Fermati e vai
Questa lezione si concentra su come gli ingegneri hanno sviluppato e migliorato la gestione del traffico nel tempo. Gli studenti lavorano in team per progettare un nuovo sistema di semafori.
- Informazioni sull'ingegneria del traffico.
- 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
- Foglio di lavoro per studenti
- Carta / penna
Design Challenge
Fai parte di un team di ingegneri che devono affrontare la sfida di progettare un sistema semaforico migliorato. Il centro della città di BusyCity presenta un incrocio particolarmente trafficato che comprende due strade con traffico intenso, una pista ciclabile, attraversamenti pedonali, e anche l'ingresso dell'ambulanza di un pronto soccorso ospedaliero. Troppo spesso, le ambulanze devono aspettare che le luci cambino, il che ritarda il trasporto di un paziente per cure rapide. Inoltre, le biciclette spesso non sono in grado di attraversare l'incrocio perché devono aspettare che le auto le lascino andare.
- Suddividi la classe in squadre di 3-4.
- Distribuisci il foglio di lavoro Stop and Go e alcuni fogli di carta per disegnare i disegni.
- Discuti gli argomenti nella sezione Concetti di base. Considera l'idea di chiedere agli studenti come sarebbe guidare senza i segnali stradali. Chiedete loro di osservare quelli nella loro città e considerare come lavorano, e di vedere se qualcuno di quelli nella loro città ha miglioramenti come segnali speciali per piste ciclabili o jogging.
- Rivedere il processo di progettazione ingegneristica e la sfida di progettazione.
- Spiega che gli studenti devono rivedere la sfida e progettare un semaforo migliorato per risolvere il problema.
- Annuncia la quantità di tempo che hanno a disposizione per progettare (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 disegnano un progetto per il loro sistema di semafori. Dovrebbero considerare il costo della riprogettazione rispetto al sistema semaforico standard.
- I team condividono i loro progetti con la classe e danno una stima di come la nuova luce potrebbe influire sul costo di una luce.
- In classe, discuti le domande di riflessione degli studenti.
- Per ulteriori contenuti sull'argomento, vedere la sezione "Scavare più a fondo".
Idea di estensione
Chiedi agli studenti di costruire un modello funzionante del loro sistema di traffico utilizzando luci, interruttori, cavi e altri sensori.
Riflessione degli studenti (quaderno di ingegneria)
- Qual è stata la proposta di modifica più interessante al semaforo sviluppata nelle presentazioni in classe? Perché?
- Pensi che il tuo progetto aumenterebbe o ridurrebbe il costo di produzione di un semaforo? Perché?
- Pensi che il tuo nuovo semaforo avrebbe un mercato se prodotto? Chi lo comprerebbe e perché?
- Pensi che potresti raccogliere fondi per pagare la produzione? Come raccoglieresti fondi?
- Pensi che molti ingegneri reinventino prodotti o sistemi basati su nuove tecnologie o esigenze attuali? Potete fornire un esempio di un prodotto o di un sistema che è stato riprogettato molte volte?
- Pensavi che lavorare in team rendesse questo progetto più facile o più difficile? Perché?
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.
Storia dei semafori
Cos'è un semaforo?
I semafori, che possono anche essere noti come semafori, semafori, segnali stradali o semafori, sono dispositivi di segnalazione posizionati in corrispondenza di incroci stradali, passaggi pedonali e altri luoghi per controllare i flussi di traffico concorrenti. I semafori sono stati installati nella maggior parte delle città del mondo. Assegnano la precedenza agli utenti della strada mediante l'uso di luci di colori standard (rosso - ambra / giallo - verde), utilizzando un codice colore universale e una sequenza precisa. Di solito, la luce rossa contiene un po 'di arancione nella sua tonalità e la luce verde contiene un po' di blu, per fornire un certo supporto alle persone con daltonismo rosso-verde.
Ingegneri del traffico
L'ingegneria del traffico è una branca dell'ingegneria civile che utilizza tecniche di ingegneria e sviluppa meccanismi che consentono la circolazione sicura ed efficiente di persone e merci sulle strade. Si concentra principalmente sulla ricerca e la costruzione delle infrastrutture necessarie per un flusso di traffico sicuro ed efficiente, come geometria stradale, marciapiedi e strisce pedonali, strutture ciclabili segregate, segnaletica stradale condivisa, segnaletica stradale, segnaletica orizzontale e semafori. I tipici progetti di ingegneria del traffico prevedono la progettazione di installazioni e modifiche di dispositivi di controllo del traffico, inclusi segnali stradali, segnali stradali e segnaletica orizzontale. Tuttavia, gli ingegneri del traffico considerano anche la sicurezza del traffico indagando sui luoghi con tassi di incidenti elevati e sviluppando contromisure per ridurre gli incidenti. La gestione del flusso di traffico può essere a breve termine (preparazione di piani di controllo del traffico edile, inclusi piani di deviazione per il traffico pedonale e veicolare) oa lungo termine (stima degli impatti degli sviluppi commerciali proposti sui modelli di traffico). Sempre più spesso, i problemi di traffico vengono affrontati sviluppando sistemi per sistemi di trasporto intelligenti, spesso in combinazione con altre discipline ingegneristiche, come l'ingegneria informatica e l'ingegneria elettrica.
Storia del semaforo
Il primo semaforo conosciuto risale a Londra nel 1868, ben prima che le automobili ostruissero le strade. Il segnale era una lanterna rotante con luci rosse lampeggianti (per fermarsi) e luci verdi (per cautela), illuminate a gas e azionate a mano. Il design era un po 'imperfetto quando la luce esplose nel 1869, ferendo il poliziotto-operatore. Già nel 1912 a Salt Lake City, nello Utah, un poliziotto di nome Lester Wire inventò il primo semaforo elettrico rosso-verde. Nel 1914, l'American Traffic Signal Company installò un sistema di segnaletica stradale all'angolo tra East 105th Street e Euclid Avenue a Cleveland, Ohio. Aveva due colori, rosso e verde, e un cicalino, per fornire un avviso per i cambiamenti di colore. Il primo semaforo a quattro vie e tre colori è stato creato a Detroit, Michigan nel 1920.
- 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).
- Brevetto: un brevetto per invenzione è la concessione di un diritto di proprietà all'inventore, rilasciato dall'ufficio brevetti e marchi di un paese.
- Prototipo: Un modello funzionante della soluzione da testare.
- Ingegneria del traffico: branca dell'ingegneria civile che utilizza tecniche ingegneristiche e sviluppa meccanismi che consentono il movimento sicuro ed efficiente di persone e merci sulle strade.
- Semaforo: Dispositivo di segnalazione posizionato in corrispondenza di incroci stradali, attraversamenti pedonali e altri luoghi per controllare flussi di traffico concorrenti.
Connessioni Internet
- La storia e la valutazione dei semafori
- Istituto degli ingegneri dei trasporti
- Associazione Internazionale dei Segnali Municipali
lettura consigliata
- Principi di ingegneria stradale e analisi del traffico (ISBN: 978-0470290750)
- Ingegneria del traffico (ISBN: 978-0136135739)
Attività di scrittura
Scrivi un saggio o un paragrafo su come potrebbe essere guidare senza segnali stradali.
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 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 E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Capacità di progettazione tecnologica
- Comprensione di 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
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 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 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
- Popolazioni, risorse e ambienti
- Rischi e benefici
- 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
- Natura della scienza
- Storia della scienza
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
- Comprensioni sull'indagine scientifica
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
- Salute personale e comunitaria
- Scienza e tecnologia nelle sfide locali, nazionali e globali
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
- Natura della conoscenza scientifica
- Prospettive storiche
Next Generation Science Standards Grades 2-5 (Age 8-11)
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.
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.
Next Generation Science Standards Grades 9-12 (Age 14-18)
Progettazione ingegneristica
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- HS-ETS1-2.Progetta una soluzione a un problema del mondo reale complesso suddividendolo in problemi più piccoli e più gestibili che possono essere risolti attraverso l'ingegneria.
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.
- Standard 2: gli studenti svilupperanno una comprensione dei concetti fondamentali della tecnologia.
Tecnologia e società
- Standard 4: gli studenti svilupperanno una comprensione degli effetti culturali, sociali, economici e politici della tecnologia.
- Standard 5: gli studenti svilupperanno una comprensione degli effetti della tecnologia sull'ambiente.
- Standard 6: gli studenti svilupperanno una comprensione del ruolo della società nello sviluppo e nell'uso della tecnologia.
- Standard 7: gli studenti svilupperanno una comprensione dell'influenza della tecnologia sulla storia.
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.
Abilità per un mondo tecnologico
- Standard 11: gli studenti svilupperanno le capacità di applicare il processo di progettazione.
- Standard 13: gli studenti svilupperanno le capacità di valutare l'impatto di prodotti e sistemi.
Ingegneria Industriale
Ingegneria InformaticaProgettazione e lavoro di squadra
Fai parte di un team di ingegneri che hanno la sfida di sviluppare una proposta per soddisfare le esigenze di un potenziale cliente. Il centro della città di BusyCity presenta un incrocio particolarmente trafficato che comprende due strade con traffico intenso, una pista ciclabile, attraversamenti pedonali, e anche l'ingresso dell'ambulanza di un pronto soccorso ospedaliero. Troppo spesso, le ambulanze devono aspettare che le luci cambino, il che ritarda il trasporto di un paziente per cure rapide. Inoltre, le biciclette spesso non sono in grado di attraversare l'incrocio perché devono aspettare che le auto le lascino andare. La città vorrebbe che sviluppaste un piano per migliorare tecnicamente il semplice semaforo “verde, giallo, rosso” per aiutare ad alleviare i problemi che incontrano le ambulanze e le biciclette.
Come squadra, considera la sfida e concorda un sistema per adattare il semaforo per affrontare la sfida.
Fase di ricerca
Leggi i materiali forniti dal tuo insegnante. Se hai accesso a Internet, puoi anche cercare idee online, quindi lavorare in team per sviluppare un piano. Il tuo piano sarà scritto e presentato al cliente (la tua classe) e potrai scegliere di utilizzare un software di presentazione come PowerPoint, o creare poster o dispense cartacee.
Fase di progettazione
Su un foglio di carta separato disegna un diagramma dettagliato che mostra come quali cambiamenti vorresti progettare nel semaforo. Sii specifico e includi un elenco di parti o materiali che potresti dover acquistare se dovessi costruire un prototipo del semaforo. Fai un'ipotesi plausibile su come le revisioni potrebbero aumentare o diminuire il costo di produzione di un semaforo.
Fase di presentazione
Presenta alla classe le tue idee, i disegni e il nuovo semaforo proposto, quindi completa la scheda di riflessione.
Riflessione
Completa le domande di riflessione di seguito:
- Qual è stata la proposta di modifica più interessante al semaforo sviluppata nelle presentazioni in classe? Perché?
- Pensi che il tuo progetto aumenterebbe o ridurrebbe il costo di produzione di un semaforo? Perché?
- Pensi che il tuo nuovo semaforo avrebbe un mercato se prodotto? Chi lo comprerebbe e perché?
- Pensi che potresti raccogliere fondi per pagare la produzione? Come raccoglieresti fondi?
- Pensi che molti ingegneri reinventino prodotti o sistemi basati su nuove tecnologie o esigenze attuali? Potete fornire un esempio di un prodotto o di un sistema che è stato riprogettato molte volte?
- Pensavi che lavorare in team rendesse questo progetto più facile o più difficile? Perché?
Traduzione del piano di lezione
