دستگاه تعامل گیمبال
این درس بر روی تاریخچه ماشین آلات صمغ و انرژی بالقوه و جنبشی تمرکز دارد. دانش آموزان در تیم ها کار می کنند تا ابتدا یک اسلاید gumball و سپس یک ماشین gumball تعاملی بسازند.
- انرژی پتانسیل و جنبشی را کشف کنید.
- یک ماشین گامبال تعاملی را طراحی و بسازید.
- فرایند طراحی مهندسی را برای حل چالش طراحی پیاده سازی کنید.
سطح سنی: 10-18
ساخت مصالح (برای هر تیم)
مواد مورد نیاز برای فعالیت 2 و 3 (جدول احتمالات)
- جعبه های مقوایی
- 2 بطری پلاستیکی
- لیوان های کاغذی
- چوب بستنی چوبی
- رولپلاک
- اسکواش
- رس
- پاک کننده های لوله
- قیچی
- باند لاستیکی
- رشته
- گیره کاغذ
- کلیپ های صحافی
- پوشه سهام و / یا پرونده کارت
- قطعات مقوایی (چند جعبه را به قطعات مختلف برش دهید)
- پوشش نوار
- لوله 6 '(عایق لوله از طول به نصف بریده شده است) - 1 در هر تیم
- چاقو Xacto (برای معلم)
مواد آزمایش
- گلوله های صمغی (یا اگر مدرسه شما آدامس اجازه ندهد) سنگ مرمر را نشان می دهد
- لیوان های کاغذی
- سبد کاغذ باطله (برای دانشجویان جوان)
مواد
- گلوله های صمغی (یا اگر مدرسه شما آدامس اجازه ندهد) سنگ مرمر را نشان می دهد
- لیوان های کاغذی
- سبد کاغذ باطله (برای کودکان کوچکتر)
روند
فعالیت 2 - هر تیم با قرار دادن سنگ مرمر در بالای اسلاید خود و اجازه دادن به غلتیدن آن در یک فنجان ، طرح اسلاید خود را آزمایش می کند. دانش آموزان می توانند تصمیم بگیرند که کجا می خواهند جام را بگذارند. دانش آموزان باید در صورت باقی ماندن سنگ مرمر در پیست و یا نشستن آن در جام مستند کنند.
فعالیت 3 - هر تیم با قرار دادن گامبال در یک نقطه شروع در ماشین خود ، طراحی ماشین صمغ خود را آزمایش می کند و اجازه می دهد تا مسیر را تا زمانی که در یک فنجان قرار بگیرد ، دنبال کند. دانش آموزان باید نحوه کار عنصر و حلقه تعاملی را نشان دهند. دانش آموزان باید مستند کنند که چه مدت طول می کشد تا آدامس از نقطه شروع به جام برود.
برای دانش آموزان جوان تر ، به جای فنجان ، از یک سبد کاغذ باطله استفاده کنید تا آدامس ها را بگیرید.
فعالیت 2 - اسلاید Gumball: Challenge طراحی
شما یک تیم مهندس هستید که به شما چالش طراحی و ساختن سرسره برای یک گومبل داده شده است تا هرچه سریعتر به پایین سفر کرده و در یک فنجان بنشیند. آدامس باید در پیست بماند و در یک فنجان فرود بیاید. اسلاید باید بتواند به تنهایی بایستد (از خود پشتیبانی کند).
ضوابط
- گامبال باید در "مسیر" باقی بماند.
- گامبال باید در یک فنجان فرود بیاید. (جایی که جام را تعیین می کنید به تیم شما بستگی دارد)
- اسلاید باید از خود پشتیبانی کند (خود به خود بایستید).
محدودیت ها
- شما نمی توانید آدامس را فشار دهید تا شروع شود.
- فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید.
- تیم ها ممکن است مواد نامحدود را تجارت کنند.
فعالیت 3 - ماشین Gumball: چالش طراحی
شما یک تیم مهندس هستید که با چالش طراحی و ساخت یک ماشین تعاملی آدامس که مشتریان را به یک فروشگاه اسباب بازی جذب می کند ، مواجه شده اید. دستگاه باید دارای یک عنصر تعاملی و حداقل یک حلقه باشد. دستگاه همچنین باید بتواند به تنهایی بایستد (از خود حمایت کند) و تا حد ممکن خلاقیت داشته باشد.
ضوابط
- آدامس را در مسیر نگه دارید.
- یک عنصر تعاملی داشته باشید.
- حداقل 1 حلقه داشته باشید.
- از خود حمایت کنید (خود به خود بایستید) ، و تا حد ممکن خلاق باشید.
محدودیت ها
- فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید.
- تیم ها ممکن است مواد نامحدود را تجارت کنند.
- کلاس را به تیم های 3-4 نفره تقسیم کنید.
- کاربرگ Interactive Gumball Machine و همچنین برخی از ورق های کاغذ را برای ترسیم طرح ها به دست دهید.
- درباره مباحث در بخش مفاهیم پیشینه بحث کنید.
- فعالیت 1: تاریخچه پشت دستگاه های صمغ زدن را بخوانید و به عنوان یک چالش اصلی در مورد طرح بحث کنید. از دانش آموزان بپرسید چه نوع ماشین های فروش را قبلاً دیده اند و دوست دارند چه نوع ماشین های فروش را در مدرسه یا شهر یا شهر خود داشته باشند.
- فعالیت 2: سرسره Gumball - برای دانش آموزان توضیح دهید که هنگام ساختن اسلاید gumball خود در حال بررسی نیروی جاذبه و انرژی خواهند بود.
- فعالیت 3: ماشین Gumball - وقت بگذارید و در مورد معنای تعامل یا تعامل بحث کنید. از دانش آموزان بخواهید آن را تعریف کنند و سپس چند مثال ارائه دهند.
- تعامل - نوعی کنش است که در اثر تأثیر دو یا چند جسم بر یکدیگر رخ می دهد.
- تعاملی - بازی با یکدیگر.
- مثال: بازی های ویدیویی - تعامل بین کاربر و بازی. این تعاملی است زیرا برای حرکت رو به جلو کاربر را ملزم به شرکت می کند.
- برای اینکه دانش آموزان در مورد چگونگی تعاملی دستگاه gumball خود فکر کنند ، می توانید عکس های زیر را نشان دهید: (تصاویر را وارد کنید)
- فرایند طراحی مهندسی ، چالش طراحی ، معیارها ، محدودیت ها و مواد مربوط به هر فعالیت را مرور کنید.
- مواد هر تیم را تهیه کنید.
- توضیح اینکه دانش آموزان باید 3 فعالیت را انجام دهند.
- فعالیت 1: تاریخچه دستگاه لثه را بیاموزید.
- فعالیت 2: یک اسلاید آدامس را طراحی و بسازید.
- فعالیت 3: یک ماشین آدامس تعاملی را طراحی و بسازید.
- مدت زمان لازم برای طراحی و ساخت را اعلام کنید:
- فعالیت 1: تاریخچه ماشین Gumball (1/2 ساعت).
- فعالیت 2: سرسره Gumball (1 ساعت).
- فعالیت 3: ماشین تعاملی Gumball (1-2 ساعت).
- 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.
- دانش آموزان برای فعالیت 2 ملاقات می کنند و طرحی را تهیه می کنند: سرسره آدامس آنها.
- تیم ها اسلاید گامبال خود را می سازند.
- هر تیم با قرار دادن سنگ مرمر در بالای اسلاید خود و اجازه دادن به غلتیدن آن در یک فنجان ، طرح اسلاید خود را آزمایش می کند. دانش آموزان می توانند تصمیم بگیرند که کجا می خواهند جام را بگذارند. دانش آموزان باید در صورت باقی ماندن سنگ مرمر در پیست و یا نشستن آن در جام مستند کنند.
- با استفاده از س questionsالات زیر بحث کلاس کنید:
- چه چیزی باعث می شود که آدامس شروع به حرکت به سمت پایین اسلاید کند؟ (جاذبه زمین)
- قبل از اینکه آدامس آن را آزاد کند ، چه نوع انرژی دارد؟ (انرژی پتانسیل)
- پس از آزاد شدن گامبال ، چه نوع انرژی دارد؟ (انرژی جنبشی)
- بیشترین مقدار انرژی بالقوه را از کجا پیدا خواهید کرد؟ چرا؟ (بالای اسلاید ، زیرا بالاترین نقطه روی اسلاید است ، PE = mgh)
- بیشترین میزان انرژی جنبشی را از کجا پیدا خواهید کرد؟ چرا؟ (پایین اسلاید ، زیرا آدامس با سرعت بیشتری در آنجا حرکت خواهد کرد ، KE = 1 / 2mv2)
- آیا گامبال کار می کند؟ چرا؟ (بله ، آن نیرو وارد می کند و فاصله را به سمت پایین اسلاید حرکت می دهد ، W = fd)
- چطور شد که آدامس شما از سرسره سریعتر پیش رفت؟ (شیب اسلاید یا طول یا هر دو را افزایش دهید.)
- کجا جام خود را قرار می دهید تا آدامس در آن بنشیند؟ (این برای هر تیم متفاوت خواهد بود.)
- چرا آدامس می خواهد ادامه دهد؟ (تکانه)
- چگونه می توانید آدامس را پایین بیاورید؟ (اصطکاک را معرفی کنید)
- دانش آموزان برای فعالیت 3 ملاقات می کنند و طرحی را تهیه می کنند: دستگاه تعاملی گامبال آنها.
- تیم ها دستگاه تعاملی گامبال خود را می سازند.
- هر تیم با قرار دادن گومبل در نقطه شروع ماشین خود و اجازه دادن به آن برای پیگیری مسیر تا رسیدن به یک فنجان ، طراحی ماشین گومبول خود را آزمایش می کند. دانش آموزان باید نحوه کار عنصر و حلقه تعاملی را نشان دهند. دانش آموزان باید مستند کنند که چه مدت طول می کشد تا آدامس از نقطه شروع به جام برود. برای دانش آموزان جوان تر ، به جای فنجان ، از یک سبد کاغذ باطله استفاده کنید تا آدامس ها را بگیرید.
- به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
- برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.
انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)
- چه چیزی خوب پیش رفت؟
- چه چیزی خوب پیش نرفت؟
- عنصر مورد علاقه شما در دستگاه تعاملی گامبال چیست؟
- اگر فرصتی برای طراحی مجدد داشته باشید ، چه تغییراتی ایجاد می کنید؟
اصلاح زمان
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.
- شتاب: سرعتی که جسم با آن سرعت خود را تغییر می دهد. اگر جسمی سرعت یا جهت خود را تغییر دهد در حال شتاب گرفتن است. اگر یک جسم در حال تغییر سرعت خود باشد (هم افزایش سرعت و هم کاهش سرعت) شتاب می گیرد.
- محدودیت ها: محدودیت در مواد، زمان، اندازه تیم و غیره.
- ضوابط: شرایطی که طرح باید رعایت کند مانند اندازه کلی آن و غیره.
- انرژی: ظرفیت انجام کار. وقتی از یک نیرو (فشار یا کشش) برای ایجاد حرکت استفاده می کنید، کار را انجام می دهید.
- مهندسان: مخترعان و حل کننده های جهان. بیست و پنج تخصص اصلی در مهندسی به رسمیت شناخته شده است (اینفوگرافیک را ببینید).
- 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.
- نیرو: فشار یا کشیدن جسمی که در اثر تعامل یک جسم با جسم دیگر ایجاد می شود.
- اصطکاک: نیرویی که در برابر حرکت جسم مقاومت می کند.
- جاذبه: نیروی جاذبه ای است که توسط آن اجسام به سمت مرکز زمین می افتند.
- کنش متقابل: نوعی کنش است که در اثر تأثیر دو یا چند شیء بر یکدیگر رخ می دهد.
- تعاملی: عمل کردن با یکدیگر.
- انرژی جنبشی: انرژی حرکت. تمام اجسام متحرک دارای انرژی جنبشی هستند. مقدار انرژی جنبشی به جرم و سرعت یک جسم بستگی دارد. فرمول انرژی جنبشی KE=1/2mv2 است. [m = جرم جسم، v = سرعت جسم]
- تکرار: تست و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
- جرم: مقدار ماده در یک جسم.
- حرکت: تغییر موقعیت جسم نسبت به زمان که توسط یک ناظر خاص در چارچوب مرجع اندازه گیری می شود.
- انرژی بالقوه: انرژی موقعیت. مقدار انرژی پتانسیل به جرم و ارتفاع یک جسم بستگی دارد. فرمول انرژی پتانسیل PE=mgh است. [m = جرم جسم، g = شتاب ناشی از گرانش (9.8 m/s2)، h = ارتفاع جسم]
- نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
- سرعت: سرعت حرکت یک جسم.
- سرعت: سرعتی که یک جسم با آن موقعیت خود را تغییر می دهد. تکانه: جرم در حرکت. مقدار حرکت بستگی به میزان حرکت و سرعت حرکت مواد دارد.
- وزن: نیروی جاذبه زمین بر جسم.
- کار: اعمال نیرو بر روی یک جسم برای حرکت دادن آن در مسافت. فرمول کار W = fd است. [f= نیروی اعمال شده به جسم، d = جابجایی جسم].
خواندن توصیه می شود
- ماشین های فروش: تاریخ اجتماعی آمریکا (شابک: 978-0786413690) ماشین های فروش (شابک: 978-0981960012)
فعالیت نوشتن
- از دانش آموزان بخواهید در مورد "یک روز در زندگی" دستگاه آدامس خود داستان کوتاه بنویسند. دستگاه گومبال با چه کسی ملاقات می کند و چه اتفاقی می افتد؟ چگونه دستگاه آدامس می تواند زندگی بچه هایی را که از آن گوماس می گیرند تغییر دهد؟
- دانش آموزان همچنین می توانند با ایجاد آگهی مشتری های بیشتری را به فروشگاه اسباب بازی بکشند. آنها باید ماشین آدامس تعاملی را در آگهی نشان دهند. چرا بچه ها باید به این فروشگاه اسباب بازی بیایند؟ چرا دستگاه تعاملی گامبال باید از آن بازدید کند؟
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
- خصوصیات و تغییر خصوصیات در ماده
- 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 علوم نسل بعدی نمرات 3-5 (سنین 8-11)
ماده و فعل و انفعالات آن
دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:
- 2-PS1-2. داده های بدست آمده از آزمایش مواد مختلف را تجزیه و تحلیل کنید تا مشخص شود کدام مواد دارای خصوصیاتی هستند که برای هدف مورد نظر مناسب ترند.
- 5-PS1-3. برای شناسایی مواد براساس خصوصیات آنها ، مشاهدات و اندازه گیری هایی انجام دهید
استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار
طرح
- استاندارد 10: دانش آموزان درک درستی از نقش عیب یابی ، تحقیق و توسعه ، اختراع و نوآوری و آزمایش در حل مسئله خواهند داشت.
سناریو
یک فروشگاه اسباب بازی محلی نیاز به جذب مشتری بیشتر دارد ، بنابراین آنها از کلاس شما درخواست کردند تا با ایجاد یک نمایشگر ویژه که در مرکز فروشگاه نصب می شود و برای بچه ها سرگرم کننده خواهد بود - یک ماشین تعاملی گامبال!
چالش طراحی
یک ماشین آدامس تعاملی سرگرم کننده طراحی و بسازید که مشتریان را به فروشگاه اسباب بازی بکشاند.
ضوابط
تمام طرح ها باید:
- آدامس را در مسیر نگه دارید ،
- یک عنصر تعاملی داشته باشید ،
- حداقل 1 حلقه داشته باشید ،
- از خود حمایت کنید (خود به خود بایستید) ، و
- تا حد ممکن خلاق باشید.
محدودیت ها
- شما فقط باید از مواد ارائه شده استفاده کنید.
اعضای تیم:_____________________________________________
نام ماشین تعاملی گامبال: __________________________________________
مرحله برنامه ریزی
به صورت تیمی ملاقات کنید و درمورد مشکلی که باید حل کنید صحبت کنید. سپس طرحی را برای دستگاه آدامس خود توسعه داده و به توافق برسید. شما باید تعیین کنید که از چه موادی می خواهید استفاده کنید. طرح خود را در کادر زیر بکشید و مطمئن شوید که شرح و تعداد قطعاتی را که قصد استفاده از آن را دارید نشان دهید.
طرح های طوفان فکری برای اسلاید gumball شما:
بهترین طرح خود را انتخاب کنید و آن را در اینجا ترسیم کنید:
فاز ساخت و ساز
دستگاه آدامس خود را بسازید. در حین ساخت ممکن است تصمیم بگیرید که به مواد اضافی نیاز دارید یا اینکه طرح شما باید تغییر کند. این درست است - فقط یک طرح جدید درست کنید و در لیست مواد خود تجدید نظر کنید.
مرحله آزمایش
هر تیم دستگاه گامبال خود را آزمایش می کند. اگر طراحی شما مجدداً موفق نبوده و دوباره آزمایش کنید ، تا زمانی که از آن راضی باشید. تست های تیم های دیگر را ببینید و ببینید که چگونه طراحی های مختلف آنها کار می کند.
طرح نهایی خود را ترسیم کنید
مرحله ارزیابی
نتایج تیم های خود را ارزیابی کنید ، کاربرگ ارزیابی را تکمیل کنید و یافته های خود را به کلاس ارائه دهید.
برای ارزیابی نتایج تیم خود در درس Interactive Gumball Machine از این صفحه کار استفاده کنید:
- چه چیزی خوب پیش رفت؟
- چه چیزی خوب پیش نرفت؟
- عنصر مورد علاقه شما در دستگاه تعاملی گامبال چیست؟
- اگر فرصتی برای طراحی مجدد داشته باشید ، چه تغییراتی ایجاد می کنید؟