یک سوال از تعادل

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد مورد نیاز

• رولپلاک چوبی
• کاسه های پلاستیکی یا لیوان های کاغذی
• سیم
• با کف دست زدن
• رشته
• چهار قوطی کنسرو یا جعبه های کوچک خالی 

مواد آزمایش

• مقیاس
• جعبه های مرمر ، گیره کاغذ یا سایر اقلام که از نظر اندازه و شکل سازگار هستند

مواد

• مقیاس
• جعبه های مرمر ، گیره کاغذ یا سایر اقلام که از نظر اندازه و شکل سازگار هستند

روند

شما باید وزن/تعداد گل برای هر تیم را بر اساس آیتم (سنگ مرمر ، گیره کاغذی) که انتخاب کرده اید و استحکام لیوان های کاغذی یا سایر مواد استفاده شده ، تعیین کنید.

تیم ها با اجرای سیستم خود و "بسته بندی" چهار محصول ، طرح های خود را آزمایش می کنند. مراحل بسته بندی را تماشا کنید ، و همچنین همه کوزه ها را وزن کنید تا مطمئن شوید که آنها به وزن مورد نظر نزدیک هستند یا تعداد آنها. تفاوت هایی وجود خواهد داشت ، اما تفاوت نباید بیش از یک یا دو تیله باشد ، با فرض اینکه وزن هر یک یکسان باشد.

چالش طراحی

شما تیمی از مهندسین تولیدی هستید که چالش طراحی و سپس ایجاد یک سیستم تولیدی را برای تحویل وزن ثابت یا شمارش سنگ مرمر یا سایر اقلام به مجموعه ای از چهار جعبه یا کوزه بر عهده دارید.

ضوابط

• باید وزن ثابت یا تعداد تیله ها را به یک سری چهار جعبه کوزه تحویل دهد

محدودیت ها

• فقط از مواد ارائه شده استفاده کنید.

1. کلاس را به تیم های 2-3 نفره تقسیم کنید.
2. کاربرگ A Question of Balance ، و همچنین چند ورق کاغذ برای ترسیم طرح ها را به دست آورید.
3. درباره مباحث در بخش مفاهیم پیشینه بحث کنید.
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 سیستمی را طراحی و بسازند که چهار بسته (جعبه یا قوطی) یک محصول (سنگ مرمر ، گیره کاغذ و غیره) با وزن یا تعداد یکسان "تولید" کند. ایده این است که سیستم آنها بسته های نهایی ثابتی تولید می کند. دانش آموزان ممکن است بخواهند سطح شیب دار یا تسمه نقاله ، مکانیزم نوک یا روشهای دیگر را برای تحویل آب نبات به بسته نهایی توسعه دهند.

   شما باید وزن/تعداد گل برای هر تیم را بر اساس آیتم (سنگ مرمر ، گیره کاغذی) که انتخاب کرده اید و استحکام لیوان های کاغذی یا سایر مواد استفاده شده ، تعیین کنید.

   آنها باید واریانس شمارش مورد انتظار بین چهار شیشه/جعبه را با استفاده از سیستم تولید خود تخمین بزنند. تفاوت مجاز یا مورد انتظار در وزن یا تعداد بین آن چهار بسته چقدر است؟

7. مدت زمان لازم برای طراحی و ساخت را 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 ملاقات می کنند و برنامه ای برای سیستم تولید خود ایجاد می کنند. آنها در مورد مواد مورد نیاز خود توافق می کنند ، طرح خود را می نویسند/ترسیم می کنند و برنامه خود را به کلاس ارائه می دهند. تیم ها ممکن است مواد نامحدودی را با تیم های دیگر مبادله کنند تا لیست قطعات ایده آل خود را توسعه دهند.
10. تیم ها طرح های خود را می سازند.
11. شما باید وزن/تعداد گل برای هر تیم را بر اساس آیتم (سنگ مرمر ، گیره کاغذی) که انتخاب کرده اید و استحکام لیوان های کاغذی یا سایر مواد استفاده شده ، تعیین کنید. تیم ها با اجرای سیستم خود و "بسته بندی" چهار محصول ، طرح های خود را آزمایش می کنند. مراحل بسته بندی را تماشا کنید ، و همچنین همه کوزه ها را وزن کنید تا مطمئن شوید که آنها به وزن مورد نظر نزدیک هستند یا تعداد آنها. تفاوتهایی وجود خواهد داشت ، اما تفاوت نباید بیش از یک یا دو تیله باشد ، با فرض اینکه وزن هر یک یکسان باشد.
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.

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. آیا موفق به ایجاد یک سیستم تولید شده اید؟ اگر نه ، چرا شکست خورد؟
2. آیا زمانی که در واقع سیستم را می ساختید ، مجبور بودید تغییراتی در طرح نوشته شده خود ایجاد کنید؟ اگر چنین است ، کدام قسمت از سیستم بیشترین تغییرات را در مرحله ساخت نیاز داشت؟
3. آیا فکر می کنید مهندسین شاغل باید برنامه های اولیه خود را در طول فرایند تولید تطبیق دهند؟ چرا ممکن است آنها؟
4. چگونه وزن واقعی یا تعداد بین چهار "بسته" متفاوت بود؟ این نتیجه چگونه با برآورد پیش از تولید شما مقایسه شد؟
5. از کدام بخش از این فرایند بیشتر لذت بردید؟ چرا؟
6. به نظر شما کدام ایده ای که در کار تیم دیگری پیاده سازی کردید بیشتر مبتکرانه بود؟ چرا؟
7. آیا متوجه شدید که در کلاس شما طرح های زیادی وجود دارد که هدف پروژه را برآورده می کند؟ این در مورد برنامه های مهندسی به شما چه می گوید؟
8. آیا متوجه شدید که کار گروهی باعث موفقیت بیشتر این پروژه شد؟ اگر نه ، چرا که نه؟ اگر چنین است ، توضیح دهید.
9. آیا فکر می کنید در یک محیط تولید واقعی ، طراحی "بسته" - جعبه ، شیشه یا کیسه - قبل ، بعد یا همزمان با توسعه محصول ایجاد شده است؟ چه چیزی برای شما بیشتر منطقی است؟ چرا؟

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.

مقیاس برنامه ها
ترازو کاربردهای زیادی دارد

ترازوها در بسیاری از کاربردها - فراتر از تعیین وزن شخصی - استفاده می شوند. آنها بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از سیستم ها هستند ، زیرا وزن محصولات یا اجزای آن بر هزینه محصولات یا خدمات تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، سیستم های پستی در سراسر جهان هزینه ارسال را بر اساس وزن نامه یا بسته ای که حمل می شود ، تعیین می کنند. خواربارفروشها و بازارهای میوه از ترازو برای تعیین هزینه استفاده از میوه ، سبزیجات ، آجیل ، غلات و ادویه جات استفاده می کنند. در این مثالها ، وزن ممکن است به هر نحوی بدون ایجاد مشکل باشد. ممکن است یک یا دو عدد آجیل اضافی دریافت کنید ، یا در پایان با کمی چاشنی ادویه بدون هیچگونه پیامد مصرف کنید.

مهندسی ساخت

برای مهندسان تولید ، به ویژه آنهایی که در صنعت داروسازی هستند ، مهم است که وزن ها یا محصولات یا اجزاء قبل از بسته بندی دقیق اندازه گیری شوند. تولیدکنندگان دارو باید مطمئن باشند که دوز دقیق است - بستن به اندازه کافی خوب نیست! ایمنی یکی از مهمترین ملاحظات تولید است!

مهندسان تولید کننده درگیر فرایند تولید از برنامه ریزی تا بسته بندی محصول نهایی هستند. آنها با ابزارهایی مانند روبات ها ، کنترل کننده های قابل برنامه ریزی و عددی و سیستم های بینایی برای تنظیم دقیق مونتاژ ، بسته بندی و امکانات حمل و نقل کار می کنند. آنها جریان و فرایند تولید را مورد بررسی قرار می دهند ، به دنبال راه هایی برای ساده سازی تولید ، بهبود روند برگشت و کاهش هزینه ها هستند. یکی از اقداماتی که آنها روی آن تمرکز می کنند وزن است. آنها گاهی از دوربین ها برای شمارش تعداد محصولاتی که در یک بسته قرار می گیرند ، مانند تعداد کوکی ها در یک جعبه استفاده می کنند ، اما آنها اغلب از ترازو استفاده می کنند تا مطمئن شوند که مقدار وعده داده شده آب نبات ، غلات یا حتی ناخن در آن تحویل داده می شود. یک جعبه. وب سایت های زیادی وجود دارد که سیستم های تولیدی کارکرده را نشان می دهند - برای مشاهده نحوه عملکرد سیستم های مختلف به برخی از آنها مراجعه کنید! به عنوان مثال ژله های ژله ای در حین تولید در قیف ریخته می شوند. قیف آنها را وارد یک سیستم مقیاس می کند که وزن و مقدار دقیق دانه های ژله را در انواع مختلف بسته بندی از جمله کیسه ها ، جعبه ها و کوزه ها توزیع می کند.

خواندن توصیه می شود

• مهندسی و فناوری ساخت (شابک: 0131489658)
• ترازو و ترازو (شابک: 0747802270)

فعالیت نوشتن

یک مقاله یا یک پاراگراف در مورد پیامدهای فرآیندهای اتوماسیون بر جامعه بنویسید.

تراز به چهارچوب برنامه درسی

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

• S. استانداردهای آموزش علوم (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. استانداردهای علمی نسل بعدی (http://www.nextgenscience.org/)
• استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات برای ریاضیات مدرسه (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. استانداردهای هسته هسته ای مشترک 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 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

• حرکات و نیروها

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

• علم و فناوری در جامعه 

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 B محتوا: علوم فیزیکی

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

• حرکات و نیروها

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

• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی 

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

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.
• 3-5-ETS1-3. برنامه ریزی و انجام آزمایش های منصفانه که در آن متغیرها کنترل می شوند و نقاط شکست برای شناسایی جنبه های یک مدل یا نمونه اولیه قابل بهبود در نظر گرفته می شوند. 

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

طراحی مهندسی

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

• 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.

اصول و استانداردهای ریاضیات مدرسه (سنین 6 تا 18 سال)

استاندارد و تعداد و عملیات

• اعداد ، روش های نمایش اعداد ، روابط بین اعداد و سیستم اعداد را بفهمید
• روان حساب کنید و برآورد منطقی انجام دهید

استاندارد اندازه گیری

• ویژگیهای قابل اندازه گیری اشیاء و واحدها ، سیستمها و فرایندهای اندازه گیری را درک کنید
• از تکنیک ها ، ابزارها و فرمول های مناسب برای تعیین اندازه گیری استفاده کنید

نمایندگی

• برای سازماندهی ، ثبت و برقراری ارتباط ایده های ریاضی نمایندگی ایجاد و استفاده کنید
• برای مدل سازی و تفسیر پدیده های جسمی ، اجتماعی و ریاضی از نمایش ها استفاده کنید

استانداردهای عمومی هسته اصلی ریاضیات مدرسه: محتوا (سنین 7-10 سال)

اندازه گیری و داده ها

• حل مسائل مربوط به اندازه گیری و برآورد.
• ریاضی محتوا 3. MD.A.2حجم و جرم مایع را با استفاده از واحدهای استاندارد گرم (گرم) ، کیلوگرم (کیلوگرم) و لیتر (لیتر) اندازه گیری و تخمین بزنید. در واحدهای یکسان ، به عنوان مثال ، با استفاده از نقشه ها (مانند یک لیوان با مقیاس اندازه گیری) برای نشان دادن مشکل ارائه شده است.

 استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

ماهیت فناوری

• استاندارد 1: دانش آموزان درک درستی از ویژگی ها و دامنه فناوری پیدا می کنند.
• استاندارد 2: دانش آموزان درک درستی از مفاهیم اصلی فناوری پیدا می کنند.
• استاندارد 3: دانش آموزان درک درستی از روابط بین فن آوری ها و ارتباطات بین فناوری و سایر زمینه های تحصیل خواهند داشت.

طرح

• 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 12: دانش آموزان توانایی استفاده و نگهداری از محصولات و سیستم های فن آوری را توسعه می دهند.
• استاندارد 13: دانش آموزان توانایی ارزیابی تأثیر محصولات و سیستم ها را پیدا می کنند.

جهان طراحی شده

استاندارد 19: دانش آموزان درک درستی از فن آوری های تولید را به دست می آورند و قادر به انتخاب و استفاده هستند.

شما تیمی از مهندسین تولیدی هستید که چالش طراحی و سپس ایجاد یک سیستم تولیدی را برای تحویل وزن ثابت یا شمارش سنگ مرمر یا سایر اقلام به مجموعه ای از چهار جعبه یا کوزه بر عهده دارید.

مرحله تحقیق / آماده سازی

1. برگه مرجع دانش آموز را مرور کنید. در صورت امکان به برخی از وب سایت های تولید مجازی مراجعه کنید.

برنامه ریزی بصورت تیمی

2. معلم شما برخی از مواد را از جمله رولپلاک چوبی ، کاسه های پلاستیکی یا لیوان های کاغذی ، سیم ، نوار ، سیم ، چهار قوطی کنسرو یا جعبه های کوچک خالی در اختیار تیم شما قرار داده است. شما همچنین مقدار زیادی از "محصول" دارید که ممکن است سنگ مرمر ، گیره کاغذ یا سایر مواردی باشد که معلم شما انتخاب کرده است. وظیفه شما طراحی یک سیستم تولیدی است که مقدار معینی از محصول را وزن کرده و آن را به چهار شیشه یا جعبه تحویل می دهد. شما باید مطمئن شوید که وزن یا شمارش روی هدف است و بین این چهار بسته سازگار است.
3. با ملاقات با تیم خود و توافق بر سر طراحی سیستم شروع کنید. خلاق باشید و از این روند لذت ببرید!
4. برآورد واریانس شمارش مورد انتظار بین چهار شیشه/جعبه با استفاده از سیستم تولیدی شما. تفاوت مجاز یا مورد انتظار در وزن یا تعداد بین آن چهار بسته چقدر است؟
5. طرح خود را در کادر زیر (یا روی یک کاغذ جداگانه) بنویسید یا بکشید.

فاز ساخت و ساز

5. سیستم تولید خود را بسازید
6. نگاهی به سیستم های ایجاد شده توسط سایر تیم های کلاس بیاندازید.
7. سیستم خود را اجرا کرده و چهار محصول را "بسته بندی" کنید. معلم شما هر بسته را برای تیم شما وزن می کند تا بتوانید ببینید سیستم شما چقدر خوب کار کرده است.
8. 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 ساخت یک چرخ بزرگ از این صفحه کار استفاده کنید:

1. آیا موفق به ایجاد یک سیستم تولید شده اید؟ اگر نه ، چرا شکست خورد؟

2. آیا زمانی که در واقع سیستم را می ساختید ، مجبور بودید تغییراتی در طرح نوشته شده خود ایجاد کنید؟ اگر چنین است ، کدام قسمت از سیستم بیشترین تغییرات را در مرحله ساخت نیاز داشت؟

3. آیا فکر می کنید مهندسین شاغل باید برنامه های اولیه خود را در طول فرایند تولید تطبیق دهند؟ چرا ممکن است آنها؟

4. چگونه وزن واقعی یا تعداد بین چهار "بسته" متفاوت بود؟ این نتیجه چگونه با برآورد پیش از تولید شما مقایسه شد؟

5. از کدام بخش از این فرایند بیشتر لذت بردید؟ چرا؟

6. به نظر شما کدام ایده ای که در کار تیم دیگری پیاده سازی کردید بیشتر مبتکرانه بود؟ چرا؟

7. آیا متوجه شدید که در کلاس شما طرح های زیادی وجود دارد که هدف پروژه را برآورده می کند؟ این در مورد برنامه های مهندسی به شما چه می گوید؟

8. آیا متوجه شدید که کار گروهی باعث موفقیت بیشتر این پروژه شد؟ اگر نه ، چرا که نه؟ اگر چنین است ، توضیح دهید.

9. آیا فکر می کنید در یک محیط تولید واقعی ، طراحی "بسته" - جعبه ، شیشه یا کیسه - قبل ، بعد یا همزمان با توسعه محصول ایجاد شده است؟ چه چیزی برای شما بیشتر منطقی است؟ چرا؟