تا دفترچه تلفن را از یک طرف کلاس به طرف دیگر بدون دست زدن به کتاب منتقل کنید. شما باید حداقل از یک ماشین ساده در راه حل خود استفاده کنید ... اما می توانید هر تعداد که دوست دارید استفاده کنید.

ضوابط

• دستورالعمل های ذکر شده در کاربرگ دانش آموز را برای ساخت مدل دنبال کنید

محدودیت ها

• فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید

1. کلاس را به دو تیم تقسیم کنید.
2. کاربرگ Clipper Creations را پخش کنید.
3. موضوعات را در بخش مفاهیم پس زمینه بحث کنید. انواع ماشین‌های ساده را با توجه به "اهرم" برجسته کنید. به دانش آموزان آموزش دهید که از کاربرگ دانش آموز به عنوان راهنمای مونتاژ مدل های ناخن گیر خود استفاده کنند.
4. فرایند طراحی مهندسی ، چالش طراحی ، معیارها ، محدودیت ها و مواد را مرور کنید.
5. مواد هر تیم را تهیه کنید.
6. توضیح دهید که دانش آموزان باید یک مدل کار از مجموعه ناخن گیر بسازند.
7. مقدار زمانی را که باید ایجاد کنند اعلام کنید (1 ساعت توصیه می شود).
8. برای اطمینان از به موقع بودن خود از تایمر یا کرونومتر آنلاین (ویژگی شمارش معکوس) استفاده کنید. (www.online-stopwatch.com/ تمام صفحه-ساعت-توقف). به دانشجویان مرتباً «چک زمان» بدهید تا آنها در انجام وظایف خود باقی بمانند. اگر آنها در تلاش هستند ، سالاتی بپرسید که سریعتر آنها را به راه حلی برساند.
9. دانش آموزان با استفاده از دستورالعمل ها و نمودارهای نشان داده شده در کاربرگ دانش آموز، مدل های خود را ملاقات کرده و می سازند
10. تیم ها طرح های خود را می سازند.
11. تیم‌ها طرح‌های خود را با شبیه‌سازی اینکه چگونه ناخن‌گیر ناخن‌هایشان را کوتاه می‌کند، آزمایش می‌کنند.
12. پس از تکمیل ساخت مدل، به تیم های دانش آموز دستور دهید تا با استفاده از ماشین های ساده طرحی را طراحی کنند تا دفترچه تلفن را از یک طرف کلاس به طرف دیگر بدون دست زدن به کتاب منتقل کنند. آنها باید حداقل از یک ماشین ساده در راه حل خود استفاده کنند ... اما ممکن است از بسیاری از آنها به دلخواه استفاده کنند. آنها باید طرح خود را ترسیم کنند.
13. به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
14. برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. موثرترین بخش طراحی شما چه بود - بخشی که طبق برنامه عمل کرد؟
2. کمترین اثربخشی طراحی شما کدام بخش بود - بخشی که بیشترین دردسر را ایجاد کرد یا آنطور که برنامه ریزی کرده بودید عمل نکرد؟
3. اگر بتوانید طرح اولیه خود را دوباره انجام دهید، چه چیزی را تغییر می دهید؟
4. آیا فکر می کنید مهندسان برای رسیدن به بهترین محصول یا فرآیند باید طراحی و طراحی و بازطراحی کنند؟ نمونه ای از محصول یا فرآیندی را که در طول زمان تغییر کرده است (مانند تلفن یا هواپیما) ذکر کنید.

این درس را می توان در کمتر از 1 دوره کلاس برای دانش آموزان مسن انجام داد. با این حال ، برای کمک به دانش آموزان از احساس عجله و تضمین موفقیت دانش آموزان (به ویژه برای دانش آموزان جوان) ، این درس را به دو دوره تقسیم کنید و به دانشجویان فرصت بیشتری برای طوفان فکری ، آزمایش ایده ها و نهایی کردن طرح آنها دهید. تست و تست را در دوره کلاس بعدی انجام دهید.

منبع معلم

به طور معمول، ماشین ها برای کاهش مقدار نیروی مورد نیاز برای حرکت یک جسم طراحی شده اند. اما در این روند، فاصله افزایش می یابد. سطح شیب دار صندلی چرخدار به راحتی نمونه ای از این رابطه است. در حالی که مقدار تلاش و قدرت کاهش می یابد (نیرو)، فاصله واقعی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین میزان کار واقعی یکسان است. در حالی که کاربرد معمولی ماشین‌ها کاهش تلاش یا نیرو است، کاربردهای مهمی از ماشین‌ها وجود دارد که این مزیتی ندارد - یعنی نیرو کاهش نمی‌یابد، یا در واقع مزیت کاهش می‌یابد - یعنی نیرو افزایش می‌یابد. بهترین مثال از ماشینی که هیچ مزیتی ندارد یک قرقره ساده یا تک است. یک قرقره تنها جهت نیروی تلاش را تغییر می دهد. یک نمونه کشش پرده است.

ناخن گیر نمونه ای از اهرم ها هستند. نیرویی که به دسته کلیپر وارد می شود، تیغه های گیره را فشرده می کند تا تیغه ها ناخن را لمس کرده و کوتاه کنند. در ناخن گیر، تکیه گاه مفصل محوری بین دو قسمت گیره است.

مقدمه ای بر ماشین های ساده

ماشین های ساده "ساده" هستند زیرا اکثر آنها فقط یک قسمت متحرک دارند. وقتی ماشین‌های ساده را کنار هم قرار می‌دهید، یک ماشین پیچیده مانند ماشین چمن‌زنی، ماشین، حتی یک ماشین اصلاح برقی موی بینی به دست می‌آید! به یاد داشته باشید، ماشین هر وسیله ای است که کار را آسان می کند. در علم، «کار» به معنای حرکت دادن چیزی است. مهم است که بدانید وقتی از یک ماشین ساده استفاده می‌کنید، در واقع همان مقدار کار را انجام می‌دهید - ساده‌تر به نظر می‌رسد. یک ماشین ساده میزان تلاش لازم برای جابه‌جایی چیزی را کاهش می‌دهد، اما برای انجام همان مقدار کار، آن را به مسافت بیشتری منتقل می‌کنید. بنابراین به یاد داشته باشید، هنگام استفاده از ماشین‌های ساده، یک معاوضه انرژی وجود دارد.

به طور معمول، ماشین ها برای کاهش مقدار نیروی مورد نیاز برای حرکت یک جسم طراحی شده اند. اما در این روند، فاصله افزایش می یابد. سطح شیب دار صندلی چرخدار به راحتی نمونه ای از این رابطه است. در حالی که مقدار تلاش و قدرت کاهش می یابد (نیرو)، فاصله واقعی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین میزان کار واقعی یکسان است. در حالی که کاربرد معمولی ماشین‌ها کاهش تلاش یا نیرو است، کاربردهای مهمی از ماشین‌ها وجود دارد که این مزیتی ندارد - یعنی نیرو کاهش نمی‌یابد، یا در واقع مزیت کاهش می‌یابد - یعنی نیرو افزایش می‌یابد. بهترین مثال از ماشینی که هیچ مزیتی ندارد یک قرقره ساده یا تک است. یک قرقره تنها جهت نیروی تلاش را تغییر می دهد. یک نمونه کشش پرده است.

ناخن گیر نمونه ای از اهرم ها هستند. نیرویی که به دسته کلیپر وارد می شود، تیغه های گیره را فشرده می کند تا تیغه ها ناخن را لمس کرده و کوتاه کنند. در ناخن گیر، تکیه گاه مفصل محوری بین دو قسمت گیره است.

انواع ماشین های ساده

چهار نوع ماشین ساده وجود دارد که پایه و اساس همه ماشین های مکانیکی را تشکیل می دهد:

اهرم

سعی کنید یک علف هرز واقعاً سرسخت را از زمین بیرون بکشید. تنها با استفاده از دستان خالی، ممکن است دشوار یا حتی دردناک باشد. با این حال، با یک ابزار، مانند یک بیل دستی، باید در نبرد پیروز شوید. هر ابزاری که چیزی را شل کند یک اهرم است. اهرم بازویی است که در مقابل یک نقطه تکیه گاه (یا نقطه) "میچرخد" (یا می چرخد). به انتهای پنجه یک چکش فکر کنید که از آن برای شل کردن ناخن ها استفاده می کنید. این یک اهرم است. این یک بازوی منحنی است که روی یک نقطه از یک سطح قرار می گیرد. همانطور که بازوی منحنی را می چرخانید، ناخن را از سطح جدا می کند. و این کار سختی است! سه نوع اهرم وجود دارد:

• اهرم کلاس اول - هنگامی که نقطه تکیه گاه بین بازوی نیرو و بازوی اهرمی قرار دارد، اهرم به عنوان اهرم درجه یک توصیف می شود. در واقع بسیاری از ما با این نوع اهرم آشنا هستیم. این یک نمونه کلاسیک تیزتر است - یا ناخن گیر.
• اهرم کلاس دوم - در اهرم کلاس دوم ، بازوی بار در بین تکیه گاه و بازوی نیرو قرار دارد. یک نمونه خوب از این نوع اهرم ها ، چرخ دستی است.
• اهرم کلاس سوم - در این دسته از اهرم ها ، بازوی نیرو بین تکیه گاه و بازوی بار قرار دارد. به دلیل این ترتیب ، نیروی نسبتاً زیادی برای جابجایی بار مورد نیاز است. این مسئله با این واقعیت جبران می شود که تولید حرکت بار در مسافت طولانی با حرکت نسبتاً کوچک بازوی نیرو امکان پذیر است. به یک میله ماهیگیری فکر کنید!

سطح شیب دار

هواپیما یک سطح صاف است. به عنوان مثال ، تخته صاف یک صفحه است. حال ، اگر هواپیما صاف روی زمین افتاده باشد ، به احتمال زیاد به شما در انجام کار کمک نمی کند. با این حال ، وقتی آن صفحه مایل است ، یا مایل است ، می تواند به شما در جابجایی اشیا across در فواصل کمک کند. و این کار است! یک صفحه شیبدار مشترک یک سطح شیب دار است. اگر جعبه را به سمت سطح شیب دار بکشید - یک ماشین ساده ، آسان تر کردن یک جعبه سنگین روی یک اسکله بارگیری بسیار آسان تر است.

گوه

• به جای استفاده از سمت صاف صفحه شیب دار ، می توانید از لبه های نوک تیز نیز برای انجام کارهای دیگر استفاده کنید. به عنوان مثال ، می توانید از لبه استفاده کنید تا چیزها را از هم دور کنید. سپس ، صفحه شیب دار یک گوه است. بنابراین ، یک گوه در واقع نوعی صفحه شیب دار است. تخته سنگ یک گوه است. به لبه تیغه فکر کنید. این لبه سطح مورب صاف است. این یک گوه است!

پیچ

• حالا یک صفحه شیب دار بردارید و آن را دور یک استوانه بپیچید. لبه تیز آن به ابزار ساده دیگری تبدیل می شود: پیچ. یک پیچ فلزی را در کنار یک سطح شیب دار قرار دهید و دیدن شباهت ها به نوعی سخت است، اما پیچ در واقع نوع دیگری از صفحه شیبدار است. پیچ چگونه به شما در انجام کار کمک می کند؟ هر چرخش یک پیچ فلزی به شما کمک می کند تا یک قطعه فلز را در فضای چوبی جابجا کنید.

چرخ و محور

چرخ یک دیسک دایره ای است که به یک میله مرکزی متصل است که به آن محور می گویند. فرمان ماشین یک چرخ و اکسل است. قسمتی که دستان خود را روی آن قرار می دهیم و نیرو (گشتاور) اعمال می کنیم چرخ نامیده می شود که محور کوچکتر را می چرخاند. پیچ گوشتی نمونه دیگری از چرخ و محور است. باز کردن یک پیچ محکم با دستان خالی ممکن است غیرممکن باشد. دسته ضخیم چرخ است و محور فلزی محور است. هرچه دسته بزرگتر باشد، نیروی کمتری برای چرخاندن پیچ مورد نیاز است.

قرقره

به جای یک محور، چرخ همچنین می تواند طناب یا طناب را بچرخاند. این تغییر چرخ و محور، قرقره است. در یک قرقره، یک بند ناف دور یک چرخ می پیچد. با چرخش چرخ، بند ناف در هر دو جهت حرکت می کند. حالا یک قلاب به سیم وصل کنید و می توانید از چرخش چرخ برای بالا و پایین بردن اجسام استفاده کنید. به عنوان مثال، در یک میله پرچم، یک طناب به یک قرقره متصل است. روی طناب معمولا دو قلاب وجود دارد. طناب در اطراف قرقره می چرخد ​​و قلاب ها را در جایی که می توانید پرچم را وصل کنید پایین می آورد. سپس طناب را بچرخانید و پرچم روی میله بالا می‌آید.

خواندن توصیه می شود

• ساخت شگفتی های مکانیکی در چوب (ISBN: 978-1626548862)
• آزمایش‌های علمی با ماشین‌های ساده (آزمایش‌های علمی) توسط سالی نانکیول-استون، دوروتی جکسون (ISBN: 978-0531154458)

فعالیت نوشتن

نمونه هایی از طرح های دیگر ناخن گیر را شناسایی کنید. یک مقاله (یا پاراگراف بسته به سن) در مورد اینکه چگونه طرح ها متفاوت هستند، و چگونه طرح های مختلف ممکن است بر عملکرد گیره تأثیر بگذارد، بنویسید.

تراز به چهارچوب برنامه درسی

توجه داشته باشید: همه طرح های درسی در این مجموعه با هم تراز هستند استانداردهای ملی آموزش علوم که توسط  شورای تحقیقات ملی و توسط انجمن معلمان علوم ملی ، و در صورت وجود ، همچنین به استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری یا اصول و استانداردهای ریاضیات مدرسه شورای ملی معلمان ریاضیات ، تأیید شده است.

استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس K-4 (سنین 4 تا 9 سال) 

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی
• درک در مورد تحقیق علمی

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم و فناوری در چالش های محلی

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی

استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس 5-8 (سن 10 - 14) 

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی
• تفاهماتی در مورد تحقیق علمی

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت های کلاس 5-8 ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خطرات و مزایا
• علم و فناوری در جامعه

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی
• تاریخ علم

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی
• تفاهماتی در مورد تحقیق علمی

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری 

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• بهداشت فردی و اجتماعی
• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• ماهیت دانش علمی
• دیدگاه های تاریخی

استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

ماهیت فناوری

• استاندارد 1: دانش آموزان درک درستی از ویژگی ها و دامنه فناوری پیدا می کنند.

فناوری و جامعه

• استاندارد 4: دانش آموزان درک درستی از تأثیرات فرهنگی ، اجتماعی ، اقتصادی و سیاسی فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 6: دانش آموزان درک درستی از نقش جامعه در توسعه و استفاده از فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 7: دانش آموزان درک درستی از تأثیر فناوری بر تاریخ خواهند داشت.

طرح

• استاندارد 8: دانش آموزان درک درستی از ویژگی های طراحی پیدا می کنند.
• استاندارد 9: دانش آموزان درک درستی از طراحی مهندسی خواهند داشت.
• استاندارد 10: دانش آموزان درک درستی از نقش عیب یابی ، تحقیق و توسعه ، اختراع و نوآوری و آزمایش در حل مسئله خواهند داشت.

توانایی هایی برای یک دنیای فناوری

• استاندارد 13: دانش آموزان توانایی ارزیابی تأثیر محصولات و سیستم ها را پیدا می کنند. 

جهان طراحی شده

استاندارد 17: دانش آموزان درک و توانایی انتخاب و استفاده از فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی را پیدا می کنند.

ساخت مدل ناخن گیر

فهرست مواد

• تخته کف
• نوار چسب
• خلال دندان

قطعات مدل

• تخته قیچی پایین
• تخته کلیپر بالا
• اهرم دستی برای کار با کلیپر
• بخشی از یک مداد برای خدمت به عنوان یک محور
• گوه تخته فوم برای انتهای جایی که تخته های قیچی به هم می رسند (پیش برش توسط معلم)
• تکیه گاه دو ضخیم برای اهرم دستی
• 8 لبه گیر (نماینده لبه های برش گیرهای واقعی)
• 10 خلال دندان برای تشکیل انتهای میل مداد

دستورالعمل ها

با کار به صورت تیمی، تصویر زیر را بررسی کنید و قطعات کوچک را به قطعات بزرگی که با چسب ارائه شده است، مونتاژ کنید. بگذارید چسب خشک شود. در مرحله بعد، مدل کلیپر را با نوار در انتهای لبه هر دو تخته قیچی پایین و بالا مونتاژ کنید. خلال‌های دندان را از سوراخ‌های مداد عبور دهید یا آن‌ها را به مداد بچسبانید. گیره های خود را تست کنید!

شما مهندس هستید! به صورت تیمی کار کنید و با استفاده از ماشین‌های ساده برنامه‌ای طراحی کنید تا دفترچه تلفن را از یک طرف کلاس به طرف دیگر بدون دست زدن به کتاب منتقل کنید. شما باید حداقل از یک ماشین ساده در راه حل خود استفاده کنید ... اما اگر دوست دارید ممکن است از تعداد زیادی استفاده کنید.

گام اول:

ماشین یا راه حل تیم خود را در کادر زیر ترسیم کنید.

گام دوم:

طرح تیم خود را امتحان کنید و ببینید آیا کار می کند یا خیر!

سوالات:

1. موثرترین بخش طراحی شما چه بود - بخشی که طبق برنامه عمل کرد؟

2. کمترین اثربخشی طراحی شما کدام بخش بود - بخشی که بیشترین دردسر را ایجاد کرد یا آنطور که برنامه ریزی کرده بودید عمل نکرد؟

3. اگر بتوانید طرح اولیه خود را دوباره انجام دهید، چه چیزی را تغییر می دهید؟

4. آیا فکر می کنید مهندسان برای رسیدن به بهترین محصول یا فرآیند باید طراحی و طراحی و بازطراحی کنند؟ نمونه ای از محصول یا فرآیندی را که در طول زمان تغییر کرده است (مانند تلفن یا هواپیما) ذکر کنید.