پل پوپسیکل

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد مورد نیاز

• 200 عدد چوب بستنی
• چسب چوب یا کاردستی

مواد آزمایش

• وزن 5 پوند (برای دانشجویان جوان) و 20 پوند وزن (برای دانش آموزان مسن تر)
• (کیسه های شکر یا آرد ، 16 اونس قوطی غذا ، 72 اونس. بطری مواد شوینده لباس ، وزن ورزش یا وزن دیگر)
• 2 صندلی ، میز یا میزهای کوچک (به قدری بلند که اجازه می دهد طرح ها 1 فوت بالاتر از کف معلق شوند)

مواد

• وزن 5 پوند (برای دانشجویان جوان) و 20 پوند وزن (برای دانش آموزان مسن تر)
• (کیسه های شکر یا آرد ، 16 اونس قوطی غذا ، 72 اونس. بطری مواد شوینده لباس ، وزن ورزش یا وزن دیگر)
• 2 صندلی ، میز یا میزهای کوچک (به قدری بلند که اجازه می دهد طرح ها 1 فوت بالاتر از کف معلق شوند)

روند

• 2 صندلی یا میز (سطح صاف) حداقل 14 ”جدا از یکدیگر قرار دهید
• یک پل را به ارتفاع 1 فوت از کف در بالای صندلی ها / میزها معلق یا چسب بزنید
• وزن از پیش تعیین شده را برای یک دقیقه کامل روی پل قرار دهید
  • بسته به نوع وزن انتخاب شده ، می توان آن را در بالای طرح قرار داد یا از پایین آویزان کرد.
• هدف از آزمایش طرح ها برای تأمین حداقل بار است. با این حال ، سرگرم کننده است که به وزن اضافه کنید و سازه را برآورده کنید تا بار بحرانی را که منجر به یک پل در حال خرد شدن است ، برآورده کنید! 

در مورد طرح ها قضاوت می کنیم

• به عنوان یک کلاس ، درمورد آنچه که باعث زیبایی پل از نظر زیبایی می شود ، بحث کنید
  • در آماده سازی برای داوری لیستی از ویژگی ها تهیه کنید
• در مرحله بعد ، هر طرح پل را از نظر زیبایی شناسی قضاوت کنید
  • از مقیاس 1-5 استفاده کنید ، با 1 که "اصلاً جذاب نیست" و 5 "بسیار جذاب" است.
• برای هر طرح 1 نظر مثبت و 1 پیشنهاد برای بهبود ارائه دهید.

پل عابر پیاده آسمان لنکاوی - مالزی

• 125 متر طول ، و 1.8 متر عرض
• به عنوان یک مسیر پیاده روی منحنی برای به حداکثر رساندن تجربه مشاهده طراحی شده است.
• از پانل های فولادی و بتونی تشکیل شده است که در بالای یک خرپا مثلثی معکوس قرار گرفته است.
• با 8 کابل از یک ستون تک ارتفاع 81.5 متری معلق شده و در ارتفاع 100 متری زمین آویزان است.
• برای حمل حداکثر ظرفیت 250 نفر طراحی شده است.

منبع: ویکی پدیا

فروپاشی پل عابر پیاده دانشگاه بین المللی فلوریدا

یک طراحی ضعیف منجر به ریزش یک پل عابر پیاده در حال ساخت در FIU در سال 2018 شد. مهندسان میزان تنش سازه را به اشتباه محاسبه کردند.

منبع: USA Today

چالش طراحی

شما یک تیم مهندس هستید که در حال کار برای طراحی یک پل با استفاده از چسب و 200 چوب بستنی یا کمتر هستید. 

ضوابط

• پل ها باید بتوانند وزن از پیش تعیین شده 5 پوند یا 20 پوند را نگه دارند. طول ساختار باید حداقل 14 اینچ باشد.

محدودیت ها

نمی تواند بیش از 200 چوب بستنی استفاده کند.

1. کلاس را به تیم های 2-4 نفره تقسیم کنید.
2. صفحه طراحی Your Own Bridge و همچنین برخی از ورق های کاغذ را برای ترسیم طرح ها به دست خود برسانید.
3. درباره مباحث در بخش مفاهیم پیشینه بحث کنید.
4. فرایند طراحی مهندسی ، چالش طراحی ، معیارها ، محدودیت ها و مواد را مرور کنید. اگر زمان اجازه می دهد ، قبل از اجرای چالش طراحی ، "برنامه های واقعی جهان" را مرور کنید.
5. قبل از آموزش به دانش آموزان برای شروع طوفان مغزی و ترسیم طرح های خود ، از آنها بخواهید موارد زیر را در نظر بگیرند:
   types انواع مختلف پل ها
   ● کدام شکل ها از دیگران قوی ترند؟
   ● مقدار وزنی در طرح شما باید معیارهای 14 "باشد
   ● زیبایی شناسی - خلاق باشید
   ● کارایی - سعی کنید از همه میله های بستنی استفاده نکنید
6. مواد هر تیم را تهیه کنید.
7. توضیح اینکه دانش آموزان باید از 200 چوب و چسب بستنی یک پل بستنی ایجاد کنند. این پل باید توانایی نگه داشتن وزنی از پیش تعیین شده 5 پوند یا 20 پوند را داشته باشد. ساختار باید حداقل 14 اینچ طول داشته باشد.
8. مدت زمان لازم برای طراحی و ساخت را اعلام کنید (1 ساعت توصیه می شود).
9. 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.
10. دانش آموزان با هم ملاقات می کنند و طرحی برای پل خود تهیه می کنند. آنها در مورد موادی که به آنها احتیاج دارند توافق می کنند ، برنامه خود را می نویسند / می کشند و برنامه خود را به کلاس ارائه می دهند.
11. تیم ها طرح های خود را می سازند.
12. طرح های پل را با تعلیق یا ضربه زدن روی پل 1 فوت بالاتر از کف در بالای صندلی ها / میزها آزمایش کنید. وزن از پیش تعیین شده را برای یک دقیقه کامل روی پل قرار دهید.
13. تیم ها باید میزان وزنی که پل آنها می تواند داشته باشد و تعداد میله های بستنی مورد استفاده را ثبت كنند.
14. به عنوان کلاس ، درباره س refالات انعکاس دانش آموز بحث کنید.
15. برای اطلاعات بیشتر در مورد این موضوع ، به بخشهای "برنامه های واقعی جهان" و "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.

تنوع برای دانشجویان مسن تر

• از چوب های بستنی و چسب پلی طراحی کنید و بسازید که بتواند وزن زیر را حفظ کند:
  • دو دانشجو
  • سه دانشجو
• اگر این تغییر را امتحان می کنید ، به یاد داشته باشید که ایمنی را به خاطر بسپارید

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. آیا موفق به ایجاد پلی شدید که برای یک دقیقه کامل وزن لازم را داشته باشد؟ اگر نه ، چرا شکست خورد؟
2. آیا تصمیم داشتید در مرحله ساخت خود در طرح اصلی خود تجدید نظر کنید؟ چرا؟
3. در نهایت از چند چوب بستنی استفاده کردید؟ آیا این تعداد با برنامه شما متفاوت بود؟ اگر چنین است ، چه چیزی تغییر کرد؟
4. میانگین نمره زیبایی برای پل شما چقدر بود؟ این چگونه با بقیه کلاس مقایسه شد؟ کدام عناصر طراحی پل های دیگر را بیشتر دوست داشتید؟
5. آیا فکر می کنید مهندسان مجبورند برنامه های اصلی خود را هنگام ساخت سیستم ها یا محصولات تطبیق دهند؟ چرا ممکن است؟
6. اگر مجبور باشید این کار را دوباره انجام دهید ، طراحی شما چگونه تغییر می کند؟ چرا؟
7. دیدید تیم های دیگر چه طرح یا روش هایی را امتحان کردند که فکر کردید خوب کار کرده است؟
8. فکر می کنید اگر تنها کار می کردید می توانستید این پروژه را راحت تر به پایان برسانید؟ توضیح…
9. به نظر شما مهندسان هنگام ساختن یک پل واقعی چه نوع معامله ای بین عملکرد ، ایمنی و زیبایی انجام می دهند؟

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.

• تکیه گاه: بخشی از سازه ای که فشار دریافت می کند
• زیبایی: تقدیر از یک ظاهر زیبا
• قوس: یک شکل منحنی. پل قوسی به شکل قوس شکل گرفته و به طور طبیعی محکم است
• پرتو: یک قطعه بلند از چوب یا فولاد سنگین اغلب مربع شکل برای استفاده در ساخت و ساز. پل های تیرچه تیرهای افقی هستند که در هر انتها توسط پایه ها پشتیبانی می شوند.
• کابل: یک طناب سیم دار یا زنجیره فلزی قوی. یک پل کابلی توسط کابل ها نگه داشته می شود.
• سگدست: تیرهای افقی که فقط از یک انتها پشتیبانی می شوند. پل های کنسول با استفاده از کنسول ساخته می شوند.
• محدودیت ها: محدودیت های مربوط به مواد ، زمان ، اندازه تیم و غیره
• ضوابط: شرایطی که طرح باید مانند اندازه کلی آن و غیره رعایت کند.
• بار بحرانی: وزنی که در آن یک ساختمان یا سازه از کار می افتد
• مورد تأیید: مخترعین و مسئله گشایان جهان. XNUMX تخصص اصلی در مهندسی شناخته شده اند (اینفوگرافیک را ببینید).
• فرآیند طراحی مهندسی: مهندسان فرآیند برای حل مشکلات استفاده می کنند.
• عادات مهندسی ذهن (EHM): شش روش منحصر به فرد که مهندسان فکر می کنند.
• تکرار: آزمایش و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
• بار: وزن یا منبع فشاری که بر روی یک جسم وارد می شود
• نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
• محدوده: گسترش یا میزان گسترش بین پشتیبانیها
• تعلیق: در هوا آویزان است. پل های معلق از کابل ها معلق هستند و تمایل به طولانی بودن دارند.
• فشار: فشار یا کششی که بر روی یک جسم مادی اعمال می شود

اتصال به اینترنت

• تاریخچه پل بندرگاه سیدنی
• ساختن بزرگ - پل ها

خواندن توصیه می شود

• پل های جهان: طراحی و ساخت آنها (شابک: 0486429954)
• پل ها: سازه های شگفت انگیز برای طراحی ، ساخت و آزمایش (شابک: 1885593309)

فعالیت نوشتن

در مورد چگونگی تأثیر مواد مهندسی جدید بر طراحی پل ها در طول قرن گذشته ، مقاله یا پاراگرافی 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:  

• 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 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

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

• خصوصیات اشیا and و مواد 

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری 

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

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

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 

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

• 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

• 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 

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 

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم

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

• دیدگاه های تاریخی 

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

حرکت و پایداری: نیروها و فعل و انفعالات

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

• 3-PS2-1. برای ارائه شواهدی از تأثیرات نیروهای متعادل و نامتعادل در حرکت یک جسم ، تحقیق و برنامه ریزی کنید. 

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-ETS1-1 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

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 5: دانش آموزان درک درستی از تأثیرات فناوری بر محیط زیست 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 11: دانش آموزان توانایی های استفاده از روند طراحی را پیدا می کنند.

جهان طراحی شده

• استاندارد 20: دانش آموزان درک درستی از فناوری های ساخت و ساز را می توانند انتخاب و استفاده کنند.

شما عضوی از یک تیم مهندس هستید که به شما چالش طراحی یک پل از حداکثر 200 چوب بستنی و چسب داده شده است. پل ها باید توانایی نگه داشتن وزن خاصی را داشته باشند (معلم شما تصمیم خواهد گرفت که هدف وزنی برای تیم شما چگونه باشد). طول پل باید حداقل 14 اینچ باشد. اما باید طول آن بیشتر از 14 اینچ باشد زیرا وقتی ساخته شد ، بین دو صندلی قرار می گیرد بنابراین برای آزمایش تحمل وزن حداقل یک فوت بالاتر از کف است. این پل علاوه بر تأمین نیازهای سازه ای و تحمل وزن ، از نظر زیبایی شناسی نیز مورد قضاوت قرار می گیرد ، بنابراین خلاق باشید! و ، شما تشویق می شوید که برای دستیابی به هدف خود از کمترین تعداد مواد بستنی ممکن استفاده کنید.

مرحله برنامه ریزی

به صورت تیمی ملاقات کنید و درمورد مشکلی که باید حل کنید صحبت کنید. سپس طرحی را برای پل خود بسازید و به توافق برسید. شما باید تعیین کنید که چقدر از چوب بستنی استفاده می کنید (حداکثر 200 عدد) - و مراحلی که در مراحل تولید برمی دارید. به این فکر کنید که چه الگوهایی می توانند قوی ترین باشند ... اما درباره زیبایی پل شما نیز قضاوت می شوند! طرح خود را در کادر زیر بکشید و مطمئن شوید که تعداد میله هایی را که پیش بینی می کنید استفاده کنید. طرح خود را به کلاس ارائه دهید. پس از دریافت بازخورد از کلاس ، ممکن است تصمیم بگیرید که در برنامه تیم های خود تجدید نظر کنید.

فاز ساخت و ساز

پل خود را بسازید. در حین ساخت ممکن است تصمیم بگیرید که به میله های اضافی (حداکثر 200 عدد) نیاز دارید یا اینکه طرح شما باید تغییر کند. این درست است - فقط یک طرح جدید بسازید و در لیست مواد خود تجدید نظر کنید.

رأی زیبایی

هر دانش آموز در مورد ظاهر هر پل رأی می دهد. مقیاس 1 - 5 - است (1: اصلاً جذاب نیست ؛ 2: جذاب نیست ؛ 3: خنثی / متوسط ​​؛ 4: تا حدودی جذاب ؛ 5: بسیار جذاب). این عدد به طور متوسط ​​تولید می شود تا برای هر پل نمره ایجاد شود. این نمره بر اساس میزان تحمل وزن پل نیست اما بر اساس شکل ظاهری آن است.

مرحله آزمایش

هر تیم پل خود را آزمایش می کند تا ببیند حداقل برای یک دقیقه کامل می تواند وزن لازم را تحمل کند یا خیر. تست های تیم های دیگر را ببینید و ببینید که چگونه طراحی های مختلف آنها کار می کند.

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 از این کاربرگ استفاده کنید:

1) آیا شما موفق به ایجاد پلی شدید که وزن لازم را برای یک دقیقه کامل نگه دارد؟ اگر نه ، چرا شکست خورد؟

2) آیا تصمیم داشتید در مرحله ساخت خود در طرح اصلی خود تجدید نظر کنید؟ چرا؟

3) در نهایت از چند چوب بستنی استفاده کردید؟ آیا این تعداد با برنامه شما متفاوت بود؟ اگر چنین است ، چه چیزی تغییر کرد؟

4) میانگین نمره زیبایی برای پل شما چقدر بود؟ این مقایسه با بقیه کلاس ها چگونه است؟ کدام عناصر طراحی پل های دیگر را بیشتر دوست داشتید؟

5) آیا فکر می کنید مهندسان مجبورند برنامه های اصلی خود را هنگام ساخت سیستم ها یا محصولات تطبیق دهند؟ چرا ممکن است؟

6) اگر مجبور باشید این کار را دوباره انجام دهید ، طراحی شما چگونه تغییر می کند؟ چرا؟

7) تیم های دیگری که فکر می کنید خوب کار کرده اند چه طرح یا روش هایی را امتحان کرده اند؟

8) آیا فکر می کنید اگر تنها کار می کردید می توانستید این پروژه را راحت تر به پایان برسانید؟… را توضیح دهید

9) به نظر شما مهندسان هنگام ساخت یک پل واقعی چه نوع معامله ای بین عملکرد ، ایمنی و زیبایی انجام می دهند؟

• سواحیلی