Mesin Gumball Interaktif

Bahan Bangunan (Untuk setiap tim)

Bahan yang Diperlukan untuk Kegiatan 2 & 3 (Tabel Kemungkinan)

• Kotak kardus  
• Botol plastik 2 liter  
• Gelas kertas  
• stik es krim  
• pasak 
• Tusuk sate  
• Tanah liat  
• Pembersih pipa  
• Gunting  
• Karet gelang 
• Tali  
• Klip kertas  
• klip pengikat  
• Stok kartu dan/atau folder file  
• Potongan karton (potong beberapa kotak menjadi potongan ukuran yang berbeda)  
• Selotip  
• 6' Tubing (isolator pipa dipotong setengah memanjang) – 1 per tim  
• Pisau Xacto (Untuk Guru)   

Bahan Pengujian

• Gumballs (atau kelereng untuk mewakili gumballs jika sekolah Anda tidak mengizinkan permen karet)
• Gelas kertas
• Keranjang sampah (untuk siswa yang lebih muda)

1. Bagi kelas menjadi tim yang terdiri dari 3-4.
2. Bagikan lembar kerja Mesin Gumball Interaktif, serta beberapa lembar kertas untuk membuat sketsa desain.
3. Diskusikan topik-topik di Bagian Konsep Latar Belakang.
   • Aktivitas 1: Baca sejarah di balik mesin gumball dan diskusikan sebagai petunjuk dalam tantangan desain utama. Tanyakan kepada siswa jenis vending machine apa yang pernah mereka lihat sebelumnya dan vending machine seperti apa yang ingin mereka miliki di sekolah atau di kota/kota mereka.
   • Kegiatan 2: Gumball slide – Jelaskan kepada siswa bahwa mereka akan mengeksplorasi gravitasi dan energi saat membuat gumball slide.
   • Aktivitas 3: Mesin Gumball – Luangkan waktu untuk mendiskusikan apa yang dimaksud dengan interaktif atau interaksi. Mintalah siswa untuk mendefinisikannya dan kemudian berikan beberapa contoh.
     • Interaksi- adalah jenis tindakan yang terjadi sebagai dua atau lebih objek memiliki efek pada satu sama lain.
     • Interaktif- bertindak satu sama lain.
       • Contoh: Video Game- interaksi antara pengguna dan game. Ini interaktif karena mengharuskan pengguna untuk berpartisipasi agar game dapat bergerak maju.
     • Untuk membuat siswa berpikir tentang bagaimana mesin tolol mereka akan interaktif, Anda dapat menunjukkan foto-foto di bawah ini: (Bawa gambar)
4. Tinjau Proses Desain Rekayasa, Tantangan Desain, Kriteria, Kendala dan Bahan untuk setiap Kegiatan.
5. Berikan masing-masing tim dengan materi mereka.
6. Jelaskan bahwa siswa harus menyelesaikan 3 kegiatan.
   • Kegiatan 1: Pelajari sejarah mesin gumball.
   • Aktivitas 2: Merancang dan membuat slide tolol.
   • Aktivitas 3: Merancang dan membuat mesin tolol interaktif.
7. Umumkan jumlah waktu yang mereka miliki untuk merancang dan membangun:
   • Kegiatan 1: Sejarah Mesin Gumball (1/2 jam).
   • Kegiatan 2: Gumball Slide (1 jam).
   • Aktivitas 3: Mesin Gumball Interaktif (1-2 jam).
8. Gunakan timer atau stopwatch online (fitur hitung mundur) untuk memastikan Anda tetap tepat waktu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Beri siswa “pemeriksaan waktu” secara teratur agar mereka tetap mengerjakan tugas. Jika mereka kesulitan, ajukan pertanyaan yang akan mengarahkan mereka ke solusi lebih cepat.
9. Siswa bertemu dan mengembangkan rencana untuk Kegiatan 2: gumball slide mereka.
10. Tim membangun slide tolol mereka.
11. Setiap tim menguji desain slide mereka dengan menempatkan marmer di bagian atas slide mereka dan membiarkannya menggelinding ke dalam cangkir. Para siswa dapat memutuskan di mana mereka ingin menempatkan cangkir. Siswa harus mendokumentasikan jika kelereng tetap berada di lintasan dan jika jatuh di cangkir.
12. Lakukan diskusi kelas dengan menggunakan pertanyaan-pertanyaan berikut:
    • Apa yang membuat gumball mulai bergerak menuruni slide? (Gravitasi)
    • Energi apa yang dimiliki gumball sebelum Anda melepaskannya? (Energi potensial)
    • Energi apa yang dimiliki gumball setelah Anda melepaskannya? (Energi kinetik)
    • Di mana Anda akan menemukan jumlah energi potensial terbesar? Mengapa? (Bagian atas slide, karena merupakan titik tertinggi pada slide, PE=mgh)
    • Di mana Anda akan menemukan jumlah energi kinetik terbesar? Mengapa? (Bagian bawah slide, karena gumball akan bergerak paling cepat di sana, KE=1/2mv2 )
    • Apakah gumball bekerja? Mengapa? (Ya, ada gaya yang bekerja padanya dan bergerak sejauh slide, W= fd)
    • Bagaimana Anda membuat gumball Anda meluncur lebih cepat? (Tingkatkan kemiringan slide atau panjangnya atau keduanya.)
    • Di mana Anda akan meletakkan cangkir Anda agar gumball bisa mendarat di dalamnya? (Ini akan berbeda untuk setiap tim.)
    • Mengapa gumball ingin terus berjalan? (Momentum)
    • Bagaimana Anda bisa memperlambat gumball? (Perkenalkan gesekan)
13. Siswa bertemu dan mengembangkan rencana untuk Kegiatan 3: mesin tolol interaktif mereka.
14. Tim membangun mesin tolol interaktif mereka.
15. Setiap tim menguji desain mesin gumball mereka dengan menempatkan gumball pada titik awal di dalam mesin mereka dan membiarkannya mengikuti lintasan hingga mendarat ke dalam cangkir. Siswa harus mendemonstrasikan bagaimana elemen dan loop interaktif bekerja. Siswa harus mendokumentasikan berapa lama waktu yang dibutuhkan gumball untuk bergerak dari titik awal ke cangkir. Untuk siswa yang lebih muda, gunakan keranjang sampah alih-alih cangkir untuk menangkap gumballs.
16. Sebagai kelas, diskusikan pertanyaan refleksi siswa.
17. Untuk konten lebih lanjut tentang topik ini, lihat bagian “Menggali Lebih Dalam”.

Refleksi Mahasiswa (buku catatan teknik)

1. Apa yang berhasil?
2. Apa yang tidak berjalan dengan baik?
3. Apa elemen favorit Anda dari mesin tolol interaktif Anda?
4. Jika Anda punya waktu untuk mendesain ulang lagi, perubahan apa yang akan Anda lakukan?

Pelajaran dapat dilakukan hanya dalam 1 periode kelas untuk siswa yang lebih tua. Namun, untuk membantu siswa agar tidak merasa tergesa-gesa dan untuk memastikan keberhasilan siswa (terutama untuk siswa yang lebih muda), bagi pelajaran menjadi dua periode yang memberi siswa lebih banyak waktu untuk bertukar pikiran, menguji ide, dan menyelesaikan desain mereka. Melakukan tes dan pembekalan pada periode kelas berikutnya.

• Percepatan: Laju di mana suatu benda mengubah kecepatannya. Sebuah benda mengalami percepatan jika kecepatan atau arahnya berubah. Sebuah benda mengalami percepatan jika kecepatannya berubah (keduanya dipercepat atau diperlambat). 
• Kendala: Keterbatasan dengan materi, waktu, ukuran tim, dll.
• Kriteria: Kondisi yang harus dipenuhi desain seperti ukuran keseluruhannya, dll.
• Energi : Kapasitas untuk melakukan usaha. Anda bekerja ketika Anda menggunakan gaya (dorongan atau tarikan) untuk menyebabkan gerakan.  
• Insinyur: Penemu dan pemecah masalah dunia. Dua puluh lima spesialisasi utama diakui dalam teknik (lihat infografis).
• Proses Desain Rekayasa: Proses insinyur digunakan untuk memecahkan masalah. 
• Engineering Habits of Mind (EHM): Enam cara unik yang dipikirkan para insinyur.
• Gaya: Dorongan atau tarikan pada suatu benda akibat interaksi benda dengan benda lain.  
• Gesekan : Gaya yang menahan gerak suatu benda.
• Gravitasi: Gaya tarik menarik benda yang cenderung jatuh menuju pusat bumi.  
• Interaksi: Semacam tindakan yang terjadi karena dua atau lebih objek memiliki efek satu sama lain.  
• Interaktif: Bertindak satu sama lain. 
• Energi Kinetik : Energi gerak. Semua benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Besarnya energi kinetik bergantung pada massa dan kecepatan suatu benda. Rumus energi kinetik adalah KE=1/2mv2 . [m = massa benda, v = kecepatan benda]
• Iterasi: Uji & desain ulang adalah satu iterasi. Ulangi (beberapa iterasi).
• Massa: Jumlah materi dalam tubuh.  
• Gerak: Perubahan posisi benda terhadap waktu yang diukur oleh pengamat tertentu dalam kerangka acuan. 
• Energi Potensial: Energi posisi. Besarnya energi potensial bergantung pada massa dan ketinggian suatu benda. Rumus energi potensial adalah PE = mgh. [m = massa benda, g = percepatan gravitasi (9.8 m/s2 ), h = ketinggian benda]  
• Prototype: Sebuah model kerja dari solusi yang akan diuji.
• Kecepatan: Seberapa cepat suatu benda bergerak.  
• Kecepatan: Tingkat di mana suatu benda mengubah posisinya. Momentum: Massa yang bergerak. Besarnya momentum tergantung pada seberapa banyak barang bergerak dan seberapa cepat barang tersebut bergerak. 
• Berat: Gaya tarik gravitasi bumi pada tubuh.  
• Usaha: Gaya yang bekerja pada suatu benda untuk memindahkannya dalam jarak tertentu. Rumus untuk usaha adalah W = fd. [f= gaya yang bekerja pada benda, d = perpindahan benda].

Rekomendasi Reading

• Mesin Penjual Otomatis: Sejarah Sosial Amerika (ISBN: 978-0786413690) Mesin Penjual Otomatis (ISBN: 978-0981960012)

Aktivitas Menulis 

• Mintalah siswa menulis cerita pendek tentang "hari dalam kehidupan" mesin tolol mereka. Siapa yang bertemu dengan mesin tolol dan apa yang terjadi? Bagaimana mesin gumball mengubah kehidupan anak-anak yang mendapatkan gumball darinya?  
• Siswa juga dapat membuat iklan untuk menarik lebih banyak pelanggan ke toko mainan. Mereka harus menampilkan mesin tolol interaktif dalam iklan. Mengapa anak-anak harus datang ke toko mainan ini? Mengapa mesin tolol interaktif harus dikunjungi?

Penyelarasan dengan Kerangka Kurikulum

Catatan: Rencana pelajaran dalam seri ini diselaraskan dengan satu atau lebih set standar berikut:  

• Standar Pendidikan Sains AS (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Standar Sains Generasi Berikutnya AS (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standar Asosiasi Pendidikan Teknologi Internasional untuk Literasi Teknologi (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Dewan Nasional Guru Matematika AS Prinsip dan Standar untuk Matematika Sekolah (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Standar Negara Bagian Inti Umum AS untuk Matematika (http://www.corestandards.org/Math)
• Asosiasi Guru Ilmu Komputer K-12 Standar Ilmu Komputer (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Standar Nasional Pendidikan Sains Kelas K-4 (usia 4 – 9)

STANDAR ISI A: Sains sebagai Inkuiri

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan yang diperlukan untuk melakukan penyelidikan ilmiah 
• Memahami tentang penyelidikan ilmiah 

STANDAR ISI B: Ilmu Fisika

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Cahaya, panas, listrik, dan magnet 

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi 

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Memahami tentang ilmu pengetahuan dan teknologi 

Standar Nasional Pendidikan Sains Kelas 5-8 (usia 10 – 14)

STANDAR ISI A: Sains sebagai Inkuiri

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Kemampuan yang diperlukan untuk melakukan penyelidikan ilmiah 
• Pemahaman tentang penyelidikan ilmiah 

STANDAR ISI B: Ilmu Fisika

Sebagai hasil dari kegiatan mereka, semua siswa harus mengembangkan pemahaman tentang

• Sifat dan perubahan sifat dalam materi 
• Perpindahan energi 

STANDAR ISI E: Sains dan Teknologi

Sebagai hasil dari kegiatan, semua siswa harus berkembang

• Pemahaman tentang ilmu pengetahuan dan teknologi 

Standar Sains Generasi Berikutnya Kelas 3-5 (Usia 8-11)

Materi dan Interaksinya 

Siswa yang menunjukkan pemahaman dapat:

• 2-PS1-2. Menganalisis data yang diperoleh dari pengujian bahan yang berbeda untuk menentukan bahan mana yang memiliki sifat yang paling cocok untuk tujuan yang dimaksudkan.
• 5-PS1-3. Melakukan pengamatan dan pengukuran untuk mengidentifikasi bahan berdasarkan sifat-sifatnya

Standar Literasi Teknologi – Semua Usia

Mendesain

• Standar 10: Siswa akan mengembangkan pemahaman tentang peran pemecahan masalah, penelitian dan pengembangan, penemuan dan inovasi, dan eksperimen dalam pemecahan masalah.

• Arab
• Cina
• Perancis
• Jerman
• Jepang
• Portugis
• Rusia
• Spanyol