Progetta e costruisci una borsa per caramelle migliore

Materiali di costruzione (per ogni squadra)

Materiali richiesti

• Pezzi da 8 "x 12" di materiale plastico sottile (suggeriamo di tagliare un panno di plastica per imbianchini o un foglio di plastica)
• Scotch e nastro adesivo
• Spago
• Pastelli / pennarelli

Materiali di prova

• Scala
• Misurini
• Caramelle, blocchi, ciottoli, riso o un altro oggetto da utilizzare come peso

Materiali

• Scala
• Misurini
• Caramelle, blocchi, ciottoli, riso o un altro oggetto da utilizzare come peso

Processo

Metti alla prova la forza del design della borsa di ogni squadra chiedendo a un membro della squadra di tenere la borsa per le maniglie mentre posiziona il peso nella borsa (pezzo per pezzo). Lo scopo è forzare la borsa a fallire aggiungendo troppo peso. Una volta che la borsa si guasta, pesare la borsa e il contenuto. Documenta il peso che ogni borsa era in grado di sostenere prima di cadere a pezzi e calcola il volume della borsa per il confronto tra le squadre. Il volume viene calcolato misurando la lunghezza, la larghezza e l'altezza di ogni borsa. Quindi, calcolando il volume = lunghezza x larghezza x altezza.  

Ogni squadra riprogetterà e costruirà una seconda borsa, quindi completerà nuovamente il processo di test. L'obiettivo è che la loro seconda borsa regga più peso della prima.

Design Challenge

Sei un team di ingegneri che ha la sfida di progettare e costruire una borsa robusta, funzionale e attraente per contenere caramelle. La borsa dovrebbe avere una o più maniglie. Prevedi il volume e la capacità di peso della borsa.

Dopo aver costruito e testato la tua prima borsa, ridisegnerai e costruirai una seconda borsa e testerai nuovamente. 

Criteri 

• La borsa deve avere una o più maniglie.
• Presta attenzione a quanto sia attraente il design. 

vincoli

• Utilizzare solo i materiali forniti. 
• Le squadre possono scambiare materiali illimitati. 

1. Suddividi la classe in squadre di 2.
2. Distribuisci il foglio di lavoro Design and Build a Better Candy Bag, oltre ad alcuni fogli di carta per disegnare disegni. 
3. Discuti gli argomenti nella sezione Concetti di base. Discuti sulla produzione di sacchetti di carta e fornisci diversi esempi di modelli di borse da condividere. Chiedi agli studenti di confrontare i modelli di borsa e di indovinare quale potrebbe contenere più volume e più peso.
4. Rivedere il processo di progettazione ingegneristica, la sfida di progettazione, i criteri, i vincoli e i materiali. 
5. Istruire gli studenti a iniziare il brainstorming e ad abbozzare i loro progetti.
6. Fornisci a ogni squadra i loro materiali.
7. Spiega che gli studenti devono sviluppare un sacchetto di caramelle che sia robusto, funzionale e attraente. La borsa deve avere una maniglia ed essere progettata per contenere i materiali selezionati per il test (caramelle, blocchi, ciottoli, riso, ecc.) L'obiettivo è che la borsa regga il peso del maggior numero possibile di oggetti prima di riempirla o cadere a pezzi.
   
   Gli studenti progetteranno, costruiranno e testeranno la loro prima borsa e poi riprogetteranno, costruiranno e testeranno una seconda borsa. L'obiettivo è che la loro seconda borsa regga più peso della prima.
8. Annuncia il tempo a disposizione per progettare e costruire (1 ora consigliata).
9. Usa un timer o un cronometro in linea (funzione di conto alla rovescia) per assicurarti di rimanere puntuale. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dare agli studenti regolari "controlli del tempo" in modo che rimangano concentrati. Se hanno difficoltà, fai domande che li porteranno a una soluzione più rapida. 
10. Gli studenti si incontrano e sviluppano un piano per il loro sacchetto di caramelle. Concordano i materiali di cui avranno bisogno, scrivono / disegnano il loro piano e presentano il loro piano alla classe. I team possono scambiare materiali illimitati con altri team per sviluppare il loro elenco di parti ideali.
11. I team costruiscono i loro progetti. 
12. Metti alla prova la forza del design della borsa di ogni squadra chiedendo a un membro della squadra di tenere la borsa per le maniglie mentre posiziona il peso nella borsa (pezzo per pezzo). Lo scopo è forzare la borsa a fallire aggiungendo troppo peso. Una volta che la borsa si guasta, pesare la borsa e il contenuto. Documenta il peso che ogni borsa era in grado di sostenere prima di cadere a pezzi e calcola il volume della borsa per il confronto tra le squadre. Il volume viene calcolato misurando la lunghezza, la larghezza e l'altezza di ogni borsa. Quindi, calcolando il volume = lunghezza x larghezza x altezza.
    
    Ogni squadra riprogetterà e costruirà una seconda borsa, quindi completerà nuovamente il processo di test. L'obiettivo è che la loro seconda borsa regga più peso della prima.
13. In classe, discuti le domande di riflessione degli studenti.
14. Per ulteriori contenuti sull'argomento, vedere la sezione "Scavare più a fondo".

Riflessione degli studenti (quaderno di ingegneria)

1. Quando hai testato il tuo prototipo, qual era il volume approssimativo della borsa? 
2. Quanto peso conteneva la tua borsa? 
3. Hai dovuto ridisegnare il tuo prototipo iniziale? Se è così, perché? Cosa hai scoperto grazie alla tua riprogettazione? In caso contrario, perché credi che il tuo prototipo abbia funzionato così bene la prima volta? 
4. Qual è una cosa che ti è piaciuta del tuo design? 
5. Qual è una cosa che non ti è piaciuta del tuo design?
6. Qual è una cosa che cambieresti del tuo design in base alla tua esperienza?
7. Quali concetti di tecnologia, scienza e matematica hai utilizzato quando hai progettato il prototipo?

La lezione può essere svolta in un solo periodo di lezione per gli studenti più grandi. Tuttavia, per aiutare gli studenti a non sentirsi di fretta e per assicurarne il successo (specialmente per gli studenti più giovani), dividi la lezione in due periodi dando agli studenti più tempo per fare brainstorming, testare le idee e finalizzare il loro progetto. Condurre il test e il debriefing nel prossimo periodo di lezione.

Storia e inventori del sacchetto di carta 

Negli anni è stata creata una varietà di design per sacchetti di caramelle. Sono costruiti con una varietà di materiali (carta, plastica, cartone) e sono progettati in una varietà di forme. Un'inventrice di York, ME, di nome Margaret Knight (1838-1914) è accreditata di aver inventato un processo per piegare e incollare automaticamente la carta per formare il fondo quadrato o rettangolare di un sacchetto di carta. Da bambina, Margaret progettava o riprogettava spesso parti meccaniche per qualsiasi cosa, dagli aquiloni alle slitte. Quando è cresciuta, ha inizialmente lavorato presso la Columbia Paper Bag Company a Springfield, MA. A quel tempo, i sacchetti di carta erano piegati e incollati in modo molto simile alle buste. Dopo le sue ore di lavoro, Margaret iniziò a progettare una parte della macchina che piegasse e incollasse automaticamente i fondi quadrati o rettangolari necessari per i sacchetti di carta. 

Alla fine, ha escogitato un design che pensava avrebbe funzionato. Ha chiesto a un macchinista di Boston di creare un modello in ferro della parte in modo che potesse richiedere un brevetto di design. Inizialmente, il suo progetto è stato ignorato in quanto gli operai della fabbrica si sono chiesti cosa "una donna saprebbe del design delle macchine". Margaret Knight ricevette un brevetto per la sua macchina nel 1870, ma dovette prima passare attraverso una causa legale con un uomo di nome Charles Annan che aveva tentato di rubare il suo progetto e brevettare la macchina da solo! Ora, Margaret Knight è spesso considerata la madre della borsa della spesa. Alla fine ha collaborato con un uomo di Newton, MA e ha avviato una società a Hartford, CT nel 1870 con la sua invenzione: la Eastern Paper Bag Company. Ora, la macchina di Margaret è in mostra allo Smithsonian Institution di Washington, DC. Visita www.smithsonianlegacies.si.edu/objectdescription.cfm?ID=92 per visualizzare una foto della sua macchina.

• Vincoli: limitazioni relative a materiale, tempo, dimensioni del team, ecc.
• Criteri: condizioni che il progetto deve soddisfare come le sue dimensioni complessive, ecc.
• Ingegneri: inventori e risolutori di problemi del mondo. Venticinque grandi specialità sono riconosciute in ingegneria (vedi infografica).
• Processo di progettazione ingegneristica: gli ingegneri di processo utilizzano per risolvere i problemi. 
• Engineering Habits of Mind (EHM): sei modi unici in cui pensano gli ingegneri.
• Iterazione: test e riprogettazione sono un'iterazione. Ripeti (più iterazioni).
• Prototipo: Un modello funzionante della soluzione da testare.
• Volume: la quantità di spazio occupata dall'oggetto. In altre parole, il volume è una misura delle dimensioni di un oggetto, proprio come l'altezza e la larghezza sono modi per descrivere le dimensioni.
• Capacità di peso: quantità di peso che un contenitore può contenere.

Connessioni Internet

Il progetto guida la strada
Consiglio Nazionale degli Insegnanti di Matematica 'Principi e Standard per la Matematica Scolastica

lettura consigliata

Margaret Knight: Girl Inventor, di Marlene Targ Brill (Millbrook Press, ISBN: 0761317562)
Packaging Prototypes: Design Fundamentals, di Edward Denison e Richard Cawthray (Rotovision, ISBN: 2880463890)
50 segreti commerciali del grande design: Packaging, di Stafford Cliff (Rockport Publishers, ISBN: 1564968723)

Attività di scrittura 

Scrivi un saggio (o un paragrafo) che spieghi come un cartone del latte è stato progettato per essere abbastanza resistente da contenere il suo contenuto liquido. 

Allineamento ai Curriculum Frameworks

Nota: tutti i piani di lezione di questa serie sono allineati agli Stati Uniti Standard nazionali per l'educazione scientifica (prodotto da Consiglio Nazionale per la Ricerca e approvato dalla National Science Teachers Association) e, se applicabile, agli Standards for Technological Literacy dell'International Technology Education Association e al National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Mathematics.

Standard nazionali per l'educazione scientifica Gradi K-4 (età 4-9)

CONTENUTO STANDARD A: Science as Inquiry

Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi

• Abilità necessarie per fare ricerca scientifica 
• Comprensione sull'indagine scientifica 

CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche

Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare una comprensione di

• Proprietà di oggetti e materiali 

Standard nazionali per l'educazione scientifica Classi 5-8 (età 10-14)

CONTENUTO STANDARD A: Science as Inquiry

Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi

• Abilità necessarie per fare ricerca scientifica 
• Comprensioni sull'indagine scientifica 

CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche

Come risultato delle loro attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare una comprensione di

• Proprietà e cambiamenti di proprietà nella materia 

Principi e standard per la matematica scolastica (età 6-18)

Analisi dei dati e standard di probabilità 

- I programmi didattici dalla scuola materna fino al 12 ° anno dovrebbero consentire a tutti gli studenti di: 

• formulare domande che possono essere affrontate con i dati e raccogliere, organizzare e visualizzare i dati rilevanti per rispondere.
• sviluppare e valutare inferenze e previsioni basate sui dati.

Standard per l'alfabetizzazione tecnologica - Tutte le età

Design

• Standard 8: gli studenti svilupperanno una comprensione degli attributi del design.
• Standard 9: gli studenti svilupperanno una comprensione della progettazione ingegneristica.
• Standard 10: Gli studenti svilupperanno una comprensione del ruolo della risoluzione dei problemi, ricerca e sviluppo, invenzione e innovazione e sperimentazione nella risoluzione dei problemi.