کلیدهای برقی

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد مورد نیاز

• انواع مختلف سوئیچ
• سیم عایق بندی شده
• نگهدارنده باتری اندازه D
• باتری اندازه D
• سوکت 1.5 ولت
• لامپ ولتاژ 1.5
• گیره کاغذ
• اتصال دهنده های کاغذی
• فویل آلومینیوم
• انبردست (مشترک)
• سیم برش (مشترک)

مواد

• مدارها و سوئیچ های ساخته شده

روند

تیم ها مدارهای خود را می سازند و برای تأیید روشن شدن لامپ آزمایش می کنند.

سپس ، تیم ها یک کلید به مدارهای خود اضافه می کنند و نشان می دهند که چگونه سوئیچ لامپ را روشن و خاموش می کند.

• اگر دانش آموزان در ایجاد یک سوئیچ مشکل دارند ، پیشنهاد کنید که از یک گیره کاغذ خم شده استفاده کنند ، بنابراین هنگام فشار دادن به سختی یک قطعه فویل یا یک گیره کاغذ دیگر را لمس می کنید
• یا یک اتصال دهنده کاغذی که بین باتری و نگهدارنده باتری قرار دارد و از تماس آنها در هنگام فشار جلوگیری می کند.

چالش طراحی

شما یک تیم مهندس هستید که چالش ساخت مدار فقط با استفاده از یک باتری و یک لامپ را دارید. سپس ، باید سوئیچی به مدار خود اضافه کنید که لامپ را روشن و خاموش کند.

ضوابط

• مدار باید از یک باتری و یک لامپ 1.5 ولتی استفاده کند.
• سوئیچ باید لامپ را روشن و خاموش کند.

محدودیت ها

فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید.

1. کلاس را به تیم های 3-4 نفره تقسیم کنید.
2. کاربرگ سوئیچ های الکتریکی و همچنین برخی از ورق های کاغذ را برای ترسیم طرح ها به اشتراک بگذارید.
3. مباحث را در بخش مفاهیم پیشینه بحث کنید. از دانش آموزان مثالهایی در مورد نحوه استفاده از سوئیچ ها بخواهید.
4. فرایند طراحی مهندسی ، چالش طراحی ، معیارها ، محدودیت ها و مواد را مرور کنید.
5. مواد هر تیم را تهیه کنید.
6. توضیح اینکه دانش آموزان باید فقط باتری و لامپ مدار کار خود را بسازند. سپس ، آنها باید یک سوییچ اضافه کنند که لامپ را خاموش و روشن کند.
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 هم ملاقات می کنند و برنامه ای را برای مدار و سوییچ خود تهیه می کنند. آنها باید طرح خود را قبل از ساختن طرح و از نمادهای شماتیک نشان داده شده در بخش "مفاهیم پیشینه" استفاده کنند.
10. تیم ها مدارهای خود را می سازند و برای تأیید روشن شدن لامپ آزمایش می کنند.
11. تیم ها یک کلید به مدارهای خود اضافه می کنند و نحوه روشن و خاموش شدن سوئیچ را نشان می دهند.

• اگر دانش آموزان در ایجاد یک سوئیچ مشکل دارند ، پیشنهاد کنید که از یک گیره کاغذ خم شده استفاده کنند ، بنابراین هنگام فشار دادن به سختی یک قطعه فویل یا یک گیره کاغذ دیگر را لمس می کنید
• یا یک اتصال دهنده کاغذی که بین باتری و نگهدارنده باتری قرار دارد و از تماس آنها در هنگام فشار جلوگیری می کند.

12. به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
13. برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.

ایده پسوند

از دانش آموزان بخواهید که در اسباب بازی های دور انداخته شده ، وسایل خانگی یا سایر وسایل برقی بدنبال کلید باشند. دانش آموزان می توانند اقلام را جدا کرده و ببینند که چگونه کار می کنند.

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. توصیف کنید که برای روشن شدن لامپ با استفاده از سوئیچ چه کاری انجام داده اید.
2. برای ساختن سوئیچ خود از چه موادی استفاده کردید؟

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.

مدار ساده چیست؟

یک مدار ساده شامل سه حداقل عنصر است که برای تکمیل مدار الکتریکی لازم مورد نیاز است: یک منبع برق (باتری) ، یک مسیر یا هادی که جریان برق روی آن جریان دارد (سیم) و یک مقاومت الکتریکی (لامپ) که هر وسیله ای است که نیاز دارد برق برای کارکردن. تصویر زیر یک مدار ساده حاوی ، یک باتری ، دو سیم ، یک سوئیچ و یک لامپ را نشان می دهد. جریان برق از ترمینال پتانسیل بالا (+) باتری از طریق لامپ (روشن کردن آن) و بازگشت به ترمینال منفی (-) در یک جریان مداوم هنگامی که سوئیچ در وضعیت روشن است ، بنابراین جریان جریان

نمودار شماتیک یک مدار ساده

در زیر یک نمودار شماتیک از مدار ساده نشان داده شده است که نمادهای الکترونیکی باتری ، سوئیچ و لامپ را نشان می دهد.

شبیه سازی یک سوئیچ با قطع اتصال سیم

فقط با جدا كردن یكی از سیم ها و متناوب لمس آن و خارج كردن آن از حالت فلزی لامپ ، می توانید یك كلید خام ایجاد كنید. چرا وقتی سیم دیگر لمس نمی کند چراغ خاموش می شود؟ هنگامی که سیم برداشته می شود ، الکترون ها باید از طریق هوا جریان پیدا کنند تا مدار کامل شود. برای اینکه الکترونها از طریق هوا جریان پیدا کنند ، انرژی بسیار بیشتری از آنچه در دسترس است ، نیاز دارد ، زیرا تقریباً همه الکترونهای هوا به شدت به اتمها متصل هستند. همین مورد در مورد سایر مواد معروف به عایق وجود دارد. سوئیچ موقت که با قطع و وصل مجدد سیم ساخته می شود دقیقاً همان کار سوئیچ ساخته شده را انجام می دهد ، با این تفاوت که اطمینان حاصل می شود از سوئیچ های ساخته شده. تمام کار آنها این است که هنگام حرکت اهرم ، فشار دادن دکمه ، چرخاندن دکمه یا کشیدن دکمه ، سیم ها را قطع و وصل کنید.

• باتری: وسیله ای است که می تواند برق را ذخیره کند.
• مدار: مسیر کاملی است که جریان برق در اطراف آن جریان دارد.
• محدودیت ها: محدودیت در مواد، زمان، اندازه تیم و غیره.
• ضوابط: شرایطی که طرح باید رعایت کند مانند اندازه کلی آن و غیره.
• مهندسان: مخترعان و حل کننده های جهان. بیست و پنج تخصص اصلی در مهندسی به رسمیت شناخته شده است (به اینفوگرافیک مراجعه کنید).
• فرآیند طراحی مهندسی: مهندسین فرآیند برای حل مسائل از آن استفاده می کنند. 
• عادات ذهنی مهندسی (EHM): شش راه منحصر به فرد که مهندسان فکر می کنند.
• تکرار: تست و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
• نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
• نمودار سیم کشی شماتیک: نمودار مورد استفاده برای برنامه ریزی سیم کشی یک مدار. 
• مدار ساده: شامل سه عنصر حداقلی است که برای تکمیل یک مدار الکتریکی در حال کار لازم است: منبع برق (باتری)، مسیر یا هادی که جریان برق روی آن جریان دارد (سیم) و یک مقاومت الکتریکی (لامپ) که هر وسیله ای است که نیاز دارد. برق برای کار کردن
• کلید: وسیله ای برای ایجاد، قطع یا تغییر اتصالات در یک مدار الکتریکی.

خواندن توصیه می شود

• سری شاهد عینی DK: برق (شابک: 0751361321)
• برق عینی شاهد ، توسط استیو پارکر (انتشارات DK ، شابک: 0789455773)
• How Science works ، نوشته جودیت هان (خوانندگان خلاصه ، شابک: 0762102497)

فعالیت نوشتن

یک مقاله یا یک پاراگراف بنویسید که توصیف می کند چطور سوئیچ های موجود در وسایل متداول در خانه باعث عملکرد بیشتر یا کارکرد آسان این وسایل می شوند.

تراز به چهارچوب برنامه درسی

توجه داشته باشید: برنامه های درسی در این مجموعه با یک یا چند مجموعه از استانداردهای زیر مطابقت دارد:  

• استانداردهای آموزش علوم ایالات متحده (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• استانداردهای علمی نسل بعدی ایالات متحده (http://www.nextgenscience.org/) 
• استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات ریاضیات مدارس ایالات متحده (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• استانداردهای هسته هسته ای مشترک ایالات متحده برای ریاضیات (http://www.corestandards.org/Math)
• استانداردهای علوم کامپیوتر K-12 انجمن معلمان علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

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 B محتوا: علوم فیزیکی

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

• نور ، گرما ، برق و مغناطیس 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری 

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• درک در مورد علم و فناوری 

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 B محتوا: علوم فیزیکی

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

• انتقال انرژی 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• تفاهماتی در مورد علم و فناوری 

استانداردهای علمی نسل بعدی - نمرات 3-5 (سنین 8-11)

انرژی

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 4-PS3-4. ایده های علمی را برای طراحی ، آزمایش و تصفیه دستگاهی که انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کند به کار گیرید.

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• 3-5-ETS1-1. یک مسئله ساده طراحی را منعکس کننده یک نیاز یا خواسته تعریف کنید که شامل معیارهای مشخص شده برای موفقیت و محدودیت در مواد ، زمان یا هزینه باشد.
• 3-5-ETS1-2. تولید و مقایسه چندین راه حل ممکن برای یک مسئله بر اساس میزان مناسب بودن هریک از معیارها و محدودیت های مسئله.

استانداردهای علمی نسل بعدی - نمرات 6-8 (سنین 11-14)

طراحی مهندسی 

دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• MS-ETS1-1 معیارها و محدودیت های یک مسئله طراحی را با دقت کافی برای اطمینان از یک راه حل موفقیت آمیز ، با در نظر گرفتن اصول علمی مربوطه و تأثیرات احتمالی بر مردم و محیط طبیعی که ممکن است راه حل های محدود را محدود کند ، تعریف کنید.
• MS-ETS1-2 ارزیابی راه حل های طراحی با استفاده از یک فرایند سیستماتیک برای تعیین میزان مطابقت آنها با معیارها و محدودیت های مسئله.

استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

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.

• عربی