Vízálló, hogy a tető!
A lecke arra összpontosít, hogy a szerkezeti mérnökök hogyan javították az évek során az épület - különösen a tetőfedés - kialakítását az otthonok és az élet minőségének javítása érdekében. A diákok csapatai egyszerű anyagok felhasználásával terveznek egy tetőt, amely szárazon tartja a műanyag ház tartalmát a vízteszt során.
- Ismerje meg a szerkezetépítést.
- Tudjon meg többet az anyaggyártásról.
- Tudja meg, hogyan segíthet a mérnöki munka a társadalom kihívásainak megoldásában.
- Tudjon meg többet a csapatmunkáról és a problémamegoldásról.
Korosztály: 8-18
Építési anyagok (minden csapat számára)
Szükséges anyagok
- Műanyag tárolóedény vagy ültető betét (legalább 10 x 25 cm)
Választható anyagok (kereskedés / lehetőségek táblázata)
- Levelek, fű, vattacsomók, papírtörlő, zsinór, kapcsok, karton, szalag, újság, fatüskék, ágak, kagylók, diófélék, csőtisztítók, nem vízálló szövet, viasz, olaj.
- Fólia vagy műanyag burkolat darabjai (legfeljebb 4 négyzet cm)
Vizsgálati anyagok
- Nagy kuka vagy mosogató
- 1 liter víz csapatonként
- Mérőedény
Anyagok
- Nagy kuka vagy mosogató
- 1 liter víz csapatonként
- Mérőedény
folyamat
Helyezze az egyes mintákat egyenként egy kukába (tesztelje kívül, ha az időjárás engedi). Öntsön 1 liter vizet a tetőre. Várjon 10 percet, majd vegye le a tetőt, és mérőpohár segítségével mérje meg a műanyag házba szivárgott vízmennyiséget (ha van ilyen). Használja a következő pontozási eljárást.
Pontozása
Használja az alábbi rangsorolást az egyes tetők pontozásához a műanyag házba szivárgott víz mennyisége alapján:
Nincs víz = 5 pont
¾ liter víz = 4 pont
½ liter víz = 3 pont
¾ liter víz = 2 pont
1 liter víz = 1 pont
Tervezés Challenge
Ön egy mérnökök csoportja, akiknek kihívást jelent egy kis műanyag ház vízálló tetőjének létrehozása. Bármilyen anyagot felhasználhat Önnek, és ki kell dolgoznia egy keretet és burkolatot, amely megakadályozza a víz bejutását a belső térbe. Egy liter vizet tartalmazó esőre számíthat!
Kritériumai
- Olyan keretet és burkolatot kell építenie, amely ellenáll az 1 liter vízből álló „viharnak”
megszorítások
- Csak a mellékelt anyagokat használja
- A csapatok korlátlan mennyiségű anyaggal kereskedhetnek
- Bontja az osztályt 2-3 fős csapatokra.
- Odaadja a tető vízállóságát! munkalapok, valamint néhány papírlap a rajzok vázlatához.
- Beszélje meg a témákat a Háttérfogalmak részben.
- Tekintse át a mérnöki tervezés folyamatát, a tervezési kihívást, a kritériumokat, a korlátozásokat és az anyagokat.
- Utasítsd a tanulókat, hogy kezdjenek ötletelést és vázlatterveket. Mielőtt a tanulók elkezdenék az ötletelést, kérd meg őket, hogy fontolják meg (forrásként használja a Háttérfogalmak részt):
- A tetőkben használt különböző formák és anyagok, amelyeket a közösségben látnak.
- Hogyan kell megváltoztatni a tető formáit, hogy megfeleljenek a különböző éghajlatoknak, például a lapos tető nem jó választás egy olyan területen, ahol sok hó esett, mivel a hó súlya nagyobb valószínűséggel beomlik a tetőszerkezetbe.
- Mi a hidrofób hatás? - Biztosítsa minden csapatnak az anyagaikat.
- Magyarázza el, hogy a diákoknak meg kell tervezniük a tetőszerkezetet, hogy megvédjék a műanyag házat és annak tartalmát a szimulált esőtől. A tetőnek ellen kell állnia 1 liter víz „viharának”. Minden csapatnak azonosítania kell a „házát” egy névvel vagy számmal.
- Hirdesse meg, hogy mennyi ideig kell tervezniük és elkészíteniük (ajánlott 1 óra).
- Használjon időzítőt vagy on-line stoppert (visszaszámláló funkció), hogy biztosan tartsa az időt. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Rendszeresen adjon a hallgatóknak „időellenőrzést”, hogy maradjanak a feladaton. Ha küzdenek, tegyen fel kérdéseket, amelyek gyorsabb megoldáshoz vezetnek.
- A hallgatók találkoznak és kidolgozzák a szerkezetükre vonatkozó tervet. Megállapodnak a szükséges anyagokban, megírják / megrajzolják tervüket, és bemutatják tervüket az osztálynak. A csapatok korlátlan mennyiségű anyagot cserélhetnek más csapatokkal, hogy kialakítsák ideális alkatrészlistájukat.
- A csapatok építik a terveiket.
- Ellenőrizze a tető kialakítását az edényben vagy kádban lévő 1 liter víz felhasználásával.
- A csapatoknak ki kell számolniuk a pontszámukat annak alapján, hogy mennyi víz szivárgott be a műanyag házba.
- Osztályként beszélje meg a diákok reflexiós kérdéseit.
- A témával kapcsolatos további információkért lásd a „Mélyebb ásás” részt.
Student Reflection (mérnöki jegyzetfüzet)
- Mit gondolsz a csomag összeszerelésének azon aspektusáról, amelynek összpontszáma a legjobb volt? vezet a sikeréhez?
- Mi volt a legjobb szempont a tervezésednél? Írja le a tervezés egyik részét, amely szerintetek a legjobban működött.
- Ha lenne esélye újra elvégezni ezt a projektet, mit tett volna a csapata eltérően?
- Mit gondolsz, hogy a tetődbe elfért volna akár 10 liter víz? Mit szólnál 100 liter vízhez?
- Ha kiválaszthatott volna néhány építőanyagot, amelyet nem bocsátott rendelkezésére, mit választott volna? Miért?
- Ha tetőtervét egy valódi épületen alkalmaznák, úgy gondolja, hogy ez gyakran karbantartást igényel? Miért?
- Gondolod, hogy a tető kialakításod „zöldnek” tekinthető? Miért vagy miért nem?
- Gondolod, hogy ez a projekt jobban működött, mert egy csapat tagja voltál, vagy úgy gondolod, hogy jobb munkát is végezhetnél egyedül dolgozva?
- Gondolod, hogy a mérnökök egyedül vagy egy csapatban dolgoznak, amikor új anyagokat, folyamatokat vagy termékeket fejlesztenek?
Idő módosítása
Az óra akár 1 óra alatt is elvégezhető az idősebb tanulók számára. Annak érdekében azonban, hogy segítse a diákokat abban, hogy ne kapkodják el magukat, és biztosítsák a diákok sikerességét (különösen a fiatalabb hallgatók számára), ossza fel az órát két időszakra, így több idő jut a hallgatóknak az ötletelésre, az ötletek tesztelésére és a tervezésük véglegesítésére. Végezze el a tesztelést és a beszámolót a következő osztályidőszakban.
Tetőfedő anyagok
A tető elsődleges feladata, hogy a víz ne kerüljön a szerkezetbe. Ezek a szerkezetek változhatnak oly egyszerű dolgoktól, mint egy madárház vagy postafiók a sportstadionig. Természetesen a tetők védenek a szél, a hideg és a hő ellen is, valamint a nem kívánt állatokat és kártevőket is távol tartják. A tető dőlésszöge (vagy szöge) általában arányos az épület által várható csapadékmennyiséggel. Azoknál a házaknál, ahol kevés az eső, lehet laposabb tető, mint azokon a területeken, ahol nagy eső vagy havazás várható. Ezeken a területeken elterjedtek a meredek dőlésszögű tetők, hatékony ereszcsatorna rendszerekkel.
Történelem
Mérnökök bevonásával az újítások és a tetőfedés változásainak nagy része megtörtént az elmúlt 200 évben, de a tetők természetesen sokkal hosszabb ideig voltak fontosak a társadalom számára. Úgy gondolták, hogy a görögök és a rómaiak elsőként kísérleteztek a különböző tetőfedési stílusokkal. A rómaiak már a Kr. E. 100-ban bevezették a burkolást és a burkolást. A szövött füvekből készült nádtetőket Kr. U. 735 körül vezették be, és a világ számos részén széles körben használják. A Thatch növényi szárakból készült tetőfedés, átfedésben. Európa legnagyobb részén és az Egyesült Királyságban a nád volt a legkedveltebb tetőfedő anyag vidéken - és egyes falvakban is - egészen az 1800-as évek végéig. A fa zsindely és az agyagcserép népszerűbbé vált, és elterjedt a tetőfedő anyagok tömeggyártásában. A betoncsempék egy újabb fejlemény. Most számos különféle anyagot használnak a vízállóság javítására és a tető élettartamának növelésére. A nádtetők például gyakori karbantartást igényelhetnek, míg néhány újabb anyag karbantartás nélkül akár harminc évig is eltarthat. De a teljesítmény nem az egyetlen tulajdonság, amelyet a tetőben értékelnek. A rácsos tetők egyszer a kihalás veszélyét nézték ki, és a szegénység szimbólumának tekintették őket, de a nádtetős újjáéledés folyamatban van, amikor az emberek a magas karbantartás ellenére is bájukra tekintenek ezekre a tervekre.
Tetőfedő anyagok
A tetőn felhasznált anyagokat számos tényező határozhatja meg, beleértve a helyi törvényeket, az anyagok rendelkezésre állását, az éghajlatot, a költségeket és a szükséges karbantartás gyakoriságát. Az anyagok szinte bármi lehetnek, a búzaszalmától, a tengeri fűtől, a banánlevelektől, a laminált üvegtől, az alumínium lapoktól, a palától, a kerámia cseréptől, a cédruslemezektől, a műanyag vagy gumi lapoktól, az aszfalt és azbeszt zsindelyektől, a horganyzott acéltól és az üvegszálas lemezektől az előregyártottig Konkrét. Az újonnan gyártott anyagok, valamint a napelemek és a napfénytetők fejlődése szintén hatással volt a tetők kinézetére és teljesítményére az idő múlásával.
Mi a nanotechnológia?
Képzelje el, hogy képes megfigyelni a vörösvérsejt mozgását, ahogy az az ereiben mozog. Milyen lenne megfigyelni a nátrium- és klóratomokat, amikor elég közel kerülnek ahhoz, hogy valóban elektronokat továbbítsanak, sókristályt alkossanak, vagy megfigyeljék a molekulák rezgését, miközben a hőmérséklet emelkedik egy serpenyőben víz? Az elmúlt évtizedekben kifejlesztett és továbbfejlesztett eszközök vagy „hatókörök” miatt olyan helyzeteket figyelhetünk meg, mint a jelen bekezdés elején található számos példa. Az anyagok molekuláris vagy atomi skálán történő megfigyelésének, mérésének és akár manipulálásának képességét nanotechnológiának vagy nanotudománynak nevezzük. Ha van nano „valamink”, akkor ennek a milliomod része van. A tudósok és mérnökök a nano előtagot sok „valamire” alkalmazzák, például méterekre (hossz), másodpercekre (idő), literekre (térfogat) és grammokra (tömeg), hogy érthető módon nagyon kis mennyiséget képviseljenek. Leggyakrabban a nanoszalagot alkalmazzák a hosszúsági skálán, és nanométereket (nm) mérünk és beszélünk róla. Az egyes atomok átmérője kisebb, mint 1 nm, és kb. 10 hidrogénatomot vesz fel egymás után, hogy 1 nm hosszúságú vonalat hozzon létre. Más atomok nagyobbak, mint a hidrogén, de átmérőjük még mindig kisebb, mint nanométer. Egy tipikus vírus átmérője körülbelül 100 nm, a baktériumé pedig körülbelül 1000 nm. Azok az eszközök, amelyek lehetővé tették számunkra a nanoméret korábban láthatatlan világának megfigyelését, az atomerő mikroszkóp és a pásztázó elektronmikroszkóp.
Mekkora a kicsi?
Nehéz elképzelni, hogy milyen apró dolgok vannak a nanoméretben. A következő gyakorlat segít elképzelni, hogy mekkora lehet a kicsi! Tekintsünk egy bowlinggolyót, biliárdgolyót, teniszlabdát, golflabdát, márványt és borsót. Gondoljon ezeknek az elemeknek a relatív méretére.
Pásztázó elektronmikroszkóp
A pásztázó elektronmikroszkóp egy speciális típusú elektronmikroszkóp, amely egy minta felületének képeit hozza létre úgy, hogy nagy energiájú elektronnyalábbal raszterpásztázási mintázatban pásztázza. A raszteres beolvasás során a képet (általában vízszintes) sávokba vágják, amelyeket „szkennelési vonalaknak” neveznek. Az elektronok kölcsönhatásba lépnek a mintát alkotó atomokkal, és olyan jeleket hoznak létre, amelyek adatokat szolgáltatnak a felület alakjáról, összetételéről és arról, hogy képes-e villamos energiát vezetni. Sok pásztázó elektronmikroszkóppal készült kép megtekinthető itt www.dartmouth.edu/~emlab/gallery
Mi a hidrofób hatás?
A hidrofób a hydro (víz) és a phobos (félelem) szavakból származik. Olaj és víz összekeverésével próbálja bizonyítani. És az is nyilvánvaló, ha megnézünk néhány olyan levelet és virágszirmot, amelyek cseppekben taszítják a vizet egy eső után. A levelek esetében a víztaszító szer néha viaszos bevonat lehet a leveleken, vagy lehet apró szőrszerű nyúlványok a levél felületéről, amelyek levegőpuffert okoznak a szőrszálak között - a levegő távol tartja a vizet.
Szuperhidrofób felületek
A szuperhidrofób felületek, például a lótusz növény leveleinek felületei nagyon hidrofóbak vagy nagyon nehezen nedvesíthetők. A vízcseppek érintkezési szöge meghaladja a 150 ° -ot, a lefutási szög pedig kevesebb, mint 10 °. Ezt Lotus effektusnak nevezik.
Szövet alkalmazások?
Tudósok és mérnökök, akik tisztában voltak a hidrofób hatással, úgy döntöttek, hogy nanotechnológiát alkalmaznak a szövetek felületén, hogy azok is vízállóak legyenek! A vízálló funkció gyakran segít megvédeni a szöveteket a foltoktól, mert a folyadék nem könnyen beszivárog a szövetszálakba. Jó példa erre a Nano-Tex nevű vállalat munkája. A vállalat nano „bajuszot” ad hozzá a pamutszálakhoz ugyanúgy, mint egyes levelek felületén kevés „szőrszál”. A szövet hatásának megteremtése kissé trükkös - a pamutrost alakú, mint egy kerek henger, és a Nano-Tex apró nano „bajuszokat” egészít ki a henger körül, így homályos felülete van. A szövet nem tűnik másként vagy másnak érzi magát, de taszítja a folyadékokat. És mivel a folyadékok nem szívódnak be a szövetbe, a folyamat segít abban is, hogy a szövet ellenálljon a foltosodásnak is. A Nano-Tex a nanotechnológiát használja fel: 1) molekulák megtervezésére specifikus teljesítményjellemzőkkel; 2) megtervezi a molekulákat, hogy a textilszálak felületén rendkívül pontosan összeálljanak, és 3) szabadalmaztatott kötési technológiával biztosítsák, hogy tartósan kapcsolódjanak a szálakhoz. Ha a molekulák nem voltak tartósan rögzítve, akkor a szövet több gépi mosás után elveszítheti a víz elűzésének képességét. Világszerte több mint 80 textilgyár használja a Nano-Tex kezeléseket több mint 100 ruházati és belsőépítészeti márka által forgalmazott termékekben. Ez csak egy példa arra az iparra, amely nanotechnológiát alkalmaz a problémák megoldására.
- Kritériumok: Feltételek, amelyeknek a tervezésnek meg kell felelnie, például a teljes mérete stb.
- Mérnökök: A világ feltalálói és problémamegoldói. Huszonöt fő szakterületet ismernek el a mérnöki területen (lásd az infografikát).
- Mérnöki tervezési folyamat: A folyamatmérnökök a problémák megoldására használják.
- Engineering Habits of Mind (EHM): Hat egyedi mód, ahogyan a mérnökök gondolkodnak.
- Hidrofób hatás: Az olaj és a víz összekeverésével kimutatható.
- Iteráció: A tesztelés és újratervezés egyetlen iteráció. Ismétlés (többszöri iteráció).
- Nanotechnológia: Az anyagok molekuláris vagy atomi léptékű megfigyelésének, mérésének és akár manipulálásának képessége.
- Prototípus: A tesztelendő megoldás működő modellje.
- Pásztázó elektronmikroszkóp: Különleges típusú elektronmikroszkóp, amely a minta felületéről képeket hoz létre úgy, hogy nagy energiájú elektronnyalábbal pásztázza, raszteres pásztázási mintában.
- Vízálló: Vízálló
Internetes kapcsolatok
Ajánlott olvasmányok
- Nanotechnology for Dummies (ISBN: 978-0470891919)
- Nanotechnológia: A kis rendszerek megértése (ISBN: 978-1138072688)
- Intelligens útmutató: Tetőfedés: lépésről lépésre (ISBN: 978-1580114806)
- Anyagok építészeknek és építőknek (ISBN: 978-0815363385)
- Knack Treehouses: lépésenkénti útmutató a biztonságos és stabil szerkezet megtervezéséhez és felépítéséhez (ISBN: 978-1599217833)
Írási tevékenység
Írjon esszét vagy bekezdést arról, hogy a technológia hogyan javította a tetők megbízhatóságát és tartósságát az elmúlt tíz évben. Vagy írjon esszét a zöldtetős technikákról és azok környezetre gyakorolt hatásáról.
Összehangolás a tanterv-keretekkel
Jegyzet: A sorozat óratervei a következő szabványok egy vagy többéhez igazodnak:
- Amerikai természettudományi oktatási szabványok (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Az USA következő generációs tudományos szabványai (http://www.nextgenscience.org/)
- A Nemzetközi Technológiai Oktatási Szövetség technológiai műveltségi normái (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Az Egyesült Államok Matematikai Tanárainak Tanácsa az iskolai matematika alapelvei és szabványai (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Az Egyesült Államok közös matematikai alapszabványai (http://www.corestandards.org/Math)
- Számítástechnika Tanárok Szövetsége K-12 Számítástudományi Szabványok (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Országos természettudományos oktatási szabványok K-4. Osztály (4–9 éves korosztály)
A TARTALOM STANDARD: A tudomány mint vizsgálat
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlődnie kell
- A tudományos vizsgálatok elvégzéséhez szükséges képességek
- Megértés a tudományos vizsgálatokról
B TARTALOM STANDARD: Fizikai tudomány
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak meg kell alakítania a megértést
- Tárgyak és anyagok tulajdonságai
D. TARTALOM STANDARD: Föld- és Űrtudomány
Tevékenységük eredményeként minden hallgatónak meg kell alakítania a megértést
- A földi anyagok tulajdonságai
E. TARTALOMJEGYZÉK: Tudomány és technológia
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlődnie kell
- A technológiai tervezés képességei
- Megértés a tudományról és a technológiáról
- Képesség megkülönböztetni a természetes tárgyakat és az emberek által készített tárgyakat
F TARTALOM-SZABVÁNY: Tudomány személyes és társadalmi szempontból
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlesztenie kell a megértést
- A tudomány és a technológia a helyi kihívásokban
G TARTALOM STANDARD: A tudomány története és természete
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlesztenie kell a megértést
- A tudomány mint emberi törekvés
Országos természettudományos oktatási szabványok 5-8. Évfolyam (10-14 éves korig)
A TARTALOM STANDARD: A tudomány mint vizsgálat
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlődnie kell
- A tudományos vizsgálatok elvégzéséhez szükséges képességek
- Megértések a tudományos vizsgálatokról
B TARTALOM STANDARD: Fizikai tudomány
Tevékenységük eredményeként minden hallgatónak meg kell alakítania a megértést
- Az anyag tulajdonságai és tulajdonságainak változásai
E. TARTALOMJEGYZÉK: Tudomány és technológia
Az 5-8. Évfolyamon végzett tevékenységek eredményeként minden tanulónak fejlődnie kell
- A technológiai tervezés képességei
- Megértés a tudományról és a technológiáról
Országos természettudományos oktatási szabványok 5-8. Évfolyam (10-14 éves korig)
F TARTALOM-SZABVÁNY: Tudomány személyes és társadalmi szempontból
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlesztenie kell a megértést
- Népességek, erőforrások és környezetek
- Kockázatok és előnyök
- Tudomány és technológia a társadalomban
Országos természettudományos oktatási szabványok 9-12. Évfolyam (14-18 éves korig)
A TARTALOM STANDARD: A tudomány mint vizsgálat
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlődnie kell
- A tudományos vizsgálatok elvégzéséhez szükséges képességek
- Megértések a tudományos vizsgálatokról
E. TARTALOMJEGYZÉK: Tudomány és technológia
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlődnie kell
- A technológiai tervezés képességei
- Megértés a tudományról és a technológiáról
F TARTALOM-SZABVÁNY: Tudomány személyes és társadalmi szempontból
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlesztenie kell a megértést
- Személyes és közösségi egészség
- A tudomány és a technológia a helyi, nemzeti és globális kihívásokban
G TARTALOM STANDARD: A tudomány története és természete
A tevékenységek eredményeként minden hallgatónak fejlesztenie kell a megértést
- A tudomány mint emberi törekvés
- A tudományos ismeretek jellege
- Történelmi perspektívák
A következő generációs tudományos normák 2-5. Osztály (7-11. Évfolyam)
Anyag és kölcsönhatásai
A megértést tanúsító hallgatók:
- 2-PS1-2. Elemezze a különböző anyagok teszteléséből származó adatokat, hogy megállapítsa, mely anyagok rendelkeznek a tervezett célra a legjobban megfelelő tulajdonságokkal.
A megértést tanúsító hallgatók:
- 3-ESS3-1. Tegyen feljelentést egy olyan tervezési megoldás érdeméről, amely csökkenti az időjárás okozta veszély hatásait.
Mérnöki tervezés
A megértést tanúsító hallgatók:
- 3-5-ETS1-1. Határozzon meg egy egyszerű tervezési problémát, amely egy igényt vagy igényt tükröz, amely tartalmazza a siker meghatározott kritériumait, valamint az anyagok, az idő vagy a költség korlátozását.
- 3-5-ETS1-2. Készítsen és hasonlítson össze több lehetséges megoldást egy problémára annak alapján, hogy mindegyik valószínűleg megfelel-e a probléma kritériumainak és korlátozásainak.
- 3-5-ETS1-3. Tervezzen és hajtson végre tisztességes teszteket, amelyek során a változókat ellenőrzik, és a hibapontokat figyelembe veszik a modell vagy prototípus javítható aspektusainak azonosításához.
A következő generációs tudományos normák 6-8. Osztály (11-14. Évfolyam)
Mérnöki tervezés
A megértést tanúsító hallgatók:
- MS-ETS1-2 Szisztematikus eljárás segítségével értékelje a versengő tervezési megoldásokat annak meghatározására, hogy azok mennyire felelnek meg a probléma kritériumainak és korlátozásainak.
- MS-ETS1-3. A tesztekből származó adatok elemzésével állapítsa meg a különböző tervezési megoldások közötti hasonlóságokat és különbségeket, hogy meghatározza az egyes megoldások legjobb jellemzőit, amelyek új megoldásokká kombinálhatók, hogy jobban megfeleljenek a siker kritériumainak.
A technológiai műveltség szabványai - minden korosztály számára
A technika természete
- 1. szabvány: A hallgatók megismerik a technológia jellemzőit és alkalmazási körét.
- 2. szabvány: A hallgatók megismerik a technológia alapfogalmait.
Technológia és társadalom
- 4. szabvány: A hallgatók megismerik a technológia kulturális, társadalmi, gazdasági és politikai hatásait.
- 5. szabvány: A hallgatók megismerik a technológia környezeti hatásait.
- 6. standard: A hallgatók megértik a társadalom szerepét a technológia fejlesztésében és alkalmazásában.
- 7. szabvány: A hallgatók megismerik a technológia történelemre gyakorolt hatását.
Design
- 8. szabvány: A hallgatók megismerik a tervezés tulajdonságait.
- 9. szabvány: A hallgatók megismerik a mérnöki tervezés megértését.
- 10. szabvány: A hallgatók megismerik a hibaelhárítás, a kutatás és fejlesztés, a találmány és az innováció, valamint a kísérletezés szerepét a problémamegoldásban.
Képességek a technológiai világ számára
- 11. szabvány: A hallgatók fejleszteni fogják a tervezési folyamat alkalmazásának képességeit.
A Tervezett Világ
- 20. szabvány: A hallgatók megismerik az építési technológiákat, és képesek lesznek ezek kiválasztására és alkalmazására.
Ipari mérnökség
InformatikaVízszigetelő kihívás
Mérnöki csapat tagja vagy, akiknek kihívást jelentett egy új eljárás kidolgozása a ruhák vízszigetelésére. Számos pamutdarabot kaptak Önnek, sok olyan anyaggal együtt, amelyet a vízszigetelési technikához használhat. Kihívásod szempontjából a „vízálló” azt jelenti, hogy a vizet nem szabad elnyelni a szövetből, hanem inkább gyöngyözik a szöveten. Kipróbálhat két vagy három különböző megoldást, és megnézheti, melyik működik a legjobban!
Tervezési szakasz
Találkozzon csapatként, és beszélje meg a megoldandó problémát. Az alábbi mezőben írja le a megoldását, és sorolja fel azokat az anyagokat, amelyekre Önnek szüksége lehet a kihívás teljesítéséhez. Magyarázza el, miért gondolja, hogy megoldása megoldja a problémát!
|
A szövet A terv és a hipotézis:
Szükséges anyagok:
|
|
B szövet A terv és a hipotézis:
Szükséges anyagok:
|
|
C szövet A terv és a hipotézis:
Szükséges anyagok:
|
Gyártási szakasz
Végezze el az egyes terveket (feltétlenül jelölje meg az egyes szövetdarabokat, hogy tudja, milyen eljárást alkalmazott rá).
Vizsgálati szakasz
Ha van hozzáférése mikroszkóphoz, vizsgálja meg az egyes szövetdarabjait, és az alábbi mezőben írja le, mit lát, feltüntetve mindazt, amit lát, és miben különbözik a többi szövetmintától. Lehetősége lesz megvizsgálni a szövet mintáját, amelyet nano szinten is megváltoztattak! Fontolja meg, hogy a szövet felülete sima, göröngyös, domború, homorú vagy más jellemzőkkel rendelkezik-e.
| Felszíni megfigyelések | |||
| A szövet | B szövet | C szövet | Nano szövet |
|
|
Tesztelési szakasz
Egy mosdó vagy mosogató fölé öntsön vizet a szövetére, és nézze meg, gyöngyözik-e vagy felszívódik-e. Ha tanára beleegyezik, érdemes színes vizet vagy gyümölcslevet használni, hogy könnyebben meggyőződhessen arról, hogy a víz egyáltalán felszívódik-e. Jelölje meg észrevételeit alább.
| Vízvizsgálati megfigyelések | |||
| A szövet | B szövet | C szövet | Nano szövet |
|
|
Értékelési szakasz
Töltse ki csoportosan a következő kérdéseket:
1) Valamelyik szövet vízállónak bizonyult? Ha igen, szerinted melyik eljárás volt a legjobb, és miért? Ha nem, akkor szerinted miért nem működtek az eljárásaid?
2) Mit gondolsz, egy másik csapat milyen megoldása működött a legjobban? Miért?
3) Mit gondolsz, mi történne, ha megmosnád és megszárítanád a szövetedet? Megtartaná a vízszigetelést?
4) Mi volt a legmeglepőbb megfigyelés a mikroszkóp összehasonlítás során (ha elvégezte az aktivitás ezen részét)?
5) Hogyan viszonyult a nano-kezelt szövet a legsikeresebb szövethez a vízteszten?
6) Hogyan viszonyult a nanóval kezelt szövet a legsikeresebb szövethez mikroszkóp alatt?
7) Ha mindent újra el kellene végeznie, a csapata hogyan viszonyult volna másként ehhez a kihíváshoz? Miért?
8) Úgy gondolja, hogy az anyagmérnököknek át kell alakítaniuk eredeti ötleteiket a termék tesztelése során? Miért tehetnék?
9) Megállapította, hogy sok különböző megoldás létezik az osztályteremben, amelyek megfelelnek a projekt céljának? Mit mond ez arról, hogy a mérnöki csapatok hogyan oldják meg a problémákat a való világban?
10) Gondolod, hogy könnyebben megvalósíthatnád ezt a projektet, ha egyedül dolgoznál? Magyarázza el…
11) Milyen egyéb alkalmazásokat tudna elképzelni, hol lehetne egy felületet megváltoztatni a nano léptékben a funkció vagy a teljesítmény javítása érdekében? Az egyik ötlet a szélvédők bevonata, hogy a víz gyorsabban áramoljon ki ... mire gondolhat?
