レスキューローバー-IEEEを搭載したTryEngineering.org

レスキューローバー

このレッスンでは、技術的な救助活動中に使用されるツールと機器に焦点を当てます。生徒のチームは、子犬を井戸から救出するために、日常の材料からデバイスを構築します。

レスキューデバイスの設計と構築
デザインをテストして改良する
設計プロセスと結果を伝える

年齢レベル： 8-18

レッスンプランのプレゼンテーション

プレゼンテーションPDFをダウンロード

プレゼンテーションパワーポイントをダウンロード

ビルドマテリアル（各チーム用）

オプションの材料（取引/可能性の表）

3メートルの弦
画用紙
ビニール袋
ペーパークリップ
真ちゅう製の留め具
ゴムバンド
バインダークリップ
洋服のピン
紙コップ
紙皿
アイスキャンデースティック
プラスチックスプーン

試験材料

高さ1メートル以上のゴミ箱またはコンテナ（井戸用）
小さなぬいぐるみの子犬
ストップウォッチ
子犬に追加するウェイト（コイン、ワッシャー、小さなおもちゃなど）
規模

試験材料とプロセス

材料

高さ1メートル以上のゴミ箱またはコンテナ（井戸用）
小さなぬいぐるみ
ストップウォッチ
子犬に追加する重量（コイン、ワッシャー、小さなおもちゃなど）
規模

プロセス

高さが1メートル以上のゴミ箱またはその他の容器を使用してください。子犬をコンテナの底に置きます（より良い挑戦のために子犬に体重を加えることができます）。タイミングを合わせながら、生徒が自分のデバイスを使用して子犬を救助できるようにします。

エンジニアリングデザインチャレンジ

設計課題

あなたは、高さXNUMXメートルの井戸から子犬を安全に救助できる装置を設計および構築するために協力するエンジニアのチームです。ウェル内の酸素は限られているため、XNUMX分以内に子犬を救助することが重要です。

基準

XNUMXメートルの高さから子犬を救出する
3分以内に完全な救助

制約

提供された材料のみを使用してください
チームは無制限の材料を取引できます

アクティビティの説明と手順

クラスを2〜4人のチームに分けます。
Design a Rescue Deviceワークシートと、デザインをスケッチするための紙を配ります。
背景の概念のセクションでトピックについて話し合います。ニュースやテレビで、危険な状況から人や動物が救出されているのを見たことがあるかどうかを生徒に尋ねます。どのような状況がこれらの救助を促し、どのような種類の機器が関与したかを共有するよう生徒に勧めます。エンジニアは、救助活動に伴うさまざまな課題に耐えられるように機器を設計する必要があることを話し合います。
エンジニアリング設計プロセス、設計課題、基準、制約、および材料を確認します。
ブレーンストーミングとデザインのスケッチを開始するように生徒に指示します。
各チームに資料を提供します。
生徒は、高さXNUMXメートルの井戸から子犬を安全に救出できる装置を設計および構築する必要があることを説明します。ウェル内の酸素は限られているため、XNUMX分以内に子犬を救助することが重要です。
設計と構築に必要な時間を発表します（1時間を推奨）。
タイマーまたはオンラインストップウォッチ（カウントダウン機能）を使用して、時間どおりに進むようにします。（www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch）。生徒が仕事を続けられるように、定期的に「時間チェック」を行います。彼らが苦労している場合は、より迅速に解決策につながるような質問をしてください。
生徒たちは、救助装置の計画を立てます。彼らは必要な資料に同意し、計画を作成/作成し、クラスに計画を提示します。チームは、他のチームと無制限の材料を交換して、理想的なパーツリストを作成できます。
チームはデザインを作成します。
3分以内に子犬を井戸（ゴミ箱）から取り出して、レスキュー装置をテストします。より良い挑戦のために子犬に体重を加えることができます。
チームは、子犬を救助するのにかかった時間を文書化する必要があります。
クラスとして、生徒の振り返りの質問について話し合います。
このトピックの詳細については、「より深く掘り下げる」セクションを参照してください。

Student Reflection（エンジニアリングノート）

XNUMX分以内に子犬を井戸から救出できる装置を作ることに成功しましたか？もしそうなら、それはどのくらいかかりましたか？そうでない場合、なぜ失敗したのですか？
建設段階で、元のデザインを修正したり、追加の材料を要求したりしましたか？どうして？
他のチームと重要な取引について交渉しましたか？そのプロセスはどのように機能しましたか？
提供されたものとは異なる資料にアクセスできたとしたら、あなたのチームは何を要求しましたか？どうして？
エンジニアは、システムや製品の構築中に元の計画を調整する必要があると思いますか？なぜ彼らは？
もう一度やり直す必要がある場合、計画したデザインはどのように変わりますか？どうして？
他のチームがうまくいったと思ったデザインや方法をどのように見ましたか？
一人で作業していたら、このプロジェクトをもっと簡単に完了できたと思いますか？説明…
XNUMX匹の子犬を同時に救助する必要がある場合、デザインにどのような調整を加える必要がありますか？それを試してみてください！
もしあなたが人を救助していたら、この挑戦は何か違っていただろうと思いますか？もしそうなら、どのように？

年長の学生のための変更

年長の学生の場合、身長と体重の仕様を増やすことができます。背の高い容器を井戸に使用することができ、重い子犬または2匹の子犬を救助する必要があります。単純な機械を勉強している場合、学生は、設計に組み込んだ単純な機械ごとに時間ボーナス（たとえば、追加の30秒）を受け取ることができます。

時間変更

レッスンは、年長の学生のためにわずか1クラス期間で行うことができます。ただし、生徒が急いでいると感じないようにし、生徒の成功を確実にするために（特に若い生徒の場合）、レッスンをXNUMXつの期間に分割して、生徒がブレインストーミング、アイデアのテスト、設計の完成に時間をかけることができるようにします。次のクラス期間にテストと報告を行います。

技術的な救助活動は、極端な緊急事態の専門家によって使用されます。自然災害、構造物の崩壊、または重大な事故により、犠牲者は限られたスペースや複雑なスペースに閉じ込められることがあります。これらのタイプの緊急事態では、救助の専門家が被害者に連絡して対応するために、通常の手段を超えて対応する必要があります。このような場合、命を救うために特別なツールとスキルが必要です。エンジニアは、これらの非常に困難な救助活動の要求を満たすために救助設備を設計する必要があります。

上からの救助

特定の緊急事態では、救助活動は上から行われなければなりません。これらの状況には、洞窟、山、鉱山、または屋上から人や動物を救助することが含まれる場合があります。 2005年にハリケーン「カトリーナ」が米国を襲った後、極端な洪水のため、多くの人々がヘリコプターで屋上から救出される必要がありました。ロープレスキューでは、ナイロンロープ、アンカー、滑車システムを使用して、犠牲者を高所から救助します。都市型レスキューは、機械的倍率を使用して犠牲者を安全に持ち上げます。救助者は、ロープレスキューを行う際に、さまざまな種類の結び目を懸垂下降してしっかりと結ぶことに熟練している必要があります。鉱山の救助は、火災、爆発、洪水、危険なガス、または落盤のために特に困難な場合があり、追加の救助設備と技術が必要になります。

移動する水の救助

犠牲者が川や洪水調節水路などの移動する水から救出される場合、これは「迅速な水救助」としても知られています。これらの救助は通常、洪水の状況やボートや急流下りの事故の際に発生します。これらの状況では、ロープレスキュー機器と技術がよく使用されます。ただし、移動する水が関係するため、移動するターゲットを救助するには、より強力な機器とより高い精度が必要です。迅速な水の救助を行う専門家は、危険と安全がどこにあるかを特定する方法を知るために、水路内を移動する水の物理学を理解する必要があります。また、水を移動する際の破片、車、人などの物体の動きも理解する必要があります。障害物、曲がり、閉じ込め、低体温症など、迅速な水の救助には多くの課題があります。犠牲者は、ロープや物体で安全に引っ張られたり、浮力装置を使用したり、直接接触したり、ヘリコプターで救助されたりすることがあります。

限られたスペースからの救助

下水道、サイロ、地下金庫などの限られたスペースから人や動物を救出する必要がある場合があります。これらの状況では、これらの小さなスペースで酸素が制限される可能性があるため、時間が重要です。犠牲者と救助専門家が十分な酸素を摂取し、有毒ガスにさらされないようにするために、換気装置を使用する必要があります。ビデオおよび音響機器は、限られたスペースに閉じ込められた犠牲者を見たり聞いたりするためによく使用されます。リストレットと呼ばれる機器は、閉じ込められた犠牲者を限られたスペースから解放するためによく使用されます。リストレットは、犠牲者の手首または足首の周りにループして引っ張られ、その後、犠牲者を空間から引っ張るために使用されます。

スキーレスキュー

多くの場合、雪の降る状況で救助を行う必要があります。これらのタイプの救助技術は、スキーやスノーボードの事故、または雪崩の際に使用されます。これらの状況で人々を支援し救助するために訓練された専門家は、スキーパトロールとして知られています。スキーパトロールでは、救助活動中にヘリコプター、ロープレスキューギア、トボガン、スノーモービルなどの機器を使用することがよくあります。

雪崩の際に犠牲者が雪に埋もれた場合は、ビーコンまたはプローブを使用できます。ビーコンは、無線信号を使用して被害者が着用している別のビーコンと通信する機器です。被害者に近づくほど、ビープ音が大きくなります。デジタル雪崩救助犬として知られる新しいタイプのビーコンも最近開発され、携帯電話を使用して動作するようにプログラムされています。犠牲者の一般的な近さを知ると、プローブと呼ばれる長い棒状の器具を雪の中に押し込み、犠牲者の正確な位置を見つけることができます。窒息は雪崩に埋もれた犠牲者にとって深刻なリスクです。生存期間を延ばすために、デンバーの精神科医で熱心なスキーヤーのトーマス・クロウリー博士は、アヴァルングと呼ばれるスリングのような装置を発明しました。雪崩は、雪崩から新鮮な空気を吸い込むことで雪崩に埋もれた犠牲者に酸素を供給し、二酸化炭素を迂回させます。 Avalungは、閉じ込められた犠牲者を見つけて到達しようとするときに、救助者に追加の時間を購入することができます。

車両救助

交通事故が発生すると、被害者が車に閉じ込められることがあります。場合によっては、車両が損傷してドアを開けられなくなったり、犠牲者が座席に固定されたり、怪我のために車両から降りることができなくなったりします。これらの状況では、カッター、スプレッダー、ラム（Jaws of Lifeとも呼ばれます）などの油圧レスキュー装置を使用する必要があります。カッターは、フレームなどの自動車の金属部品を切断するために使用されます。スプレッダーは、事故の際に一緒に砕けた可能性のある自動車の部品を引き離すために使用されます。ラムは、ダッシュボードなどの自動車の部品を犠牲者から遠ざけるために使用されます。これらのツールは、閉じ込められた犠牲者に到達しようとするときに貴重な時間を節約します。

崩壊した構造物からの救助

建物や鉱山が倒壊すると、犠牲者は山の残骸の下に閉じ込められる可能性があります。このシナリオでは、救助の専門家は、破片を持ち上げるか安定させるためにさまざまな技術を使用する必要があります。がれきが被害者をさらに傷つけるリスクがあるため、これは危険な操作です。救助の専門家が犠牲者を手動で掘り出すことができる場合があります。他の場合には、レバーまたは膨張式装置を使用して、犠牲者から破片を持ち上げることができます。クレーン、ブルドーザー、のこぎり、チェーン、ケーブル、ロープを使用して、より大きな種類の破片を取り除くことができます。がれきの下に配置されるベビーベッドと呼ばれる木製の構造を作成することによって、がれきを安定させることもできます。 7.0年2010月にハイチでマグニチュードXNUMXの地震が発生した後、救助の専門家と住民はこれらの技術の多くを使用して、崩壊した構造物から破片の下に閉じ込められた数千人の犠牲者を救出し、回復しました。

語彙

基準：全体のサイズなど、デザインが満たさなければならない条件。
エンジニア：世界の発明家と問題解決者。 XNUMXの主要な専門分野がエンジニアリングで認められています（インフォグラフィックを参照してください).
エンジニアリング設計プロセス：プロセスエンジニアは、問題を解決するために使用します。
Engineering Habits of Mind（EHM）：エンジニアが考えるXNUMXつのユニークな方法。
反復：テストと再設計はXNUMX回の反復です。繰り返します（複数回の繰り返し）。
プロトタイプ：テストするソリューションの作業モデル。
救助：危険または悲惨な状況から誰かを救うため。
テクニカルレスキュー：極端な緊急事態で専門家が使用する操作

深く掘る

インターネット接続

ハリケーンカトリーナレスキュー（http://videos.howstuffworks.com/discovery/35043- Coast-guard-rescue-hurricane-katrina-video.htm）
技術リテラシーのためのITEA標準：技術研究のためのコンテンツ（www.iteaconnect.org/TAA）
全米科学教育基準（www.nsta.org/publications/nses.aspx）

推奨読書