Spedizione per sopravvivenza
Questa lezione di ingegneria del packaging e quanti prodotti, dalle uova agli organi destinati al trapianto, richiedono un packaging speciale per garantire che arrivino a destinazione in perfette condizioni. Gli studenti lavorano in team per progettare un container e un sistema per spedire in sicurezza un fiore in acqua in modo che il fiore sia ancora fresco al momento della consegna.
- Informazioni sull'ingegneria dei pacchetti.
- Informazioni sulla progettazione ingegneristica e riprogettazione.
- Scopri come l'ingegneria può aiutare a risolvere le sfide della società.
- Informazioni sul lavoro di squadra e sulla risoluzione dei problemi.
Livelli di età: 8-18
Materiali di costruzione (per ogni squadra)
Materiali richiesti
- Water
- Batuffoli di cotone
- Plastica
- tovaglioli di carta
- Elastico
- Corda
- Graffette
- Cartone
- Giornale
- Involucro di plastica
- Foglio di alluminio
- Tasselli di legno
- bastoncino del ghiacciolo
Materiali di prova
Un fiore fresco con uno stelo tagliato a circa 7 cm (deve essere coerente tra tutte le squadre)
Materiali
- Un fiore fresco con uno stelo tagliato a circa 7 cm (deve essere coerente tra tutte le squadre)
Processi
I team testano i loro progetti utilizzando il sistema di spedizione creato nella tua classe. Ciò può comportare semplicemente la conservazione delle scatole per 24 ore o la spedizione alla scuola da un ufficio postale locale.
Una volta che tutti i pacchi sono rimasti seduti per 24 ore o sono arrivati a scuola, gli studenti dovrebbero lavorare in team per valutare i pacchi e determinare le condizioni del fiore in arrivo.
- I seguenti punteggi devono essere effettuati per ogni pacco in arrivo. La scatola con il volume complessivo più piccolo ottiene un bonus di 2 punti.
- Disponibilità di acqua: 0 = niente acqua / 1 = poca acqua / 2 = molta acqua
- Freschezza del fiore: 0 = cadente / 1 = un po 'appassito / 2 = fresco come nuovo
- Secchezza dell'interno della scatola: 0 = bagnato all'interno / 1 = umido / 2 = asciutto
Le squadre dovrebbero documentare il loro punteggio totale.
Design Challenge
Siete un team di ingegneri di produzione che devono affrontare la sfida di progettare un pacchetto in grado di spedire in sicurezza un fiore fresco. Il fiore deve essere sigillato in una scatola con accesso all'acqua e non deve essere aperto per 24 ore. Il fiore deve essere vivo, fresco e non appassito quando si riapre la confezione e l'interno della scatola deve essere asciutto.
Criteri
- Considera quanta acqua è necessaria per assicurarti che il fiore sopravviva.
- La scatola non può essere bagnata all'apertura.
- L'obiettivo è progettare la scatola più piccola che possa trasportare in sicurezza il fiore.
vincoli
- Utilizzare solo i materiali forniti.
- Le squadre possono scambiare materiali illimitati.
- Suddividi la classe in squadre di 2-3.
- Distribuisci il foglio di lavoro Spedizione per sopravvivenza e alcuni fogli di carta per disegnare i disegni.
- Discuti gli argomenti nella sezione Concetti di base. Per introdurre la lezione, discutere in che modo gli ingegneri progettano l'imballaggio in modo diverso per articoli diversi e che quando gli articoli devono rimanere freschi (come i fiori) o vivi (come un organo programmato per il trapianto), l'imballaggio richiede pianificazione e ingegneria per assicurarsi che il prodotto sopravviva .
- Rivedere il processo di progettazione ingegneristica, la sfida di progettazione, i criteri, i vincoli e i materiali.
- Fornisci a ogni squadra i loro materiali.
- Spiega che gli studenti devono progettare e costruire un sistema di imballaggio che consenta di spedire un fiore fresco in sicurezza e di arrivare a destinazione ancora fresco e non appassito. Le squadre di studenti con il pacchetto più piccolo per raggiungere l'obiettivo ricevono punti extra nell'attività.
Nota, puoi tenere le scatole sigillate in classe per 24 ore o portare tutte le scatole all'ufficio postale locale e rispedirle a scuola. - Annuncia il tempo a disposizione per progettare e costruire (1 ora consigliata).
- 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.
- Gli studenti si incontrano e sviluppano un piano per il loro sistema di confezionamento. 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.
- I team costruiscono i loro progetti. Chiedere agli studenti di contrassegnare il pacchetto in modo che possa essere facilmente identificato dopo il test.
- I team testano i loro progetti utilizzando il sistema di spedizione creato nella tua classe. Ciò può comportare semplicemente la conservazione delle scatole per 24 ore o la spedizione alla scuola da un ufficio postale locale.
- Una volta che tutti i pacchi sono rimasti seduti per 24 ore o sono arrivati a scuola, gli studenti dovrebbero lavorare in team per valutare i pacchi e determinare le condizioni del fiore in arrivo.
I seguenti punteggi devono essere effettuati per ogni pacco in arrivo. La scatola con il volume complessivo più piccolo ottiene un bonus di 2 punti.
○ Disponibilità di acqua: 0 = niente acqua / 1 = poca acqua / 2 = molta acqua
○ Freschezza del fiore: 0 = cadente / 1 = un po 'appassito / 2 = fresco come nuovo
○ Secchezza dell'interno della scatola: 0 = interno bagnato / 1 = umido / 2 = asciutto - Le squadre dovrebbero documentare il loro punteggio totale.
- In classe, discuti le domande di riflessione degli studenti.
- Per ulteriori contenuti sull'argomento, vedere la sezione "Scavare più a fondo".
Riflessione degli studenti (quaderno di ingegneria)
- Quanto era simile il tuo design al pacchetto effettivo che hai costruito.
- Se hai riscontrato la necessità di apportare modifiche durante la fase di costruzione, descrivi perché il tuo team ha deciso di apportare delle revisioni.
- Pensi che gli ingegneri dell'imballaggio cambino spesso i loro piani originali durante il processo di produzione o costruzione?
- Quale aspetto del design della confezione che ha ottenuto il miglior punteggio complessivo pensi che abbia portato al suo successo?
- Se avessi avuto la possibilità di rifare questo progetto, cosa avrebbe fatto di diverso il tuo team?
- Come pensi che avrebbe funzionato il tuo design se il pacco fosse stato spedito a una temperatura di 100 gradi? Temperature sotto lo zero?
- Pensi che questa attività sia stata più gratificante da svolgere in squadra o avresti preferito lavorarci da solo? Perché?
- Quali altre considerazioni avresti dovuto prendere in considerazione in un progetto se invece di spedire un fiore spedissi un cuore umano per un'operazione di trapianto di emergenza?
- Quali altre considerazioni avresti dovuto prendere in considerazione in un design se invece di spedire un fiore spedissi cibo che deve rimanere congelato?
Modifica dell'ora
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.
Ingegneria degli imballaggi e cura dei fiori
Molti articoli, dalle uova del mercato locale, agli organi portati in ospedale, richiedono un imballaggio speciale per garantire che arrivino sani e salvi a destinazione.
Opzioni di imballaggio
Gli ingegneri lavorano spesso con il marketing, le vendite e forse un reparto creativo quando consigliano i requisiti di imballaggio per un prodotto. Un buon imballaggio deve proteggere il prodotto, eliminare qualsiasi danno durante lo spostamento, la spedizione o la conservazione dei prodotti e anche rendere il prodotto attraente se deve essere esposto in un ambiente di consumo come un negozio di alimentari, un negozio di ferramenta o un grande magazzino. Per questo motivo, l'imballaggio è una parte fondamentale del processo di progettazione e ingegneria di un prodotto e gli ingegneri devono prendere in considerazione molti fattori, tra cui aspetto, funzione e costi.
Selezione del materiale
Gli ingegneri devono considerare la durata, il costo e le prestazioni dei diversi materiali quando progettano i prodotti e il pacchetto in cui verranno spediti o in cui verranno visualizzati. Molti fattori aiuteranno a determinare quali materiali utilizzare, ad esempio per quanto tempo la confezione sarà sul prodotto quanto è fragile o costoso il prodotto e se l'esposizione alla temperatura o all'umidità influirebbe sulle prestazioni del prodotto.
Prendersi cura dei fiori
I fiori di solito hanno bisogno di una fonte continua di acqua per rimanere freschi e idratati. Tagliare lo stelo di un fiore ad angolo invece che dritto aumenta la superficie esposta all'acqua e quindi aumenta la capacità dei fiori di assorbire l'acqua. Rimuovere le foglie che sono vicine al taglio sullo stelo può aiutare il fiore perché l'acqua assorbita dallo stelo tagliato può andare al fiore invece che alle foglie. L'acqua calda può essere assorbita più rapidamente dai fiori rispetto all'acqua fredda. C'è un'eccezione alla regola dell'acqua calda: i fiori del clima freddo come narcisi e tulipani dovrebbero essere tenuti in acqua fredda. Alcune persone credono che tu possa prolungare la vita di un fiore usando una miscela invece della sola acqua. Le ricette variano, ma alcuni dicono di combinare 1 litro di acqua tiepida, 1 cucchiaino. zucchero e 2 cucchiai. di succo di limone o lime e mescolare bene. Alcuni fioristi ritengono che prima di vendere o spedire fiori, si dovrebbe tagliare un pollice di stelo sott'acqua. Quando i gambi dei fiori sono esposti all'aria, anche per un breve periodo di tempo, inizieranno a sigillarsi, il che impedisce o rallenta l'assorbimento dei nutrienti di cui hanno bisogno.
- 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 importanti 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).
- Ingegneria del pacchetto: campo interdisciplinare che integra scienza, ingegneria, tecnologia e gestione per proteggere e identificare i prodotti per la distribuzione.
- Prototipo: Un modello funzionante della soluzione da testare.
Connessioni Internet
lettura consigliata
- Design di pacchetti strutturali (ISBN: 9057680440)
- Progettazione di imballaggi alimentari di successo (ISBN: 2940361339)
- Disegni speciali per imballaggi (ISBN: 9057680548)
Attività di scrittura
Scrivi un saggio o un paragrafo su come vengono spediti gli organi per le operazioni di trapianto. Quali condizioni devono garantire che gli ingegneri siano coerenti durante il trasporto dell'organo? La procedura per la spedizione di questo articolo è cambiata negli ultimi dieci anni?
Allineamento ai Curriculum Frameworks
Nota: I piani delle lezioni di questa serie sono allineati a uno o più dei seguenti gruppi di standard:
- Standard statunitensi per l'educazione scientifica (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Standard scientifici di nuova generazione degli Stati Unitihttp://www.nextgenscience.org/)
- Standards for Technological Literacy della International Technology Education Association (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principi e standard del Consiglio nazionale degli insegnanti di matematica degli Stati Uniti per la matematica scolastica (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- US Common Core State Standards for Mathematics (http://www.corestandards.org/Math)
- Associazione degli insegnanti di informatica K-12 Standard di informatica (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Standard nazionali per l'educazione scientifica Gradi K-4 (età 4-9)
CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare una comprensione di
- Proprietà di oggetti e materiali
CONTENUTO STANDARD C: Scienze della vita
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Le caratteristiche degli organismi
- Organismi e ambienti
CONTENUTO STANDARD E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Capacità di progettazione tecnologica
- Capacità di distinguere tra oggetti naturali e oggetti realizzati dall'uomo
CONTENUTO STANDARD F: Scienza nelle prospettive personali e sociali
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Scienza e tecnologia nelle sfide locali
CONTENUTO STANDARD G: Storia e natura della scienza
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- La scienza come impresa umana
Standard nazionali per l'educazione scientifica Classi 5-8 (età 10-14)
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
CONTENUTO STANDARD C: Scienze della vita
Come risultato delle loro attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Struttura e funzione nei sistemi viventi
CONTENUTO STANDARD E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività nei gradi 5-8, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Capacità di progettazione tecnologica
- Comprensioni su scienza e tecnologia
CONTENUTO STANDARD F: Scienza nelle prospettive personali e sociali
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Scienza e tecnologia nella società
CONTENUTO STANDARD G: Storia e natura della scienza
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- La scienza come impresa umana
Standard nazionali per l'educazione scientifica Classi 9-12 (età 14-18)
CONTENUTO STANDARD A: Science as Inquiry
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Abilità necessarie per fare ricerca scientifica
CONTENUTO STANDARD C: Scienze della vita
Come risultato delle loro attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Comportamento degli organismi
CONTENUTO STANDARD E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Capacità di progettazione tecnologica
- Comprensioni su scienza e tecnologia
CONTENUTO STANDARD F: Scienza nelle prospettive personali e sociali
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare la comprensione di
- Scienza e tecnologia nelle sfide locali, nazionali e globali
Next Generation Science Standards Grades 2-5 (Age 7-11)
Materia e sue interazioni
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- 2-PS1-2. Analizza i dati ottenuti dal test di materiali diversi per determinare quali materiali hanno le proprietà più adatte allo scopo previsto.
Dalle molecole agli organismi: strutture e processi
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- 5-LS1-1. Sostieni l'argomento secondo cui le piante ottengono i materiali di cui hanno bisogno per la crescita principalmente dall'aria e dall'acqua.
Progettazione ingegneristica
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- 3-5-ETS1-1. Definire un semplice problema di progettazione che rifletta un bisogno o un desiderio che includa criteri specifici per il successo e vincoli su materiali, tempo o costi.
- 3-5-ETS1-2. Genera e confronta più possibili soluzioni a un problema in base alla probabilità che ciascuna di esse soddisfi i criteri e i vincoli del problema.
- 3-5-ETS1-3. Pianificare ed eseguire test equi in cui le variabili sono controllate e i punti di guasto sono considerati per identificare gli aspetti di un modello o prototipo che possono essere migliorati.
Next Generation Science Standards Grades 6-8 (Age 11-14)
Progettazione ingegneristica
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- MS-ETS1-2 Valuta soluzioni di progettazione concorrenti utilizzando un processo sistematico per determinare quanto soddisfano i criteri e i vincoli del problema.
Standard per l'alfabetizzazione tecnologica - Tutte le età
La natura della tecnologia
- Standard 1: gli studenti svilupperanno una comprensione delle caratteristiche e della portata della tecnologia.
Tecnologia e società
- Standard 5: gli studenti svilupperanno una comprensione degli effetti della tecnologia sull'ambiente.
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.
Il mondo progettato
- Standard 19: gli studenti svilupperanno una comprensione e saranno in grado di selezionare e utilizzare le tecnologie di produzione.
Ingegneria Industriale
Ingegneria InformaticaProgettazione e lavoro di squadra
Siete un team di ingegneri di produzione che devono affrontare la sfida di progettare un pacchetto che possa spedire in sicurezza un fiore fresco. Il fiore deve essere sigillato in una scatola con accesso all'acqua e non deve essere riaperto per 24 ore. Il tuo insegnante può scegliere di spedire i pacchi della classe alla scuola dall'ufficio postale locale o semplicemente metterli via per un giorno. In ogni caso, quando riapri il pacco, il fiore deve essere ancora vivo, fresco e non appassito. Inoltre, l'acqua contenuta nella scatola deve essere esposta solo al gambo del fiore: aprendo la scatola, il resto del contenuto deve essere asciutto, non bagnato o umido. Le squadre di studenti con il pacchetto più piccolo per raggiungere l'obiettivo ricevono punti extra nell'attività.
Fase di pianificazione e progettazione
Alla tua squadra è stato fornito un set di materiali. Esaminali come gruppo e disegna il design del tuo packaging nella casella sottostante o usa un'altra pagina. Pensa a come assicurerai che il tuo fiore abbia abbastanza acqua per sopravvivere nella scatola per un giorno. Inoltre, pensa a cosa potrebbe accadere al fiore se la scatola fosse lanciata all'ufficio postale o fosse impilata con scatole più pesanti sopra di essa.
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Fase di costruzione
Crea il tuo pacchetto e assicurati di inserire il nome o il numero della tua squadra sulla scatola per una facile identificazione. Quindi, rispondi alle domande seguenti:
- Quanto era simile il tuo design al pacchetto effettivo che hai costruito.
- Se hai riscontrato la necessità di apportare modifiche durante la fase di costruzione, descrivi perché il tuo team ha deciso di apportare delle revisioni.
- Pensi che gli ingegneri dell'imballaggio cambino spesso i loro piani originali durante il processo di produzione o costruzione?
Fase di spedizione
Il tuo insegnante metterà a punto un sistema di spedizione per tutti i pacchi creati nella tua classe. Ciò può comportare semplicemente la conservazione delle scatole per 24 ore o la spedizione a scuola da un ufficio postale locale.
Fase di valutazione
Una volta che tutti i pacchi sono arrivati alla tua scuola, lavorerai in team per valutare i pacchi e determinare le condizioni del fiore in arrivo.
Punteggio
I seguenti punteggi devono essere effettuati per ogni pacco in arrivo. La scatola con il volume complessivo più piccolo ottiene un bonus di 2 punti.
| Numero del pacco
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Disponibilità di acqua
0 - niente acqua 1 - un po 'd'acqua 2 - molta acqua |
Freschezza del fiore
0 - cadente 1 - un po 'appassito 2 - fresco come nuovo |
Secchezza dell'interno della scatola
0 - bagnato dentro 1 - umido 2 - secco |
Punteggio totale |
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Valutazione
Completa le domande di valutazione seguenti:
- Quale aspetto del design della confezione che ha ottenuto il miglior punteggio complessivo pensi che abbia portato al suo successo?
- Se avessi avuto la possibilità di rifare questo progetto, cosa avrebbe fatto di diverso il tuo team?
- Come pensi che avrebbe funzionato il tuo design se il pacco fosse stato spedito a una temperatura di 100 gradi? Temperature sotto lo zero?
- Pensi che questa attività sia stata più gratificante da svolgere in squadra o avresti preferito lavorarci da solo? Perché?
- Quali altre considerazioni avresti dovuto prendere in considerazione in un progetto se invece di spedire un fiore spedissi un cuore umano per un'operazione di trapianto di emergenza?
- Quali altre considerazioni avresti dovuto prendere in considerazione in un design se invece di spedire un fiore spedissi cibo che deve rimanere congelato?
