بلند برج چالش

مواد (برای هر تیم)

• 1 توپ گلف یا توپ مشابه / اندازه آن

روند

مقاومت هر سازه را با قرار دادن توپ روی برج در نقطه ای بیش از 20٪ زیر ارتفاع بالای برج آزمایش کنید.

برجهای بزرگ جهان

برج خلیفه: برج های بزرگ جهان

چالش طراحی

شما با توجه به چالش ساخت بلندترین برج ممکن که 2 دقیقه وزن یک توپ گلف را تحمل می کند ، بخشی از تیم مهندسان هستید.

ضوابط

• برج باید به مدت 2 دقیقه وزن یک توپ گلف را تحمل کند.
• وزن توپ گلف باید در نزدیکی بالای برج پشتیبانی شود ، در حالی که پایین توپ بیش از 20٪ زیر ارتفاع بالای برج نباشد.

محدودیت ها

• فقط می توان از 50 نی ، 50 تمیز کننده لوله و 25 کلیپس کاغذ برای طراحی استفاده کرد.
• برای اتصال مواد نمی توان از نوار استفاده کرد.
• در زمان تعیین شده یک راه حل طراحی کنید.

1. کلاس را به تیم های 2-4 نفره تقسیم کنید.
2. برج بلند را به کار بگیرید - استفاده از فناوری برای حل کاربرگ صفحه ، و همچنین برخی از ورق های کاغذ برای طراحی طرح ها.
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:
   the روش های مختلفی که می توانید مواد خود را خم کنید یا تغییر دهید؟
   the قوی ترین شکل چیست؟
   might چگونه ممکن است مواد را تقویت کنید تا مقاوم تر شوند؟
   ● چگونه مواد خود را بدون نوار وصل می کنید؟
6. مواد هر تیم را تهیه کنید.
7. توضیح اینکه دانش آموزان باید از وسایل روزمره یک برج درست کنند و برج باید به مدت 2 دقیقه وزن یک توپ گلف را تحمل کند. وزن توپ گلف باید در نزدیکی بالای برج پشتیبانی شود ، در حالی که پایین توپ بیش از 20٪ زیر ارتفاع بالای برج نباشد.
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 برای برج خود ملاقات می کنند و طرحی 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. تیم ها ممکن است مواد نامحدودی را با تیم های دیگر تجارت کنند تا لیست قطعات ایده آل خود را تهیه کنند.
11. تیم ها طرح های خود را می سازند.
12. طراحی های برج را با قرار دادن یک توپ گلف در نزدیکی بالای برج آزمایش کنید ، در حالی که پایین توپ بیش از 20٪ زیر ارتفاع بالای برج نباشد.
13. تیم ها باید ارتفاع برج خود و تعداد مواد مورد استفاده برای ساخت برج خود را ثبت کنند.
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.

انعکاس دانشجویی (دفتر مهندسی)

1. شکل یا ساختاری از برج را که بلندترین بود و برنده این چالش بود ، توصیف کنید؟ اگر برج شما برنده نشد ، این برج با برج شما چه تفاوتی داشت؟
2. اگر دوباره فرصتی برای انجام این پروژه داشتید ، تیم شما متفاوت چه می کرد؟
3. آیا فکر می کنید انجام این کار به عنوان تیم دارای پاداش بیشتری است یا اینکه ترجیح می دهید به تنهایی روی آن کار کنید؟ چرا؟
4. اگر می توانستید از یک ماده اضافی (نوار ، چسب ، چوب چوب ، فویل - به عنوان نمونه) استفاده کنید ، کدام یک را انتخاب می کنید و چرا؟
5. آیا فکر می کنید وقتی یک ساختمان برای ساخت طراحی و تأیید شد بسیاری از جنبه ها در طی مراحل ساخت تغییر می کنند؟ چرا و چرا نه؟
6. فکر می کنید چه مدت طول می کشد تا ساختمانی فراتر از ساختمان ساخته شود
   ارتفاع برج خلیفه؟ فکر می کنید کجا ساخته شود؟ 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.

• مورد تأیید: مخترعین و مسئله گشایان جهان. XNUMX تخصص اصلی در مهندسی شناخته شده اند (اینفوگرافیک را ببینید).
• عادات مهندسی ذهن (EHM): شش روش منحصر به فرد که مهندسان فکر می کنند.
• فرآیند طراحی مهندسی (EDP): مهندسان فرآیند برای حل مشکلات استفاده می کنند.
• ضوابط: شرایطی که طرح باید مانند اندازه کلی آن و غیره رعایت کند.
• محدودیت ها: محدودیت های مربوط به مواد ، زمان ، اندازه تیم و غیره
• نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
• تکرار: آزمایش و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
• وزن: نیرویی که توسط جاذبه بر جسم وارد می شود. (واحدها: پوند / نیوتن).
• در صد: بخشی از یک کل با صدها بیان می شود (50 = XNUMX٪).

اتصال به اینترنت

• برج های بزرگ برج خلیفه
• طراحی و ساخت برج
• برج CN

خواندن توصیه می شود

• قد بلند چقدر بلند است؟: مقایسه ساختمانها (شابک: 978-1432939557)
• طراحی بتن آرمه از ساختمانهای بلند (شابک: 978-1439804803)
• فناوری ساخت و ساز برای ساختمانهای بلند (شابک: 978-9812818614)

فعالیت نوشتن

یک مقاله یا یک پاراگراف در مورد چگونگی پیشرفت مهندسی منجر به رشد انفجاری ساختمان های عمودی در آغاز قرن بیستم 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)
• انجمن معلمان علوم کامپیوتر K-12 استانداردهای علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

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

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

• 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 F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی

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

• خصوصیات و تغییرات در جمعیت ها
• 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 پایه های 5-8 (سن 10-14)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• تفاهماتی در مورد تحقیق علمی

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی

در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از ... حرکتها و نیروها داشته باشند

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری

در نتیجه فعالیت های کلاس 5-8 ، 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

• جمعیت ها ، منابع و محیط ها
• خطرات و مزایا
• علم و فناوری در جامعه

استانداردهای ملی آموزش علوم نمرات 5-8 (10-14 سالگی) استاندارد محتوا G: تاریخ و ماهیت علوم

در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک تاریخ علم را درک کنند

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 حرکات و نیروها داشته باشند

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
• رشد جمعیت
• کیفیت محیطی
• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 2-5 (سنین 7-11)

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.

حرکت و پایداری: نیروها و فعل و انفعالات

• 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. برای شناسایی جنبه های یک مدل یا نمونه اولیه قابل بهبود ، آزمایش های منصفانه ای را که در آن متغیرها کنترل می شوند و نقاط شکست در نظر گرفته می شود ، برنامه ریزی و انجام دهید.

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 ممکن را محدود کند ، تعریف کنید.

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

طراحی مهندسی 

• 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.

کار تیمی و برنامه ریزی مهندسی

شما بخشی از تیم مهندسین هستید که چالش ساخت بلندترین برج را که می توانید فقط با 50 نی ، 50 دستگاه تمیز کننده لوله و 25 گیره کاغذ بسازید ، ایجاد کنید.

نیازی به استفاده از همه مواد نیست ، اما برج شما باید به مدت دو دقیقه وزن یک توپ گلف را تحمل کند. توپ گلف باید در نزدیکی بالای برج پشتیبانی شود ، در حالی که پایین توپ بیش از 20٪ از ارتفاع بالای برج نباشد.

مرحله برنامه ریزی و طراحی

به روش های مختلفی که می توانید نی ، خلال کن لوله و گیره های کاغذ را خم یا تغییر دهید ، فکر کنید. شما می توانید این موارد را برش دهید ، اما نمی توانید از نوار یا مواد دیگر برای اتصال آنها به یکدیگر استفاده کنید. در کادر زیر نقشه خود را برای برج ترسیم کنید.

فاز ساخت و ساز

برج خود را بسازید و آن را آزمایش کنید تا ببینید آیا می تواند توپ گلف را پشتیبانی کند. سپس به سوالات زیر پاسخ دهید:

1. طرح شما چقدر به برج واقعی که ساخته اید شباهت داشت؟

2. اگر متوجه شدید که در مرحله ساخت نیاز به ایجاد تغییراتی دارید ، توضیح دهید که چرا تیم شما تصمیم به بازنگری کرده است.

3. آیا از تمام قطعاتی که در اختیار شما قرار گرفته استفاده کرده اید؟ آیا از هر قسمت فقط برای افزایش ارتفاع برج استفاده شده است؟

ارائه و اندازه گیری

برج خود را به کلاس ارائه دهید و از استاد خود بخواهید ارتفاع برج را اندازه بگیرد. به خاطر داشته باشید که توپ گلف باید در نزدیکی بالای برج پشتیبانی شود ، در حالی که پایین توپ بیش از 20٪ زیر ارتفاع بالای برج نباشد. اگر توپ 10 درصد از بالا پایین باشد ، برج شما رد صلاحیت می شود. کادر زیر را برای برج خود تکمیل کنید:

ارزیابی

س questionsالات ارزیابی را در زیر تکمیل کنید:

1. شکل یا ساختاری از برج را که بلندترین بود و برنده این چالش بود ، توصیف کنید؟ اگر برج شما برنده نشد ، این برج با برج شما چه تفاوتی داشت؟

2. اگر دوباره فرصتی برای انجام این پروژه داشتید ، تیم شما متفاوت چه می کرد؟

3. آیا فکر می کنید انجام این کار به عنوان تیم دارای پاداش بیشتری است یا اینکه ترجیح می دهید به تنهایی روی آن کار کنید؟ چرا؟

4. اگر می توانستید از یک ماده اضافی (نوار ، چسب ، چوب چوب ، فویل - به عنوان نمونه) استفاده کنید ، کدام یک را انتخاب می کنید و چرا؟

5. آیا فکر می کنید وقتی یک ساختمان برای ساخت طراحی و تأیید شد بسیاری از جنبه ها در طی مراحل ساخت تغییر می کنند؟ چرا و چرا نه؟

6. فکر می کنید چه مدت طول می کشد تا ساختمانی ساخته شود که از ارتفاع برج خلیفه فراتر رود؟ فکر می کنید کجا ساخته شود؟ چرا؟

• سواحیلی