Interaktivni stroj za gumice

Građevinski materijali (za svaki tim)

Potrebni materijali za aktivnost 2 i 3 (tablica mogućnosti)

• Kartonske kutije  
• Plastične boce od 2 litre  
• čaše od papira  
• sladoled na štapiću štapići  
• Klinovi 
• ražnjići  
• Glina  
• Sredstva za čišćenje cijevi  
• Škare  
• Gumene trake 
• Niz  
• Spajalice  
• Spajalice  
• Mape s karticama i / ili datotekama  
• Kartonski komadi (izrežite nekoliko kutija na komade različitih veličina)  
• Zaštitnu traku  
• 6 'cijevi (izolator cijevi prepolovljen po dužini) - 1 po timu  
• Xacto nož (za učitelja)   

Materijali za ispitivanje

• Gumbal (ili kuglice koje predstavljaju gume ako vaša škola ne dopušta žvake)
• čaše od papira
• Košara za otpadni papir (za mlađe učenike)

1. Razbijte razred u timove od 3-4.
2. Podijelite radni list Interactive Gumball Machine, kao i neke listove papira za skiciranje dizajna.
3. Raspravite o temama u odjeljku Pozadine.
   • Aktivnost 1: Pročitajte povijest mašina za gumenje i razgovarajte o tome kao glavnom izazovu u dizajnu. Pitajte učenike kakve su automate već vidjeli i kakve automate bi željeli imati u školi ili u svom gradu.
   • Aktivnost 2: Gumball tobogan - Objasnite učenicima da će istraživati ​​gravitaciju i energiju prilikom izrade klizača.
   • Aktivnost 3: Gumball Machine - Odvojite vrijeme za raspravu o tome što interakcija ili interakcija znači. Zamolite studente da to definiraju, a zatim navedite neke primjere.
     • Interakcija - vrsta je radnje koja se događa dok dva ili više predmeta utječu jedni na druge.
     • Interaktivno - međusobno djeluju.
       • Primjer: Video igre - interakcija između korisnika i igre. Interaktivan je jer od korisnika zahtijeva sudjelovanje kako bi se igra krenula naprijed.
     • Da biste studente potakli na razmišljanje o tome kako će njihov gumball stroj biti interaktivan, možete pokazati fotografije u nastavku: (Donesite slike)
4. Pregledajte postupak tehničkog dizajna, izazov dizajna, kriterije, ograničenja i materijale za svaku aktivnost.
5. Osigurajte svakom timu svoje materijale.
6. Objasnite da učenici moraju izvršiti 3 aktivnosti.
   • Aktivnost 1: Naučite povijest gumenog aparata.
   • Aktivnost 2: Dizajn i izgradnja gumenog tobogana.
   • Aktivnost 3: Dizajniranje i izrada interaktivnog gumenog stroja.
7. Najavite koliko im je vremena potrebno za dizajn i izradu:
   • Aktivnost 1: Povijest Gumball stroja (1/2 sata).
   • Aktivnost 2: Gumball slajd (1 sat).
   • Aktivnost 3: Interaktivni stroj za gumbol (1-2 sata).
8. 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.
9. Studenti se sastaju i razvijaju plan za Aktivnost 2: njihov gumeni tobogan.
10. Timovi grade svoj tobogan.
11. Svaki tim testira svoj dizajn slajdova postavljanjem mramora na vrh slajda i puštanjem da se kotrlja u šalicu. Studenti mogu odlučiti gdje bi željeli staviti čašu. Studenti bi trebali dokumentirati je li mramor ostao na stazi i je li stao u šalicu.
12. Vodite raspravu na nastavi koristeći sljedeća pitanja:
    • Zbog čega se gumenjak počinje pomicati niz tobogan? (Gravitacija)
    • Kakvu energiju ima gumica prije nego što je oslobodite? (Potencijalna energija)
    • Kakvu energiju ima gumica nakon što je oslobodite? (Kinetička energija)
    • Gdje ćete pronaći najveću količinu potencijalne energije? Zašto? (Vrh dijapozitiva, jer je to najviša točka na dijapozitivu, PE = mgh)
    • Gdje ćete pronaći najveću količinu kinetičke energije? Zašto? (Dno klizača, jer će se gumica tamo najbrže kretati, KE = 1 / 2mv2)
    • Radi li gumenjak posao? Zašto? (Da, na nju djeluje sila koja pomiče udaljenost niz tobogan, W = fd)
    • Kako ste uspjeli da vaša gumenjak brže ide niz tobogan? (Povećajte nagib klizača ili duljinu ili oboje.)
    • Gdje ćete smjestiti svoju šalicu kako bi gumenjak u nju sletio? (Ovo će biti različito za svaki tim.)
    • Zašto gumenjak želi nastaviti dalje? (Zamah)
    • Kako si mogao usporiti gumicu? (Uvesti trenje)
13. Studenti se sastaju i razvijaju plan za Aktivnost 3: njihov interaktivni stroj za gumenje.
14. Timovi grade svoj interaktivni stroj za gumenje.
15. Svaki tim testira svoj dizajn gumenog stroja postavljanjem gumenog gumenjaka na početnu točku unutar svog stroja i dopuštajući mu da prati stazu dok ne padne u šalicu. Studenti bi trebali pokazati kako djeluju interaktivni elementi i petlje. Studenti bi trebali dokumentirati koliko je vremena gumenoj kuglici potrebno da ide od početne točke do šalice. Za mlađe učenike upotrijebite košaru za otpad umjesto šalica da biste uhvatili gume.
16. Kao razred razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.
17. Za više sadržaja o toj temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".

Refleksija učenika (inženjerska bilježnica)

1. Što je dobro prošlo?
2. Što nije dobro prošlo?
3. Koji je vaš omiljeni element vašeg interaktivnog gumenog stroja?
4. Da imate vremena za ponovni dizajn, koje biste promjene unijeli?

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.

• Ubrzanje: Brzina kojom objekt mijenja svoju brzinu. Objekt se ubrzava ako mijenja svoju brzinu ili smjer. Objekt se ubrzava ako mijenja svoju brzinu (i ubrzava ili usporava). 
• Ograničenja: Ograničenja s materijalom, vremenom, veličinom tima itd.
• Kriteriji: Uvjeti koje dizajn mora zadovoljiti poput ukupne veličine itd.
• Energija: sposobnost obavljanja posla. Radite kada koristite silu (guranje ili povlačenje) da izazovete kretanje.  
• 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.
• Sila: Guranje ili povlačenje objekta kao rezultat interakcije objekta s drugim objektom.  
• Trenje: sila koja se opire kretanju objekta.
• Gravitacija: sila privlačenja kojom objekti teže pasti prema središtu zemlje.  
• Interakcija: Vrsta radnje koja se događa kada dva ili više objekata utječu jedan na drugog.  
• Interaktivno: djeluju jedni s drugima. 
• Kinetička energija: Energija kretanja. Svi pokretni objekti imaju kinetičku energiju. Količina kinetičke energije ovisi o masi i brzini objekta. Formula za kinetičku energiju je KE=1/2mv2. [m = masa objekta, v = brzina objekta]
• Iteracija: Test & redizajn je jedna iteracija. Ponavljanje (više ponavljanja).
• Masa: Količina materije u tijelu.  
• Gibanje: Promjena položaja tijela u odnosu na vrijeme mjerena od strane određenog promatrača u referentnom okviru. 
• Potencijalna energija: Energija položaja. Količina potencijalne energije ovisi o masi i visini objekta. Formula za potencijalnu energiju je PE=mgh. [m = masa objekta, g = ubrzanje zbog gravitacije (9.8 m/s2), h = visina objekta]  
• Prototip: Radni model rješenja za testiranje.
• Brzina: Koliko se brzo neki objekt kreće.  
• Brzina: Brzina kojom objekt mijenja svoj položaj. Moment: masa u kretanju. Količina zamaha ovisi o tome koliko se stvari kreću i koliko se brzo kreću. 
• Težina: sila gravitacijskog privlačenja zemlje na tijelo.  
• Rad: Djelovanje sile na predmet da ga pomakne na daljinu. Formula za rad je W = fd. [f= sila primijenjena na objekt, d = pomak objekta].

Preporučena literatura

• Automati: američka društvena povijest (ISBN: 978-0786413690) Automati (ISBN: 978-0981960012)

Aktivnost pisanja 

• Neka studenti napišu kratke priče o „danu u životu“ svog gumenjaka. Koga susreće aparat za gumball i što se događa? Kako aparat za gumicu mijenja život djece koja od njega dobivaju gumicu?  
• Studenti bi također mogli izraditi oglas kako bi privukli više kupaca u trgovinu igračaka. U oglasu bi trebali sadržavati interaktivni stroj za gumenje. Zašto bi djeca trebala doći u ovu trgovinu igračaka? Zašto je interaktivni stroj za gumenje koji morate posjetiti?

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 (uzrasti 4 - 9)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 
• Razumijevanje o znanstvenom istraživanju 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Svjetlost, toplina, električna energija i magnetizam 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija 

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Razumijevanje znanosti i tehnologije 

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi 5-8 (u dobi od 10 do 14 godina)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 
• Razumijevanje o znanstvenom istraživanju 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat svojih aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Svojstva i promjene svojstava u materiji 
• Prijenos energije 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Razumijevanje znanosti i tehnologije 

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 3-5 (dob 8-11)

Materija i njezine interakcije 

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• 2-PS1-2. Analizirajte podatke dobivene ispitivanjem različitih materijala kako biste utvrdili koji materijali imaju svojstva koja su najprikladnija za namjeravanu svrhu.
• 5-PS1-3. Obavljajte promatranja i mjerenja kako biste identificirali materijale na temelju njihovih svojstava

Standardi za tehnološku pismenost - sva vijeka

dizajn

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

• arapski
• kineski
• francuski
• njemački
• japanski
• Portugalski
• ruski
• španjolski