Vrijeme klatna

Građevinski materijali (za svaki tim)

Potrebni materijali

• Niz
• Gumene loptice, loptice za golf, lopte za ping pong ili loptica, ribolovna težina (za upotrebu kao težina viska)
• Olovka
• Aluminijska folija
• čaše od papira
• Spajalice
• Žica
• Plastične ili papirnate ploče
• Ljepilo
• Sredstva za čišćenje cijevi
• PVC cijevi
• Karton
• Papir
• čičak

Materijali

• Dizajn sata
• Štoperica

Postupak

Timovi testiraju svoj dizajn sata demonstrirajući kako se njihalo ljulja bržom i manjom brzinom. Morat će biti sposobni bilježiti vrijeme svojim satom i postaviti vlastitu ljestvicu ili grafikon kako bi pratili kretanje njihala. Pomoću štoperice pogledajte koliko se zamaha njihala događa u 10 sekundi. Također će morati ubrzati ili usporiti sat. (Savjet: podešavanje duljine žice pričvršćene na njihalo moglo bi vam pomoći u ovom zadatku.)

Dizajn Challenge

Dio ste tima inženjera koji su dobili izazov da naprave radni sat na bazi njihala. Morat ćete postaviti sat na dvije brzine i morat ćete smisliti kako prilagoditi materijale koje koristite kako bi sat radio brže i sporije.

Kriteriji

• Mora biti u mogućnosti podesiti sat na dvije brzine.

ograničenja

• Koristite samo isporučene materijale.
• Timovi mogu trgovati neograničenim materijalima.

1. Razbijte razred u timove od 3-4.
2. Podijelite radni list Pendulum Time, kao i neke listove papira za skiciranje dizajna.
3. Raspravite o temama u odjeljku Pozadine. Da biste uveli lekciju, razmislite o tome da pitate učenike koliko je važno imati način za točno mjerenje vremena. Zamolite ih da promatraju sve različite satove i uređaje za mjerenje vremena koje imaju u školi i kod kuće.
   Objasnite da je visak relativno jednostavan i da se sastoji od samo nekoliko komponenata: duljina žice ili žice, bob ili neka vrsta utega i fiksna točka na kojoj je pričvršćen na čvrsti predmet. Struna se može njihati u različitim smjerovima, ali za sat će je htjeti popraviti na nečemu ili upotrijebiti drugi materijal kako bi zadržala kretanje duž jedne ravnine - naprijed-natrag, a ne da se klima.
4. Pregledajte postupak tehničkog dizajna, izazov dizajna, kriterije, ograničenja i materijale.
5. Osigurajte svakom timu svoje materijale.
6. Objasnite da studenti moraju dizajnirati i izgraditi radni sat na temelju njihala. Morat će biti u mogućnosti postaviti sat na dvije brzine i morat će smisliti kako prilagoditi materijale koje koriste kako bi sat radio brže i sporije.
7. Najavite koliko im vremena treba za projektiranje i izradu (preporučuje se 1 sat).
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 svoj sat. 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.
   Recite studentima da njihov sat ne mora biti savršen, ali mora biti u mogućnosti prilično dosljedno mjeriti vrijeme. Oni mogu voditi grafikon ili mjerenja "razdoblja njihala" - što je vrijeme koje je potrebno da njihalo izvrši jedan puni zamah naprijed-natrag.
10. Timovi grade svoje dizajne. Trebali bi biti sigurni da mjere duljinu žice koju planiraju koristiti za pričvršćivanje svoje težine kako bi oblikovali njihalo. Morat će to pratiti kad podešavaju brzinu kretanja njihova njihala. Možda će poželjeti izvagati i svoju težinu njihala, kako bi im pomogli da postave svoj sat na dvije različite brzine
11. Timovi testiraju svoj dizajn sata demonstrirajući kako se njihalo ljulja bržom i manjom brzinom. Morat će biti sposobni bilježiti vrijeme svojim satom i postaviti vlastitu ljestvicu ili grafikon kako bi pratili kretanje njihala. Pomoću štoperice pogledajte koliko se zamaha njihala događa u 10 sekundi. Također će morati ubrzati ili usporiti sat. (Savjet: podešavanje duljine žice pričvršćene na njihalo moglo bi vam pomoći u ovom zadatku.)
12. Kao razred razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.
13. Za više sadržaja o toj temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".

Varijacije

Za mlađe učenike pojednostavite lekciju tako što ćete žicu / žicu zalijepiti trakom ili vezati za okvir stolice i samo neka štopericom promatraju i bilježe stalnost kretanja njihala.

Za starije studente potreban je sustav zupčanika ili stepenica, tako da je njihalo radni dio većeg mehanizma.

Aktivnost produženja

Neka studenti izgrade djelotvorni metronom koji može zadržati ritam u jednakim vremenskim intervalima. Neka studenti istraže pojam izokronizma.

Refleksija učenika (inženjerska bilježnica)

1. Koliko je vaš originalni dizajn sličan stvarnom satu koji je izgradio vaš tim?
2. Ako ste utvrdili da trebate unijeti promjene tijekom faze gradnje, opišite zašto je vaš tim odlučio izvršiti izmjene.
3. Je li vaš sat mogao mjeriti vrijeme s dvije različite brzine? Koju ste mjernu ljestvicu smislili za mjerenje vremena sa satom?
4. Koji je sat koji je izradio drugi tim bio za vas najučinkovitiji ili najzanimljiviji? Zašto?
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?

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.

• Ograničenja: Ograničenja s materijalom, vremenom, veličinom tima itd.
• Kriteriji: Uvjeti koje dizajn mora zadovoljiti poput ukupne veličine itd.
• 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.
• Iteracija: Test & redizajn je jedna iteracija. Ponavljanje (više ponavljanja).
• Patent: Patent za izum je dodjela prava vlasništva izumitelju, izdana od a
• Ured za patente i žigove zemlje.
• Njihalo: Tijelo obješeno na fiksnu točku tako da se može ljuljati naprijed-natrag pod utjecajem gravitacije. Sastoji se od samo nekoliko komponenti: duljine uzice ili žice, boba ili neke vrste utega i fiksne točke na kojoj se pričvršćuje na čvrsti predmet.
• Prototip: Radni model rješenja za testiranje.

Internetske veze

• Šetnja kroz vrijeme

Preporučena literatura

• Vremensko njihalo: od sunčanih satova do atomskih satova, fascinantna povijest računanja vremena i kako su naša otkrića promijenila svijet (ISBN: 978- 0156006491)
• Klatno: Studija slučaja iz fizike (ISBN: 978-0199557684)
• Napravite vlastiti sat za radni papir (ISBN: 978-0060910662) 

Aktivnost pisanja

Napišite esej ili odlomak o tome mislite li da bi sat s klatnom radio na Mjesecu.

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 
• Razumijevanje o znanstvenom istraživanju 

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 

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 
• 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 
• 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

• Znanost i tehnologija u društvu 

SADRŽAJ STANDARD G: Povijest i priroda znanosti

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Povijest znanosti 

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 
• Očuvanje energije i porast nereda 
• Interakcije energije i materije 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

• Sposobnosti tehnološkog dizajna 
• Razumijevanje znanosti i tehnologije 

SADRŽAJ STANDARD F: Znanost u osobnoj i društvenoj perspektivi

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Osobno zdravlje i zdravlje zajednice 
• Znanost i tehnologija u lokalnim, nacionalnim i globalnim izazovima 

SADRŽAJ STANDARD G: Povijest i priroda znanosti

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

• Povijesne perspektive 

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 2-5 (dob 7-11)

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.

Kretanje i stabilnost: Sile i interakcije

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

• 3-PS2-1. Planirajte i provedite istragu kako biste pružili dokaze o učincima uravnoteženih i neuravnoteženih sila na kretanje predmeta. 

Znanstveni standardi sljedeće generacije, razredi 2-5 (dob 7-11)

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-ETS1-1 Definirajte kriterije i ograničenja problema dizajna s dovoljno preciznosti kako biste osigurali uspješno rješenje, uzimajući u obzir relevantna znanstvena načela i potencijalne utjecaje na ljude i prirodni okoliš koji mogu ograničiti moguća rješenja.
• MS-ETS1-2 Procijenite konkurentska rješenja dizajna pomoću sustavnog postupka kako biste utvrdili koliko dobro zadovoljavaju kriterije i ograničenja problema.

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 6: Studenti će razviti razumijevanje uloge društva u razvoju i korištenju tehnologije.
• Standard 7: Studenti će razviti razumijevanje utjecaja tehnologije na povijest.

dizajn

• Standard 8: Studenti će razviti razumijevanje svojstava dizajna.
• 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.

Standardi za tehnološku pismenost - sva vijeka

Sposobnosti za tehnološki svijet

• Standard 11: Studenti će razviti sposobnosti za primjenu postupka dizajniranja.
• Standard 12: Studenti će razviti sposobnost korištenja i održavanja tehnoloških proizvoda i sustava.
• Standard 13: Studenti će razviti sposobnosti za procjenu utjecaja proizvoda i sustava.

Prijevod plana lekcije

[prebacivač jezika]