Inženjer brana

Građevinski materijali (za svaki tim)

Potrebni materijali

• Korito za vodu ili duga plastična kutija za sadnju
• Šljunak ili pijesak (za bazu "rijeka")
• Vodotporne igračke
  

Neobvezno (tablica mogućnosti)

• Karton
• PVC cijevi
• Traka
• Folija
• Plastični omot
• šalice
• slamke
• Papir
• Stezaljke, drveni klinovi, pamučne kuglice, plastične plahte, igle za odjeću, žica, vrpca, paravan, tkanina, opruge, drugi lako dostupni materijali.

Materijali za ispitivanje

• Koristite korito za vodu ili dugačku plastičnu kutiju za sadnju od materijala za izradu
• Vodotporne igračke

Dizajn Challenge

Dio ste tima inženjera koji zajedno rade na dizajniranju i izgradnji sustava za usisavanje 5 litara vode u koritu učionice. Sustav mora u potpunosti zadržavati vodu i mora imati način izvođenja kontroliranog ispuštanja (malo puštanje, zaustavljanje i ponovno puštanje).

Kriteriji

• Sustav mora u potpunosti zadržavati vodu

• Sustav mora imati način izvršavanja kontroliranog izdanja (malo puštanje, zaustavljanje i ponovno puštanje)

ograničenja

• Koristite samo isporučene materijale

1. Razbijte razred u timove od 2-4.
2. Podijelite radni list Primjena tehnologije za rješavanje problema, kao i neke listove papira za skiciranje dizajna. 
3. Raspravite o temama u odjeljku Pozadine. Podijelite informacije s web stranice PBS Building Big - All about Dams http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/dam/index.html i raspravljati.
4. Pregledajte postupak tehničkog dizajna, izazov dizajna, kriterije, ograničenja i materijale. 
5. Uputite učenike da počnu mozgati i skicirati svoje nacrte.
6. Osigurajte svakom timu svoje materijale.
7. Objasnite da učenici moraju razviti sustav za usisavanje 5 litara vode u koritu učionice. Sustav mora u potpunosti zadržavati vodu i mora imati način izvođenja kontroliranog ispuštanja (malo puštanje, zaustavljanje i ponovno puštanje).
8. Najavite koliko im vremena treba za projektiranje i izradu (preporučuje se 1 sat). 
9. Upotrijebite tajmer ili internetsku štopericu (značajka odbrojavanja) kako biste osigurali da budete na vremenu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dajte učenicima redovite "vremenske provjere" kako bi ostali na zadatku. Ako se muče, postavljajte pitanja koja će ih brže dovesti do rješenja. 
10. Studenti se sastaju i razvijaju plan za svoj sustav brana. Dogovaraju se o materijalima koji će im trebati, napišu / nacrtaju svoj plan i prezentiraju svoj plan razredu. Timovi mogu trgovati neograničenim materijalima s drugim timovima kako bi razvili svoj popis idealnih dijelova.
11. Timovi grade svoje dizajne. 
12. Ispitajte izvedbe sustava brana upravljajući svakim sustavom i provjeravajući izlazi li voda kroz branu. Također pogledajte jeste li u stanju zaustaviti - pokrenuti - i zaustaviti protok. Savjetujte studentima da obavezno gledaju kako se ispituju brane koje su napravili drugi timovi kako bi mogli procijeniti svoj dizajn i vidjeti koje su metode najbolje funkcionirale.
13. Timovi bi trebali bodovati funkcionalnost svog sustava brana koristeći sljedeće bodove (30 bodova je najveći rezultat):
    Je li vaša brana zadržavala vodu?
    - 10 bodova: da ... nije izletjela voda
    - 5 bodova: nešto vode je iscurilo, ali manje od litre
    - 0 bodova: brana nije izdržala
    Jeste li uspjeli pustiti vodu i ponovno je zaustaviti?
    - 10 bodova: da
    - 0 bodova: ne
    Je li vaš tim surađivao na ovom projektu sa svima koji su sudjelovali u planiranju i izgradnji?
    - 10 bodova: da
    - 0 bodova: ne
    
14. Kao razred razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.
15. Za više sadržaja o toj temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".

Neobvezna aktivnost proširenja 

Neka stariji ili napredniji učenici istraže kako se generira hidroelektrična energija i razmotre kako bi mogli generirati energiju ispuštanjem vode u svojim branama u učionici. 

Refleksija učenika (inženjerska bilježnica)

1. Koliko je vaš originalni dizajn sličan stvarnoj brani koju ste izgradili?
2. Ako ste utvrdili da trebate unijeti promjene tijekom faze gradnje, opišite zašto je vaš tim odlučio izvršiti izmjene.
3. Da imate priliku ponoviti ovaj projekt, što bi vaš tim učinio drugačije?
4. Mislite li da ste mogli postići cilj ove lekcije koristeći manje dijelova ili dijelova materijala nego što ste to postigli?
5. Mislite li da vam je ovu aktivnost bilo korisnije raditi kao tim, ili biste radije na njoj radili sami? Zašto?
6. Da ste mogli koristiti jedan dodatni materijal (traku, ljepilo, drvene palice, foliju - kao primjere) koji biste odabrali i zašto?
7. Možete li se sjetiti bilo kakvih mogućih negativnih učinaka nove brane na ekosustav regije?

Lekcija se može izvoditi za samo 1 sat za starije učenike. Međutim, kako biste učenicima pomogli da se osjećaju požurjeno i kako bi osigurali uspjeh učenika (posebno za mlađe učenike), podijelite lekciju u dva razdoblja dajući studentima više vremena za mozganje, testiranje ideja i doradu njihovog dizajna. Provedite testiranje i izvođenje u slijedećem razrednom terminu.

• Kriteriji: Uvjeti koje dizajn mora zadovoljiti poput ukupne veličine itd.
• Brana: barijera izgrađena da zadrži vodu i podigne njenu razinu, tvoreći rezervoar koji se koristi za proizvodnju električne energije ili kao opskrba vodom
• Inženjeri: izumitelji i rješavači problema svijeta. U inženjerstvu je priznato dvadeset pet glavnih specijalnosti (vidi infografiku).
• Proces inženjerskog dizajna: Procesni inženjeri koriste za rješavanje problema. 
• Inženjerske navike uma (EHM): Šest jedinstvenih načina na koje inženjeri razmišljaju.
• Protok: Kako se tekućina, plin ili električna energija kreće ravnomjerno i kontinuirano u struji ili struji.
• Hidroelektrane: proizvode energiju pomoću protoka vode koja se zatim dostavlja kućama i poslovnim kućama putem dalekovoda
• Iteracija: Test & redizajn je jedna iteracija. Ponavljanje (više ponavljanja).
• Prototip: Radni model rješenja za testiranje.

Internetske veze

• Izgradnja velike - sve o branama 
• GeoGuide: Brane (geoknow.net/pages/dams.html)  
• Hidroelektrana 
• Vlast u državi Tennessee 

Preporučena literatura

• Brane (Vizualne knjige knjiga Kongresne knjižnice) (ISBN: 978-0393731392)  
• Brana Hoover: Američka pustolovina (ISBN: 978-0806122830)  
• Hidroelektrična snaga: snaga iz vode koja se kreće (ISBN: 978-0778729341) 

Aktivnost pisanja 

Napišite esej ili odlomak o tome kako izgradnja brana može utjecati na okoliš. Koja su etička razmatranja inženjerski tim mora uzeti u obzir prilikom gradnje brane ili bilo koje druge građevine koja ima utjecaj na okoliš.

Usklađivanje s okvirima kurikuluma

Bilješka: Planovi lekcija u ovoj seriji usklađeni su s jednim ili više sljedećih skupova standarda:  

• Američki standardi obrazovanja za znanost (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Američki standardi znanosti sljedeće generacije (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standardi za tehnološku pismenost Međunarodnog udruženja za tehnološko obrazovanje (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Američko nacionalno vijeće učitelja matematike "Principi i standardi za školsku matematiku (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Zajednički osnovni američki državni standardi za matematiku (http://www.corestandards.org/Math)
• Udruženje učitelja informatike K-12 Standardi računalnih znanosti (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi K-4 (starosti 4-9 godina)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Svojstva predmeta i materijala 
• Položaj i kretanje predmeta 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija 

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti tehnološkog dizajna 
• Razumijevanje znanosti i tehnologije 
• Sposobnost razlikovanja prirodnih predmeta od predmeta koje su stvorili ljudi 

SADRŽAJ STANDARD F: Znanost u osobnoj i društvenoj perspektivi

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Znanost i tehnologija u lokalnim izazovima 

SADRŽAJ STANDARD G: Povijest i priroda znanosti

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Znanost kao ljudski pothvat 

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi 5-8 (dobi 10-14)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat svojih aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Pokreti i sile 
• Prijenos energije 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija
Kao rezultat aktivnosti u 5-8. Razredima, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti tehnološkog dizajna 
• Razumijevanje znanosti i tehnologije 

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi 5-8 (dobi 10-14)

SADRŽAJ STANDARD F: Znanost u osobnoj i društvenoj perspektivi

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Stanovništvo, resursi i okruženja 
• Rizici i koristi 
• Znanost i tehnologija u društvu 

SADRŽAJ STANDARD G: Povijest i priroda znanosti

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Znanost kao ljudski pothvat 

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi 9-12 (dobi 14-18)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost 

Kao rezultat svojih aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Pokreti i sile 
• Interakcije energije i materije 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti tehnološkog dizajna 

SADRŽAJ STANDARD F: Znanost u osobnoj i društvenoj perspektivi

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Osobno zdravlje i zdravlje zajednice 
• Prirodni resursi 
• Kvaliteta okoliša 
• Prirodne i ljudske opasnosti 
• Znanost i tehnologija u lokalnim, nacionalnim i globalnim izazovima 

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 2-5 (dob 8-11)

Inženjerski dizajn 

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• 3-5-ETS1-1.Definirajte jednostavan dizajn problem koji odražava potrebu ili želju koji uključuje određene kriterije za uspjeh i ograničenja na materijale, vrijeme ili troškove.
• 3-5-ETS1-2. Izradite i usporedite više mogućih rješenja problema na temelju toga koliko je vjerojatno da će svako zadovoljiti kriterije i ograničenja problema.
• 3-5-ETS1-3.Plan i izvršiti poštena ispitivanja u kojima se kontroliraju varijable i uzimaju u obzir točke otkaza kako bi se identificirali aspekti modela ili prototipa koji se mogu poboljšati.

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 6-8 (dob 11-14)

Inženjerski dizajn 

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• MS-ETS1-2 Procijenite konkurentska rješenja dizajna pomoću sustavnog postupka kako biste utvrdili koliko dobro zadovoljavaju kriterije i ograničenja problema.
• MS-ETS1-3. Analizirajte podatke iz testova kako biste utvrdili sličnosti i razlike između nekoliko projektnih rješenja kako biste identificirali najbolje karakteristike svakog od njih koje se mogu kombinirati u novo rješenje kako bi se bolje zadovoljili kriteriji za uspjeh.

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 9-12 (dob 14-18)

Inženjerski dizajn 

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• HS-ETS1-2.Dizajnirajte rješenje složenog stvarnog svijeta raščlanjivanjem na manje, rješive probleme koji se mogu riješiti inženjeringom.

Standardi za tehnološku pismenost - sva vijeka

Priroda tehnologije

• Standard 1: Studenti će razviti razumijevanje karakteristika i opsega tehnologije.
• Standard 3: Studenti će razviti razumijevanje odnosa između tehnologija i veza između tehnologije i drugih područja studija.

Tehnologija i društvo

• Standard 4: Studenti će razviti razumijevanje kulturnih, socijalnih, ekonomskih i političkih učinaka tehnologije.
• Standard 5: Studenti će razviti razumijevanje učinaka tehnologije na okoliš.

dizajn

• Standard 9: Studenti će razviti razumijevanje inženjerskog dizajna.
• Standard 10: Studenti će razviti razumijevanje uloge rješavanja problema, istraživanja i razvoja, izuma i inovacija te eksperimentiranja u rješavanju problema.

Sposobnosti za tehnološki svijet

• Standard 11: Studenti će razviti sposobnosti za primjenu postupka dizajniranja.
• Standard 13: Studenti će razviti sposobnosti za procjenu utjecaja proizvoda i sustava.

Dizajnirani svijet

• Standard 16: Studenti će razviti razumijevanje i moći će birati i koristiti tehnologije energije i energije.
• Standard 20: Studenti će razviti razumijevanje i biti u mogućnosti odabrati i koristiti građevinske tehnologije.

Inženjerski timski rad i planiranje

Dio ste inženjerskog tima s izazovom izgradnje sustava za usisavanje 5 litara vode u učionici. Imat ćete mnoštvo materijala kao što su karton, pvc cijevi, traka, folija, plastična folija, šalice, slamke, spajalice, drveni klinovi, pamučne kuglice, plastične plahte, igle za odjeću, žica, žica, paravan, tkanina, opruge, ostali lako dostupni materijali.

Na dnu korita imate osnovu šljunka koja je simulirala stjenovito ili pjeskovito dno korita. Morat ćete ne samo zaustaviti vodu, već razviti sustav tako da možete kontrolirano puštati malo po jedan. Morat ćete zaustaviti vodu, pustiti malo da prođe i ponovno je zaustaviti.

Faza istraživanja

Ako je pristup internetu dostupan, istražite laboratorij sila, materijala, tereta i oblika na web stranici Building Big - All about Dams i neka razmisle da će naučiti prije nego što izrade svoj dizajn brane. (www.pbs.org/wgbh/buildingbig/lab)

Faza planiranja i dizajna

Razmislite o različitim načinima na koje možete koristiti materijale za zaustavljanje protoka vode. Također, razmotrite koji biste mehanizam mogli stvoriti koji bi omogućio prolazak malo vode kada to želite. Na zasebnom papiru nacrtajte dijagram planirane brane. U donjem okviru napravite popis dijelova za koje mislite da bi vam mogli zatrebati. To možete kasnije prilagoditi i dodati još materijala tijekom gradnje.

Faza izgradnje

Izgradite svoju branu u svom koritu za vodu ili plastičnoj cvjetnoj kutiji. Možete ga testirati s malo vode prije nego što vaš učitelj ulije punih 5 litara. Tijekom gradnje napravite bilo koja prilagođavanja koja vam se sviđaju, uključujući traženje dodatnih materijala koji će vam možda trebati. Također možete trgovati materijalima s drugim timovima ako imaju dodatne predmete koji su vam potrebni.

Testiranje u učionici

Vaš će učitelj testirati svaku od brana stvorenih u vašem razredu. Potražit će da li neka voda izlazi kroz branu, a također možete li zaustaviti - pokrenuti - i zaustaviti protok. Svakako gledajte kako se brane drugih timova testiraju kako biste mogli procijeniti njihov dizajn i vidjeti koje su metode najbolje funkcionirale. Ispunite donji grafikon koji prikazuje vaše rezultate - 30 bodova je najviša ocjena.

Procjena

Ispunite evaluacijska pitanja u nastavku:

1) Koliko je vaš originalni dizajn bio sličan stvarnoj brani koju ste sagradili?

2) Ako ste utvrdili da trebate unijeti promjene tijekom faze gradnje, opišite zašto je vaš tim odlučio izvršiti izmjene.

3) Da imate priliku ponoviti ovaj projekt, što bi vaš tim učinio drugačije?

4) Mislite li da ste mogli postići cilj ove lekcije koristeći manje dijelova ili dijelova materijala nego što ste to postigli?

5) Mislite li da vam je ovu aktivnost bilo korisnije raditi kao tim, ili biste radije na njoj radili sami? Zašto?

6) Da ste mogli koristiti jedan dodatni materijal (traku, ljepilo, drvene palice, foliju - kao primjere) koji biste odabrali i zašto?

7) Možete li se sjetiti bilo kakvih mogućih negativnih učinaka nove brane na ekosustav regije?

• arapski (PDF)
• Portugalski (PDF)
• španjolski (PDF)
• swahili