체어 리프트 챌린지
이 수업은 스키어나 등산객이 산 정상에 오르는 방법을 고안하는 것과 같은 운송 공학의 고유한 과제에 중점을 둡니다. 학생들은 팀을 이루어 "계곡"의 바닥에서 "산"의 꼭대기까지 빨랫줄을 따라 또는 자신이 디자인한 의자에 탁구공을 운반할 수 있는 일상 용품에서 "체어 리프트"를 디자인합니다. 공이 빠지지 않는 와이어.
- 엔지니어링 설계 및 재설계에 대해 알아보십시오.
- 엔지니어링이 사회의 문제를 해결하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보십시오.
- 팀워크와 문제 해결에 대해 알아보세요.
연령 수준 : 8-18
빌드 재료(팀별)
필수 자료
- 탁구공 또는 슈퍼볼
옵션 재료(거래/가능성표)
- 끈 또는 실
- 파이프 클리너 또는 구부릴 수 있는 플로럴 와이어
- 빨대
- 종이 타월 튜브
- 종이 클립
- 도르래를 만들기 위한 도르래 또는 실 스풀
- 풍선
- 호일, 플라스틱 랩
시험 재료
- 학생 책상, 작은 테이블 또는 의자
- 덕트 테이프 또는 기타 강한 테이프
소스
- 학생 책상, 작은 테이블 또는 의자
- 덕트 테이프 또는 기타 강한 테이프
방법
팀은 체어 리프트의 바닥을 "골짜기"(바닥, 의자, 책상 또는 작은 테이블)에 부착하여 디자인을 테스트합니다. 그런 다음 체어 리프트의 상단을 "산"(의자, 책상 또는 작은 테이블)에 부착합니다.
하단과 상단 사이에 경사가 있는지 확인하십시오.
버몬트 중심부에 있는 Okemo Mountain Resort의 Sunburst Six 오렌지색 버블 체어 리프트의 좌석이 어떻게 가열되는지 알아보십시오. (동영상 2:59)
출처: NJ.com 유튜브 채널
이 투어에서는 Duncan Express의 드라이브 터미널(Doppelmayr Quad Detachable Chairlift)이 작동하는 기본 원리를 배우게 됩니다. (동영상 5:28)
디자인 도전
당신은 일상적인 재료로 체어 리프트를 설계하고 제작해야 하는 과제를 안고 있는 엔지니어 팀입니다. 체어 리프트는 탁구공을 계곡에서 산까지 로프/와이어 라인 위로 운반해야 하며 공이 의자에서 떨어지지 않고 산에서 계곡까지 다시 내려와야 합니다.
기준
- 체어 리프트는 공을 로프/와이어 라인 위로 운반해야 하며 공이 의자에서 떨어지지 않도록 다시 내려와야 합니다.
제약
- 제공된 재료만 사용할 수 있습니다.
- 사용하지 않은 재료는 다른 팀과 공유하거나 재료를 거래할 수 있습니다.
- 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
- 의자 리프트 만들기 워크시트와 디자인 스케치를 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
- 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
- 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 시간이 허락한다면 디자인 챌린지를 수행하기 전에 "실제 응용 프로그램"을 검토하십시오.
- 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시하기 전에 다음 사항을 고려하도록 요청하십시오.
– 공중 체어 리프트 작동 원리
– 체어 리프트가 운반해야 하는 무게
- 안전 설비 - 각 팀에 자료를 제공합니다.
- 학생들은 일상용품에서 체어 리프트를 개발해야 한다고 설명합니다. 체어 리프트는 탁구공을 계곡에서 산까지 로프/와이어 라인 위로 운반해야 하며 공이 의자에서 떨어지지 않고 산에서 계곡까지 다시 내려와야 합니다.
- 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
- 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.
- 학생들은 만나서 체어 리프트에 대한 계획을 세웁니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
- 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
- 체어 리프트의 바닥을 "골짜기"(바닥, 의자, 책상 또는 작은 테이블)에 부착하여 체어 리프트 디자인을 테스트합니다. 그런 다음 체어 리프트의 상단을 "산"(의자, 책상 또는 작은 테이블)에 부착합니다.
하단과 상단 사이에 경사가 있는지 확인하십시오. - 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
- 주제에 대한 자세한 내용은 "실제 응용 프로그램" 및 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.
변화
- 골프공을 리프트 위아래로 이동할 수 있는 의자를 디자인합니다. 그럼 테니스공… 야구…
- XNUMX개의 좌석이 있는 체어 리프트 설계(두 개의 공을 위아래로 운반)
- 한 좌석은 올라가고 다른 좌석은 내려가도록 해보세요.
학생 성찰(엔지니어링 노트)
- 원래 디자인이 팀이 만든 실제 체어 리프트와 얼마나 비슷했습니까?
- 구성 단계에서 변경이 필요하다고 판단되면 팀이 수정하기로 결정한 이유를 설명하십시오.
- 당신의 체어리프트는 탁구공이 당신이 디자인한 의자에서 떨어지지 않고 산을 오르내릴 수 있었습니까?
- 다른 팀이 개발한 체어리프트 시스템 중 가장 효과적이고 흥미로웠던 것은 무엇입니까? 왜요?
- 이 활동이 팀으로 하는 것이 더 보람이 있다고 생각합니까, 아니면 혼자 하는 것이 더 낫습니까? 왜요?
- 한 가지 추가 재료(테이프, 풀, 나무 막대기, 호일 등)를 사용할 수 있다면 무엇을 선택하고 그 이유는 무엇입니까?
시간 수정
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.
체어 리프트 란 무엇입니까?
고가 승객 로프웨이 또는 체어리프트는 일련의 의자를 운반하는 두 끝 터미널 사이와 일반적으로 중간 타워 위에 연결된 연속적으로 순환하는 강철 케이블 루프로 구성된 일종의 공중 리프트입니다. 그들은 스키장에서 광범위하게 사용되지만 놀이 공원에서도 볼 수 있습니다. 캐리어 크기와 적재 효율성에 따라 승객용 로프웨이는 시간당 최대 4000명을 이동할 수 있으며 가장 빠른 리프트는 최대 12m/s(26.8mph; 43.2km/h)의 작동 속도를 달성합니다.
공중 리프트
공중 리프트는 하나 이상의 케이블을 사용하여 캐빈, 자동차, 곤돌라 또는 개방형 의자를 지상으로 운반하는 점점 더 대중적인 운송 수단입니다. 이들은 지상 공간이 중요한 도시 환경에서 인기를 얻고 있습니다. 600여 년 전 중국에서는 공중 시스템을 사용하여 하천을 건너 사람과 물품을 이동했습니다. 1800년대에 광산업은 험난한 지형에서 광물을 운송하는 데 도움이 되도록 기술을 개선했습니다. 일부 도시에는 도시 교통을 지원하기 위해 공중 리프트가 설치되고 있습니다.
안전은 항상 체어 리프트에 대한 관심사입니다. 이것이 엔지니어가 리프트 바(승객이 잡을 수 있는 수평 바를 제공함) 및 케이블이 뒤로 이동할 수 없도록 잠금 장치를 포함하여 많은 안전 기능을 체어 리프트에 통합한 이유입니다.
체어리프트 상단에 있는 메커니즘을 통해 강철 로프가 수평으로 감아 빈 의자를 산 아래로 되돌려 보낼 수 있습니다.
- 공중 리프트
캐빈, 자동차, 곤돌라 또는 개방형 의자가 하나 이상의 케이블을 통해 지상으로 운반되는 운송 수단. - 케이블
일반적으로 공중 리프트에 사용되는 두꺼운 와이어 또는 비금속 섬유 로프. - 제약
재료, 시간, 팀 규모 등의 제한 - 기준
전체 크기 등 디자인이 만족해야 하는 조건 - 의자 리프트
승객용 승강기의 일종으로, 두 개의 끝 터미널 사이와 일반적으로 중간 타워 위에 연결된 연속적으로 순환하는 강철 케이블 루프로 구성되어 일련의 의자를 운반합니다. - 엔지니어
세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조). - 엔지니어링 설계 프로세스
프로세스 엔지니어는 문제를 해결하는 데 사용합니다. - 마음의 공학 습관(EHM)
엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 독특한 방식. - 되풀이
테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복). - 로딩 효율
체어 리프트가 라이더를 얼마나 빠르고 안전하게 태울 수 있는지. - 프로토 타입
테스트할 솔루션의 작업 모델입니다. - 안전 기능
엔지니어는 많은 안전 기능을 체어 리프트(리프트 바, 잠금 장치 등)에 통합합니다.
인터넷 연결
쓰기 활동
공중 리프트가 지상 교통 혼잡을 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 생각되는 환경이나 위치에 대한 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 K-4학년(4-9세)
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.
- 물체 및 재료의 속성
- 물체의 위치와 움직임
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.
- 환경의 변화
- 지역 문제의 과학 기술
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 인간의 노력으로서의 과학
국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)
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.
- 운동과 힘
- 에너지 전달
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
5-8학년 활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
- 사회의 과학 기술
국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)
내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 인구, 자원 및 환경
- 위험과 이점
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 과학의 역사
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.
- 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.
- 역사적 관점
차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)
운동과 안정성: 힘과 상호작용
이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.
- 3-PS2-1. 물체의 운동에 대한 균형 및 불균형 힘의 영향에 대한 증거를 제공하기 위해 조사를 계획하고 수행합니다.
에너지 산업 - 이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.
- 4-PS3-1. 물체의 속도와 그 물체의 에너지를 관련시키는 설명을 구성하기 위해 증거를 사용하십시오.
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.
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.
기술과 사회
- 표준 4: 학생들은 기술의 문화적, 사회적, 경제적, 정치적 효과에 대한 이해를 발전시킵니다.
- 표준 5: 학생들은 기술이 환경에 미치는 영향에 대한 이해를 발전시킵니다.
- 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.
- 표준 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.
디자인된 세계
- 표준 18: 학생들은 교통 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있게 됩니다.
체어 리프트 만들기
연구 및 기획
당신은 제공된 재료를 사용하여 탁구공을 산 위로(교실 바닥에서 책상이나 의자 꼭대기까지) 운반할 체어 리프트를 만드는 도전을 받은 엔지니어 팀의 일원입니다. 리프트는 공을 산 위로 운반해야 하고 공이 떨어지지 않고 뒤로 물러나야 합니다. 당신이 체어리프트와 공을 운반할 의자를 디자인하는 방법과 사용하는 재료는 당신에게 달려 있습니다!
설계 단계
자신만의 체어리프트와 의자를 디자인하고 제작할 수 있는 많은 재료가 제공되었습니다. 어떤 재료를 사용하고 싶은지 고려하고 아래 상자에 기재하십시오. 별도의 종이에 구축하려는 시스템의 다이어그램을 그립니다.
| 필요한 부품 :
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건설! 테스트!
다음으로 체어리프트를 만들고 테스트하십시오. 사용하지 않은 건축 자재를 다른 팀과 공유하고 자재를 교환할 수도 있습니다. 다른 팀이 무엇을 하고 있는지 확인하고 팀 계획에 개선이 될 수 있는 다양한 디자인의 측면을 고려하십시오.
제조 단계에서 디자인을 완전히 변경하기로 결정할 수 있으며 추가 재료를 요청하거나 빌드할 때 다른 솔루션을 시도할 수 있습니다.
반사
아래의 성찰 질문을 완료하십시오.
1) 당신의 원래 디자인은 당신의 팀이 만든 실제 체어 리프트와 얼마나 유사했습니까?
2) 구축 단계에서 변경이 필요하다고 판단되면 팀이 수정하기로 결정한 이유를 설명합니다.
3) 당신의 체어리프트는 당신이 디자인한 의자에서 탁구공이 떨어지지 않고 산을 오르내릴 수 있었습니까?
4) 다른 팀이 개발한 체어리프트 시스템 중 가장 효과적이고 흥미로웠던 것은 무엇입니까? 왜요?
5) 이 활동이 팀으로 하는 것이 더 보람이 있다고 생각합니까, 아니면 혼자 하는 것이 더 낫습니까? 왜요?
6) 한 가지 추가 재료(테이프, 풀, 나무 막대기, 호일 등)를 사용할 수 있다면 무엇을 선택하고 그 이유는 무엇입니까?
