폭발!

디자인 도전

당신은 같은 반의 다른 학생 팀과 비교하여 모형 로켓 발사기를 만들고 로켓을 가장 높고 똑바로 올라갈 수 있는 로켓을 설계 및 제작해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀의 일원입니다.

기준 

• 가장 높고 곧게 올라가도록 설계되었습니다.

제약

• 제공된 키트 재료만 사용

1. 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
2. Blast Off 워크시트와 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오. 
3. 학생들에게 NASA 초급 로켓 안내서(www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/) 온라인 로켓 시뮬레이터를 확인하십시오. 학생들에게 로켓이 어떻게 날 수 있다고 생각하는지, 그리고 엔지니어가 새로운 또는 재설계된 로켓 설계를 개발할 때 탑재하중, 날씨, 로켓의 모양과 무게를 어떻게 고려해야 하는지 묻는 것을 고려해 보십시오.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 키트 재료를 검토합니다. 
5. 학생들에게 브레인스토밍을 시작하고 로켓이 완성되었을 때 어떻게 보일지에 대한 자세한 다이어그램을 스케치하도록 지시하십시오. 그들은 또한 로켓 발사기를 만들기 위해 어떻게 협력할지 논의할 것입니다. 그들은 로켓이 얼마나 높이 날아갈 것이라고 생각하는지 추정해야 합니다. 그들은 로켓이 더 높고 곧게 갈 수 있도록 설계에서 무엇을 할 수 있는지 생각해야 합니다. 
6. 각 팀에 키트를 제공합니다.
7. 학생들은 제공된 키트를 사용하여 로켓과 로켓 발사기를 만들어야 한다고 설명합니다. 
8. 건설해야 하는 시간을 발표합니다(1시간 권장). 
9. 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. 
10. 팀은 로켓 발사기를 만듭니다. 
11. 로켓 발사기 키트의 발사 지침에 따라 로켓을 테스트하십시오.
12. 팀은 자신과 다른 팀의 로켓 비행 패턴을 관찰하고 문서화해야 합니다.
13. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
14. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

확장 활동

더 나이가 많거나 고급 학생들에게 이 수업의 일부로 가속도를 측정하고 중력 토론을 통합하기 위해 고도계를 사용하게 합니다.

어린 학생들

어린 학생들을 위해 TryEngineering.org는 "Water Rocket Launch"라는 수압 로켓 수업을 제공합니다. 

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 로켓이 도달할 것으로 예상한 높이는 실제 예상 높이와 어떻게 비교되었습니까? 
2. 달성한 키에 차이가 발생한 원인은 무엇이라고 생각합니까? 
3. 로켓이 똑바로 발사되었습니까? 그렇지 않다면 왜 그것이 방향에서 벗어났다고 생각합니까? 
4. 이 활동이 팀으로 하는 것이 더 보람이 있다고 생각합니까, 아니면 혼자 하는 것이 더 낫습니까? 왜요? 
5. 모델 로켓을 전혀 조정 했습니까? 어떻게? 이것이 결과에 도움이 되었습니까 아니면 방해가 되었습니까?
6. 로켓이 무중력 대기에서 발사되었다면 로켓이 어떻게 다르게 행동했을 것이라고 생각합니까?
7. 엔지니어가 실제 로켓을 발사할 때 어떤 안전 조치를 고려한다고 생각합니까? 답변의 일부로 대부분의 출시 사이트 위치를 고려하십시오.
8. 엔지니어가 화물 외에 사람을 실을 수 있는 로켓을 설계할 때 로켓이 구조 설계, 기능 및 풍모?
9. 로켓 디자인이 향후 XNUMX년 동안 크게 바뀔 것이라고 생각하십니까? 어떻게?
10. 연료의 공간/무게 대 화물의 무게를 고려할 때 엔지니어는 어떤 절충을 해야 합니까?

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.

• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
• 엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. 엔지니어링 분야에서 XNUMX개의 주요 전문 분야가 인정됩니다(인포그래픽을 보다).
• 엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다. 
• EHM(Engineering Habits of Mind): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 고유한 방식.
• 반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 탑재량: 차량, 항공기 또는 우주선에 의해 운반되는 물품의 양.
• 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
• 로켓(Rocket): 뒤쪽의 엔진에서 방출되는 뜨거운 가스에 의해 구동되는 튜브 모양의 비행 장치.

인터넷 연결

로켓 역사의 타임라인
로켓에 대한 NASA 초보자 가이드  
Virgin Galactic 인간 우주 비행
NASA Parker 태양 탐사선

추천 도서

제조사: 로켓: 실용적인 로켓 과학(ISBN: 978-1457182921)
모형 로켓 핸드북(ISBN: 978-0471472421)
"로켓의 화보 역사"(https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/rockets-guide-20-history.pdf)

쓰기 활동 

평화로운 시기에 사회를 돕기 위해 로켓이 사용될 수 있는 예를 설명하는 에세이나 단락을 작성하십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

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

• 미국 과학 교육 표준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• 미국 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/) 
• 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• 미국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• 수학에 대한 미국 공통 핵심 주 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 9-12학년(14-18세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 필요한 능력 

내용 표준 B: 물리학 

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 화학 반응 
• 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 

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 인간의 노력으로서의 과학 
• 과학적 지식의 본질 
• 역사적 관점 

차세대 과학 표준 – 6-8학년(11-14세)

물질과 그 상호작용

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• MS-PS1-6. 화학 공정에 의해 열 에너지를 방출하거나 흡수하는 장치를 구성, 테스트 및 수정하는 설계 프로젝트를 수행합니다.

공학 설계 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• MS-ETS1-1. 가능한 솔루션을 제한할 수 있는 관련 과학적 원칙과 사람과 자연 환경에 대한 잠재적 영향을 고려하여 성공적인 솔루션을 보장하기에 충분한 정밀도로 설계 문제의 기준 및 제약 조건을 정의합니다.
• MS-ETS1-2. 문제의 기준과 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 결정하기 위해 체계적인 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가합니다.

차세대 과학 표준 – 9-12학년(14-18세)

• HS-ETS1-4. 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 문제와 관련된 시스템 내부 및 시스템 간의 상호 작용에 대한 수많은 기준과 제약이 있는 복잡한 실제 문제에 대해 제안된 솔루션의 영향을 모델링합니다.

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

• 표준 1: 학생들은 기술의 특성과 범위에 대한 이해를 발전시킵니다.

기술과 사회

• 표준 6: 학생들은 기술 개발 및 사용에서 사회의 역할에 대한 이해를 개발합니다.
• 표준 7: 학생들은 역사에 대한 기술의 영향에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.

디자인

• 표준 8: 학생들은 디자인의 속성에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.
• 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 11: 학생들은 디자인 프로세스를 적용하는 능력을 개발할 것입니다.

• 학생과 담당 교사는 로켓 제조사의 지침을 주의 깊게 읽고 따라야 합니다.
• 로켓 발사를 감독한 적이 없는 교사는 첫 발사를 감독한 교사와 팀을 구성할 수 있습니다.
• 학교의 안전 정책을 따르십시오.
• 물론 출시는 외부에서만 수행할 수 있습니다.
• 로켓 발사에 적극적으로 참여하지 않는 학생과 다른 사람들은 뒤로 물러나야 합니다. 250피트는 안전한 수치입니다.
• 발사팀의 모든 구성원은 보안경을 착용해야 합니다.
• 예시된 유형의 로켓은 약 20피트 길이의 한 쌍의 전선에 의해 전기적으로 점화됩니다. 발사팀은 자동차나 기타 보호 장벽 뒤에 서 있어야 합니다. 필요한 경우 차 안에 앉을 수도 있습니다.
• 로켓 발사 키트의 대안은 풋 펌프를 사용하고 공기 로켓을 발사하는 것입니다(빈 소다병 또는 로켓용 다른 용기 사용).