균형 문제

빌드 재료(팀별)

필수 자료

• 나무 은못
• 플라스틱 그릇이나 종이컵
• 철사
• 찰싹
• 끈
• XNUMX개의 통조림 항아리 또는 작은 빈 상자 

시험 재료

• 규모
• 크기와 모양이 일정한 구슬, 클립 또는 기타 품목의 상자

소스

• 규모
• 크기와 모양이 일정한 구슬, 클립 또는 기타 품목의 상자

방법

선택한 항목(대리석, 클립)과 사용된 종이컵 또는 기타 재료의 강도에 따라 각 팀의 목표 무게/수를 결정해야 합니다.

팀은 시스템을 실행하고 XNUMX개의 제품을 "패키징"하여 설계를 테스트합니다. 포장 과정을 관찰하고 모든 병의 무게를 달아 목표 무게 또는 개수에 가까운지 확인하십시오. 약간의 차이가 있지만 무게가 각각 같다고 가정하면 차이는 XNUMX개 또는 XNUMX개의 구슬을 넘지 않아야 합니다.

디자인 도전

귀하는 일련의 XNUMX개 상자 또는 항아리에 구슬 또는 기타 품목의 일관된 무게 또는 개수를 전달하기 위해 제조 시스템을 설계하고 구축해야 하는 과제를 받은 제조 엔지니어 팀입니다.

기준

• 일련의 XNUMX개 상자의 항아리에 일정한 무게 또는 구슬 개수를 전달해야 합니다.

제약

• 제공된 재료만 사용하십시오.

1. 수업을 2-3명의 팀으로 나눕니다.
2. A Question of Balance 워크시트와 스케치 디자인을 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
5. 각 팀에 자료를 제공합니다.
6. 학생들은 무게나 개수가 같은 제품(대리석, 클립 등)의 XNUMX개의 패키지(상자 또는 항아리)를 "제조"하는 시스템을 설계하고 구축해야 한다고 설명합니다. 아이디어는 그들의 시스템이 일관된 최종 패키지를 생성한다는 것입니다. 학생들은 경사로 또는 컨베이어 벨트, 팁 메커니즘 또는 캔디를 최종 패키지로 전달하는 기타 방법을 개발할 수 있습니다.

   선택한 항목(대리석, 클립)과 사용된 종이컵 또는 기타 재료의 강도에 따라 각 팀의 목표 무게/수를 결정해야 합니다.

   그들은 제조 시스템을 사용하여 XNUMX개의 병/상자 사이에서 발생할 것으로 예상하는 개수 차이를 추정해야 합니다. 이 XNUMX개의 패키지 간에 허용되거나 예상되는 중량 또는 개수의 차이는 무엇입니까?

7. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
8. 타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
9. 학생들은 자신의 제조 시스템에 대한 계획을 만나서 개발합니다. 필요한 재료에 대해 동의하고 계획을 작성/그림을 그리고 학급에서 계획을 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
10. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
11. 선택한 항목(대리석, 클립)과 사용된 종이컵 또는 기타 재료의 강도에 따라 각 팀의 목표 무게/수를 결정해야 합니다. 팀은 시스템을 실행하고 XNUMX개의 제품을 "패키징"하여 설계를 테스트합니다. 포장 과정을 관찰하고 모든 병의 무게를 달아 목표 무게 또는 개수에 가까운지 확인하십시오. 약간의 차이가 있지만 무게가 각각 같다고 가정하면 차이는 XNUMX개 또는 XNUMX개의 구슬을 넘지 않아야 합니다.
12. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
13. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 제조 시스템 구축에 성공했습니까? 그렇지 않다면 왜 실패했습니까?
2. 실제로 시스템을 구축할 때 작성한 디자인을 변경해야 했습니까? 그렇다면 구축 단계에서 시스템의 어떤 부분이 가장 많이 변경되었습니까?
3. 일하는 엔지니어들이 제조 과정에서 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?
4. XNUMX개의 "패키지" 사이의 실제 무게 또는 개수는 어떻게 달라졌습니까? 이 결과는 사전 생산 추정치와 어떻게 비교되었습니까?
5. 이 과정에서 어떤 부분이 가장 즐거웠나요? 왜요?
6. 다른 팀의 작업에서 구현된 아이디어 중 가장 독창적이라고 생각한 아이디어는 무엇입니까? 왜요?
7. 프로젝트 목표를 충족하는 많은 디자인이 교실에 있다는 것을 발견하셨습니까? 이것은 엔지니어링 계획에 대해 무엇을 알려줍니까?
8. 팀으로 일하는 것이 이 프로젝트를 더 성공적으로 만들었다는 것을 알았습니까? 그렇지 않다면 그 이유는 무엇입니까? 그렇다면 설명하십시오.
9. 실제 제조 환경에서 "패키지" 디자인(상자, 항아리 또는 가방)이 제품 개발 이전, 이후, 또는 동시에 개발된다고 생각하십니까? 무엇이 당신에게 가장 의미가 있습니까? 왜요?

수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.

스케일 애플리케이션
저울에는 많은 용도가 있습니다

체중계는 개인 체중을 측정하는 것 외에도 많은 응용 분야에서 사용됩니다. 제품 또는 구성 요소의 무게가 제품 또는 서비스 비용에 영향을 미치기 때문에 많은 시스템의 필수적인 부분입니다. 예를 들어, 전 세계의 우편 시스템은 운송되는 편지나 소포의 무게에 따라 배달 비용을 계산합니다. 식료품 가게와 과일 시장은 저울을 사용하여 과일, 야채, 견과류, 곡물 및 향신료에 대해 얼마를 청구할지 결정합니다. 이러한 예에서 무게는 어떤 어려움도 일으키지 않으면서 어떤 식으로든 약간 벗어날 수 있습니다. 당신은 여분의 견과를 한두 개 얻거나 아무런 의미 없이 약간의 향신료로 끝날 수 있습니다.

제조 공학

제조 엔지니어, 특히 제약 산업에 종사하는 엔지니어의 경우 포장 전에 중량이나 제품 또는 구성 요소를 정확하게 측정하는 것이 중요합니다. 의약품 제조업체는 복용량이 정확한지 확인해야 합니다. 가까운 것만으로는 충분하지 않습니다! 안전은 최고의 제조 고려 사항입니다!

제조 엔지니어는 완제품의 계획에서 포장에 이르기까지 제조 프로세스에 참여합니다. 로봇, 프로그래밍 가능 및 수치 컨트롤러, 비전 시스템과 같은 도구와 함께 작동하여 조립, 포장 및 선적 시설을 미세 조정합니다. 그들은 생산을 능률화하고, 턴어라운드를 개선하고, 비용을 절감하는 방법을 찾고 제조 공정과 흐름을 조사합니다. 그들이 초점을 맞춘 측정 중 하나는 무게입니다. 때때로 카메라를 사용하여 상자에 들어 있는 쿠키의 수와 같이 패키지에 들어 있는 제품의 수를 세지만, 약속된 양의 사탕, 시리얼 또는 못까지 배달되는지 확인하기 위해 매우 자주 저울을 사용합니다. 상자. 작동하는 제조 시스템을 보여주는 많은 웹사이트가 있습니다. 이 중 일부를 방문하여 다양한 시스템이 어떻게 작동하는지 확인하십시오! 예를 들어 Jelly Belly 젤리빈은 제조 과정에서 호퍼에 부어집니다. 호퍼는 젤리 빈의 정확한 양을 계량하여 가방, 상자 및 항아리를 포함한 다양한 유형의 포장에 분배하는 저울 시스템으로 공급합니다.

추천 도서

• 제조 공학 및 기술(ISBN: 0131489658)
• 저울 및 저울(ISBN: 0747802270)

쓰기 활동

자동화 프로세스가 사회에 미치는 영향에 대한 에세이 또는 단락을 작성하십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.

• S. 과학 교육 기준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/)
• 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. 전국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. 수학에 대한 공통 핵심 국가 표준(http://www.corestandards.org/Math)
• 컴퓨터 과학 교사 협회 K-12 컴퓨터 과학 표준(http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력
• 과학적 탐구에 대한 이해

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 운동과 힘

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

5-8학년 활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력
• 과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 사회의 과학 기술 

국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력
• 과학적 탐구에 대한 이해

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 운동과 힘

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력
• 과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술 

차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 3-5-ETS1-1. 재료, 시간 또는 비용에 대한 제한과 성공에 대한 특정 기준을 포함하는 필요 또는 욕구를 반영하는 단순한 설계 문제를 정의합니다.
• 3-5-ETS1-2.각각이 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지에 따라 문제에 대한 여러 가능한 솔루션을 생성하고 비교합니다.
• 3-5-ETS1-3.개선할 수 있는 모델 또는 프로토타입의 측면을 식별하기 위해 변수를 제어하고 실패 지점을 고려하는 공정한 테스트를 계획하고 수행합니다. 

차세대 과학 표준 6-8학년(11-14세)

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• MS-ETS1-2 시스템 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가하여 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 확인합니다.

학교 수학의 원칙 및 표준(6~18세)

수 및 운영 표준

• 숫자, 숫자를 나타내는 방법, 숫자 간의 관계 및 숫자 체계를 이해합니다.
• 유창하게 계산하고 합리적인 견적을 내십시오.

측정 기준

• 대상의 측정 가능한 속성과 측정 단위, 시스템 및 프로세스를 이해합니다.
• 측정을 결정하기 위해 적절한 기술, 도구 및 공식을 적용합니다.

대표

• 표현을 만들고 사용하여 수학적 아이디어를 구성, 기록 및 전달합니다.
• 표현을 사용하여 물리적, 사회적, 수학적 현상을 모델링하고 해석합니다.

학교 수학에 대한 공통 핵심 주 표준: 내용(7-10세)

측정 및 데이터

• 측정 및 추정과 관련된 문제를 해결합니다.
• 수학.내용.3.MD.A.2그램(g), 킬로그램(kg), 리터(l)의 표준 단위를 사용하여 물체의 액체 부피와 질량을 측정하고 추정합니다.1 더하기, 빼기, 곱하기 또는 나누기 문제를 나타내기 위해 그림(예: 측정 눈금이 있는 비커)을 사용하여 동일한 단위로 제공됩니다.2

 기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

• 표준 1: 학생들은 기술의 특성과 범위에 대한 이해를 발전시킵니다.
• 표준 2: 학생들은 기술의 핵심 개념에 대한 이해를 발전시킵니다.
• 표준 3: 학생들은 기술 간의 관계 및 기술과 다른 연구 분야 간의 연결에 대한 이해를 개발합니다.

디자인

• 표준 9: 학생들은 엔지니어링 설계에 대한 이해를 발전시킵니다.
• 표준 10: 학생들은 문제 해결에서 문제 해결, 연구 및 개발, 발명과 혁신, 실험의 역할에 대한 이해를 개발합니다.

기술 세계를 위한 능력

• 표준 12: 학생들은 기술 제품 및 시스템을 사용하고 유지하는 능력을 개발합니다.
• 표준 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.

디자인된 세계

표준 19: 학생들은 제조 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.

귀하는 일련의 XNUMX개 상자 또는 항아리에 구슬 또는 기타 품목의 일관된 무게 또는 개수를 전달하기 위해 제조 시스템을 설계하고 구축해야 하는 과제를 받은 제조 엔지니어 팀입니다.

연구/준비 단계

1. 학생 참조 시트를 검토하십시오. 가능하면 가상 제조 웹사이트를 방문하십시오.

팀으로 계획하기

2. 당신의 팀은 나무 은못, 플라스틱 그릇 또는 종이컵, 철사, 테이프, 끈, XNUMX개의 통조림 병 또는 작은 빈 상자를 포함하여 교사로부터 몇 가지 재료를 제공받았습니다. 또한 구슬, 클립 또는 교사가 선택한 기타 항목일 수 있는 많은 양의 "제품"이 있습니다. 당신의 임무는 정해진 양의 제품을 계량하여 XNUMX개의 병이나 상자에 배달하는 제조 시스템을 설계하는 것입니다. 무게나 개수가 목표에 맞는지, 그리고 네 가지 패키지 간에 일관성이 있는지 확인해야 합니다.
3. 팀과 만나 시스템 설계에 동의하는 것으로 시작하십시오. 창의적이고 과정을 즐기십시오!
4. 제조 시스템을 사용하여 XNUMX개의 병/상자 간에 발생할 것으로 예상되는 개수 차이를 추정합니다. 이 XNUMX개의 패키지 간에 허용되거나 예상되는 중량 또는 개수의 차이는 무엇입니까?
5. 아래 상자에(또는 별도의 종이에) 계획을 쓰거나 그리십시오.

건설 단계

5. 제조 시스템을 구축하십시오.
6. 다른 학급 팀이 만든 시스템을 살펴보세요.
7. 시스템을 실행하고 XNUMX개의 제품을 "패키지"하십시오. 선생님은 시스템이 얼마나 잘 작동하는지 확인할 수 있도록 팀의 각 패키지를 무게를 측정합니다.
8. 팀의 결과를 평가하고, 평가 워크시트를 완성하고, 결과를 학급에 발표합니다.

이 워크시트를 사용하여 Build Big Wheel 단원에서 팀의 결과를 평가하십시오.

1. 제조 시스템 구축에 성공했습니까? 그렇지 않다면 왜 실패했습니까?

2. 실제로 시스템을 구축할 때 작성한 디자인을 변경해야 했습니까? 그렇다면 구축 단계에서 시스템의 어떤 부분이 가장 많이 변경되었습니까?

3. 일하는 엔지니어들이 제조 과정에서 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?

4. XNUMX개의 "패키지" 사이의 실제 무게 또는 개수는 어떻게 달라졌습니까? 이 결과는 사전 프로덕션 추정치와 어떻게 비교되었습니까?

5. 이 과정에서 어떤 부분이 가장 즐거웠나요? 왜요?

6. 다른 팀의 작업에서 구현된 아이디어 중 가장 독창적이라고 생각한 아이디어는 무엇입니까? 왜요?

7. 프로젝트 목표를 충족하는 많은 디자인이 교실에 있다는 것을 발견하셨습니까? 이것은 엔지니어링 계획에 대해 무엇을 알려줍니까?

8. 팀으로 일하는 것이 이 프로젝트를 더 성공적으로 만들었다는 것을 알았습니까? 그렇지 않다면 그 이유는 무엇입니까? 그렇다면 설명하십시오.

9. 실제 제조 환경에서 "패키지" 디자인(상자, 항아리 또는 가방)이 제품 개발 이전, 이후, 또는 동시에 개발된다고 생각하십니까? 무엇이 당신에게 가장 의미가 있습니까? 왜요?