Test della galleria del vento

Materiali di costruzione (per ogni squadra)

Materiali richiesti (negoziazione / tabella delle possibilità)

• Corda
• Involucro di plastica
• Foil Jersey
• bastoncino del ghiacciolo
• stuzzicadenti
• graffette
• Carta
• Cartone
• 1 tubo di cartone (da tovagliolo di carta o rotolo di carta igienica)

Materiali di prova

• Rampa:
  • Pezzo di legno o plastica dura (installato a 15 gradi di pendenza)
• Galleria del vento:
  • Piccolo ventilatore portatile
  • Scatola di cartone rettangolare con estremità rimosse
  • Nastro adesivo per fissare la scatola al pavimento in posizione fissa
  • Misura di nastro

Materiali

• Rampa:
  • Pezzo di legno o plastica dura (installato a 15 gradi di pendenza)
• Galleria del vento:
  • Piccolo ventilatore portatile
  • Scatola di cartone rettangolare con estremità rimosse
  • Nastro adesivo per fissare la scatola al pavimento in posizione fissa
  • Misura di nastro

Processi

Prima di testare il design della propria auto nella galleria del vento, ogni squadra dovrebbe testare la propria auto sulla rampa per assicurarsi che possa rotolare. La loro auto deve scendere da una rampa con un angolo di 15 gradi e deve rotolare di almeno 4 piedi prima di essere "certificata" per i test del vento.

Prepara la "galleria del vento" della classe attaccando una scatola rettangolare (aperta ad entrambe le estremità) al pavimento della classe. Posiziona la ventola a un'estremità della scatola. Ogni squadra posiziona quindi il design della propria auto a un'estremità della scatola (segna il punto di partenza per coerenza). Accendi il ventilatore (stessa velocità per ogni test) e chiedi a ogni squadra di misurare la distanza che la loro auto è stata spinta dal vento prima di fermarsi.

Design Challenge

Siete un team di ingegneri a cui è stata affidata la sfida di costruire un nuovo design di auto che offra la migliore efficienza del carburante creando la minima resistenza o resistenza al vento.

Criteri

• Deve far rotolare l'auto lungo una rampa inclinata di 15 gradi per almeno 4 piedi prima che sia "certificata" per il test del vento.

vincoli

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

1. Suddividi la classe in squadre di 2-3.
2. Distribuisci il foglio di lavoro per il test della galleria del vento e alcuni fogli di carta per disegnare i disegni.
3. Chiedi agli studenti di lavorare in team per provare la galleria del vento online su https://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html. Ciò fornirà una migliore comprensione di come la forma della loro auto influenzerà i risultati.
4. Rivedere il processo di progettazione ingegneristica, la sfida progettuale, i criteri, i vincoli e i materiali. Considera di chiedere agli studenti come la forma di un'auto può cambiare il modo in cui funziona una galleria del vento. Un camion farebbe un test diverso da un'auto? Che ne dici di una decappottabile?
5. Fornisci a ogni squadra i loro materiali.
6. Spiega che gli studenti devono sviluppare un nuovo prototipo di automobile che offra la migliore efficienza del carburante creando la minima resistenza o resistenza al vento.
7. Annuncia il tempo a disposizione per progettare e costruire (1 ora consigliata).
8. 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.
9. Gli studenti si incontrano e sviluppano un piano per la loro auto. 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.
10. I team costruiscono i loro progetti. Gli studenti devono testare le loro auto. La loro auto deve scendere da una rampa con un angolo di 15 gradi e deve rotolare di almeno 4 piedi prima di essere "certificata" per i test del vento.
11. Testare i progetti delle auto posizionando l'auto a un'estremità della scatola della "galleria del vento" (nel punto di partenza segnato). Accendere la ventola (stessa velocità per ogni test).
12. Le squadre dovrebbero documentare la distanza che la loro macchina è stata spinta dal vento prima di fermarsi.
13. Se il tempo lo consente, dai agli studenti l'opportunità di riprogettare la loro auto, se determinano che le alterazioni potrebbero migliorare le prestazioni.
14. In classe, discuti le domande di riflessione degli studenti.
15. Per ulteriori contenuti sull'argomento, vedere la sezione "Scavare più a fondo".

Riflessione degli studenti (quaderno di ingegneria)

1. A che distanza si è mossa la tua macchina quando era aperta la galleria del vento? Come si è rapportato alle distanze degli altri modellini di auto nella tua classe?
2. Quale pensi sia stato l'aspetto del design dell'auto che si è mosso di meno e che l'ha resa il maggior successo?
3. Pensi che gli ingegneri debbano adattare i loro piani originali durante il processo di produzione? Perché potrebbero?
4. Se dovessi rifare tutto da capo, come cambierebbe il tuo design pianificato? Perché?
5. Quali progetti o metodi hai visto provare ad altri team che pensavi funzionassero bene?
6. Hai scoperto che c'erano molti progetti nella tua classe che hanno soddisfatto l'obiettivo del progetto? Cosa ti dice questo sui piani di ingegneria?
7. Pensi che saresti stato in grado di completare questo progetto più facilmente se lavorassi da solo? Spiega come il lavoro di squadra ha influito su questo progetto.
8. 8. Elenca diversi prodotti che pensi trarrebbero vantaggio dai test in galleria del vento.

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.

• Vincoli: limitazioni relative a materiale, tempo, dimensioni del team, ecc.
• Criteri: condizioni che il progetto deve soddisfare come le sue dimensioni complessive, ecc.
• Durata: capacità di durare a lungo.
• Efficienza: operare o lavorare in modo da ottenere risultati, con poco sforzo sprecato.
• 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).
• Performance: Modo di lavorare o operare.
• Prototipo: Un modello funzionante della soluzione da testare.
• Galleria del vento: Grandi tubi con aria che si muove all'interno.

Connessioni Internet

• Gallerie del vento della NASA
• Progetto di volo futuro della NASA
• Volare a terra, gallerie del vento del Glenn Research Center
• Galleria del vento interattiva Wright 1901

lettura consigliata

• Test in galleria del vento transonico (ISBN: 0486458814)
• The Wright Brothers: A Biography of Aviation's Greatest Pioneers (ISBN: 0316861448)

Attività di scrittura

Scrivi un saggio o un paragrafo su quali altri prodotti potrebbero trarre vantaggio dai test in galleria del vento.

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 B: Scienze fisiche

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

• Posizione e movimento degli oggetti 

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 

CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche

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

• Movimenti e forze 

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 

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 B: Scienze fisiche 

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

• Movimenti e forze 
• Interazioni di energia e materia 

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

• Pericoli naturali e causati dall'uomo 
• 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

• Prospettive storiche 

Next Generation Science Standards Grades 3-5 (Age 8-11)

Moto e stabilità: forze e interazioni

Gli studenti che dimostrano comprensione possono:

• 3-PS2-1. Pianificare e condurre un'indagine per fornire prove degli effetti di forze bilanciate e sbilanciate sul movimento di un oggetto. 

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-ETS1-1 Definire i criteri ei vincoli di un problema di progettazione con sufficiente precisione per garantire una soluzione di successo, tenendo conto dei principi scientifici pertinenti e dei potenziali impatti sulle persone e sull'ambiente naturale che possono limitare le possibili soluzioni.

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-ETS1-4. Utilizzare una simulazione al computer per modellare l'impatto delle soluzioni proposte a un problema complesso del mondo reale con numerosi criteri e vincoli sulle interazioni all'interno e tra i sistemi rilevanti per il 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
• Standard 2: gli studenti svilupperanno una comprensione dei concetti fondamentali della tecnologia.
• Standard 3: Gli studenti svilupperanno una comprensione delle relazioni tra le tecnologie e le connessioni tra la tecnologia e altri campi di studio.

Tecnologia e società

• Standard 4: gli studenti svilupperanno una comprensione degli effetti culturali, sociali, economici e politici della tecnologia.
• Standard 7: gli studenti svilupperanno una comprensione dell'influenza della tecnologia sulla storia.

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 12: Gli studenti svilupperanno le capacità di utilizzare e mantenere prodotti e sistemi tecnologici.
• Standard 13: gli studenti svilupperanno le capacità di valutare l'impatto di prodotti e sistemi.

Il mondo progettato

• Standard 20: gli studenti svilupperanno una comprensione e saranno in grado di selezionare e utilizzare le tecnologie di costruzione.

Siete un team di ingegneri a cui è stata affidata la sfida di costruire un nuovo prototipo di automobile che offra la migliore efficienza del carburante creando la minima resistenza o resistenza al vento.

Fase di ricerca / preparazione

1. Rivedi i vari fogli di riferimento per studenti e, se è disponibile l'accesso a Internet, prova una galleria del vento virtuale su http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html.

Pianificazione in team

1. La tua squadra ha ricevuto alcuni "materiali da costruzione" dal tuo insegnante. Hai nastro adesivo, spago, pellicola trasparente, pellicola, bastoncini per ghiaccioli, stuzzicadenti, graffette, carta, matite, cartone, un tubo di cartone (da tovagliolo di carta o rotolo di carta igienica) e devi usare tutti i materiali in modo che tutte le auto pesino lo stesso.
2. Inizia incontrando il tuo team e ideando un piano per la tua auto. Senti quanto forte il vento soffierà nella galleria del vento della tua classe in modo da poter prevedere quanto deve essere forte la tua auto. La tua auto deve mantenere la sua forma attraverso tutti i livelli di vento e muoversi il meno per indicare che ha la minore resistenza al vento.
3. Scrivi o disegna il tuo piano nella casella sottostante, inclusa la proiezione dei materiali necessari per completare la costruzione. Presenta il tuo design alla classe e spiega la tua scelta dei materiali. Puoi scegliere di rivedere il piano delle tue squadre dopo aver ricevuto feedback dalla classe.

Fase di costruzione

1. Costruisci la tua macchina!

Test di rampa

La tua auto deve superare un test di rampa prima di testare la ventola. Deve rotolare giù da una rampa impostata con un angolo di 15 gradi e deve rotolare di almeno 4 piedi prima di essere "certificato" per la prova del vento.

Il test in galleria del vento!

1. Osserva come il tuo team e altri team testano i loro prototipi nella galleria del vento della tua classe. Dovresti condurre tre test e fare la media dei valori che trovi. Registra i risultati della tua squadra nella casella sottostante, inclusi i punti e le osservazioni.

Reingegnerizzazione

Se il tempo lo consente, puoi riprogettare la tua auto se stabilisci che le modifiche potrebbero migliorare le prestazioni.

Riflessione

1. A che distanza si è mossa la tua macchina quando era aperta la galleria del vento? Come si è rapportato alle distanze degli altri modellini di auto nella tua classe?

2. Quale pensi sia stato l'aspetto del design dell'auto che si è mosso di meno e che l'ha resa il maggior successo?

3. Pensi che gli ingegneri debbano adattare i loro piani originali durante il processo di produzione? Perché potrebbero?

4. Se dovessi rifare tutto da capo, come cambierebbe il tuo design pianificato? Perché?

5. Quali progetti o metodi hai visto provare ad altri team che pensavi funzionassero bene?

6. Hai scoperto che c'erano molti progetti nella tua classe che hanno soddisfatto l'obiettivo del progetto? Cosa ti dice questo sui piani di ingegneria?

7. Pensi che saresti stato in grado di completare questo progetto più facilmente se lavorassi da solo? Spiega come il lavoro di squadra ha influito su questo progetto.

8. Quanti prodotti pensi che trarrebbero vantaggio dai test in galleria del vento?

• Arabo
• Cinese
• Francese
• Tedesco
• Giapponese
• Russo
• Spagnolo