Clipper Creations - IEEE에서 제공하는 TryEngineering.org

클리퍼 창작물

이 과에서 학생들은 단순 기계에 대해 배웁니다. 학생들은 손톱깎이의 실제 모델을 디자인하고 제작합니다.

엔지니어링 설계의 기본 원리를 탐색합니다.
단순 기계 모델을 구축하는 방법을 배웁니다.
손톱깎이와 같은 간단한 기계가 어떻게 작동하는지 알아보세요.

연령 수준 : 8-18

재료 및 준비

건축 자재

필수 자료

폼 보드 시트
스카치 테이프
아교
이쑤시게
박스 커터

모델 구성 요소

하단 클리퍼 보드
톱 클리퍼 보드
클리퍼를 작동하는 핸드 레버
샤프트 역할을 하는 연필의 일부
클리퍼 보드가 결합되는 끝 부분용 폼 보드 쐐기(선생님이 미리 절단)
핸드 레버용 두 배 두께 지렛대
8개의 클리퍼 엣지(실제 클리퍼의 커팅 엣지를 나타냄)
연필 자루의 끝을 형성하는 10개의 이쑤시개

미리 교사는 아래 그림에 따라 폼 보드를 잘라 학생들에게 미리 잘라낸 모양을 제공해야 합니다. 그런 다음 학생들은 작은 부품을 접착제로 제공된 큰 부품으로 조립합니다. 접착제가 마르도록 두십시오. 다음 날 또는 수업 시간에 학생들은 아래쪽 및 위쪽 클리퍼 보드의 가장자리 끝에 테이프로 클리퍼 모델을 조립해야 합니다. 연필의 구멍을 통해 이쑤시개를 밀어 넣거나 연필에 테이프로 붙입니다.

시험 재료 및 공정

소스

손톱깎이 모델

방법

학생들은 손톱깎이 모델을 조작하여 손톱깎이를 시뮬레이션하여 테스트합니다.

엔지니어링 디자인 챌린지

디자인 도전

당신은 제공된 재료를 사용하여 손톱깎이 세트의 작업 모델을 구축해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다. 모델을 완성했으면 디자인을 테스트하여 손톱 자르기를 시뮬레이션하십시오.

다음으로, 간단한 기계를 사용하여 책을 만지지 않고 교실 한쪽에서 다른 쪽으로 전화번호부를 옮기는 계획을 세우는 도전을 받게 됩니다. 솔루션에 최소한 하나의 단순 기계를 사용해야 하지만 원하는 만큼 사용할 수 있습니다.

기준

학생용 워크시트에 설명된 지침에 따라 모델을 구축합니다.

제약

제공된 재료만 사용

활동 지침 및 절차

2명의 팀으로 수업을 나눕니다.
Clipper Creations 워크시트를 나눠주세요.
배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다. "지레"에주의를 기울여 심플 머신의 유형을 강조 표시하십시오. 학생들에게 손톱깎이 모델을 조립하기 위한 지침으로 학생용 워크시트를 사용하도록 지시합니다.
엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
각 팀에 자료를 제공합니다.
학생들은 손톱깎이 세트의 실제 모델을 만들어야 한다고 설명합니다.
건설해야 하는 시간을 발표합니다(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 학생용 워크시트에 표시된 지침과 다이어그램을 사용하여 모델을 만나고 조립합니다.
팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
팀은 손톱깎이가 손톱을 자르는 방법을 시뮬레이션하여 디자인을 테스트합니다.
모델 구축을 완료한 후 학생 팀에게 책을 만지지 않고 전화번호부를 교실 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 수 있는 간단한 기계를 사용하여 계획을 고안하도록 지시합니다. 그들은 솔루션에 최소한 하나의 단순 기계를 사용해야 하지만… 원하는 만큼 많이 사용할 수 있습니다. 그들은 계획을 스케치해야 합니다.
학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

설계에서 가장 효과적인 부분은 무엇이었습니까? 계획대로 작동한 부분은 무엇입니까?
설계에서 가장 덜 효과적인 부분은 무엇이었습니까? 가장 문제를 일으키거나 계획한 대로 작동하지 않는 부분은 무엇입니까?
원래 계획을 다시 실행할 수 있다면 무엇을 바꾸시겠습니까?
최고의 제품이나 프로세스를 만들기 위해 엔지니어가 설계하고 재설계하고 재설계해야 한다고 생각하십니까? 시간이 지남에 따라 변경된 제품 또는 프로세스(예: 전화 또는 비행기)의 예를 제공하십시오.

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.

엔지니어링 설계 프로세스

배경 개념

교사 리소스

간단한 기계

그것이 무엇인가

도움이 되는 방법 미국 작업

사용 예

지렛대

받침점이라고 하는 지지대에 있는 뻣뻣한 막대

짐을 들어 올리거나 움직입니다.

손톱 깎기, 삽, 호두까기 인형, 시소, 지렛대, 팔꿈치, 족집게, 병따개

경사면

낮은 레벨과 높은 레벨을 연결하는 경사면

상황이 위아래로 움직입니다.

미끄럼틀, 계단, 경사로, 에스컬레이터, 슬로프

윤축

축이라고 하는 막대가 있는 바퀴가 중심을 관통하여 두 부분이 함께 움직입니다.

짐을 들어 올리거나 움직입니다.

문고리, 연필깎이, 자전거

고패

주위에 로프 또는 케이블이 있는 홈이 있는 휠

물건을 위, 아래 또는 가로질러 움직입니다.

커튼봉, 견인차, 미니블라인드, 깃대, 기중기

일반적으로 기계는 물체를 움직이는 데 필요한 힘의 양을 줄이기 위한 것입니다. 그러나 그 과정에서 거리가 늘어납니다. 휠체어 경사로는 이러한 관계의 예를 쉽게 시각화할 수 있습니다. 노력의 양과 힘은 감소하지만(힘) 실제 거리가 크게 증가합니다. 따라서 실제 작업량은 동일합니다. 기계의 일반적인 용도는 노력이나 힘을 줄이는 것이지만 이점이 없는 기계의 중요한 용도가 있습니다. 즉, 힘이 감소되지 않거나 실제로 이점이 감소하는 경우, 즉 힘이 증가합니다. 이점을 제공하지 않는 기계의 가장 좋은 예는 단순하거나 단일 도르래입니다. 단일 도르래는 힘의 방향만 변경합니다. 커튼 풀이 그 예입니다.

손톱깎이가 레버의 한 예입니다. 이발기의 손잡이에 가해지는 힘은 이발기의 날을 압축하여 날이 손톱에 닿아 손톱을 다듬습니다. 손톱깎이에서 받침점은 손톱깎이의 두 부분 사이의 피벗 조인트입니다.

심플머신 소개

단순 기계는 대부분 움직이는 부품이 하나만 있기 때문에 "단순"합니다. 간단한 기계를 모으면 잔디 깎는 기계, 자동차, 전기 코털 트리머와 같은 복잡한 기계가 됩니다! 기계는 작업을 더 쉽게 해주는 모든 장치라는 것을 기억하십시오. 과학에서 "일"은 무언가를 움직이게 하는 것을 의미합니다. 단순 기계를 사용할 때 실제로 동일한 양의 작업을 수행하고 있다는 사실을 아는 것이 중요합니다. 단순한 기계는 무언가를 옮기는 데 필요한 노력의 양을 줄여주지만 동일한 양의 작업을 수행하기 위해 더 먼 거리를 이동하게 됩니다. 따라서 단순 기계를 사용할 때 에너지 절충이 있음을 기억하십시오.

심플 머신의 종류

모든 기계 기계의 기초를 형성하는 네 가지 유형의 단순 기계가 있습니다.

지레

땅에서 정말 완고한 잡초를 뽑아보십시오. 맨손으로만 사용하면 힘들거나 고통스러울 수 있습니다. 그러나 삽과 같은 도구로 전투에서 승리해야 합니다. 느슨한 것을 들어 올리는 모든 도구는 레버입니다. 지레는 "받침점"(또는 점)에 대해 "피벗"(또는 회전)하는 암입니다. 못을 느슨하게 하는 데 사용하는 망치의 발톱 끝을 생각해 보십시오. 레버입니다. 그것은 표면의 한 지점에 기대어 있는 구부러진 팔입니다. 구부러진 팔을 회전시키면 손톱이 표면에서 느슨해집니다. 그리고 그것은 힘든 일입니다! 레버에는 세 가지 종류가 있습니다.

퍼스트 클래스 레버 – 받침점이 포스 암과 레버 암 사이에 있을 때 레버는 퍼스트 클래스 레버로 설명됩니다. 사실 우리 중 많은 사람들이 이러한 유형의 레버에 익숙합니다. 이것은 고전적인 예를 들면 손톱깎이입니다.
XNUMX종 레버 – XNUMX종 레버에서 로드 암은 받침점과 포스 암 사이에 있습니다. 이러한 유형의 레버의 좋은 예는 수레입니다.
XNUMX등급 레버 – 이 등급의 레버에서 포스 암은 받침점과 로드 암 사이에 있습니다. 이러한 배열 때문에 하중을 이동시키는 데 비교적 큰 힘이 필요합니다. 이것은 포스 암의 비교적 작은 움직임으로 장거리에 걸쳐 부하의 움직임을 생성할 수 있다는 사실에 의해 상쇄됩니다. 낚싯대를 생각하십시오!

경사 평면

평면은 평평한 표면입니다. 예를 들어, 매끄러운 보드는 평면입니다. 이제 비행기가 지면에 평평하게 놓여 있으면 작업에 도움이 되지 않을 것입니다. 그러나 그 평면이 기울어지거나 기울어지면 물체를 멀리 옮기는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고, 그것은 일입니다! 일반적인 경사면은 경사로입니다. 간단한 기계인 경사로 위로 상자를 밀어 넣으면 무거운 상자를 하역장으로 들어 올리는 것이 훨씬 쉽습니다.

쐐기

경사면의 매끄러운 면을 사용하는 대신 뾰족한 모서리를 사용하여 다른 종류의 작업을 수행할 수도 있습니다. 예를 들어 모서리를 사용하여 물건을 밀어낼 수 있습니다. 그런 다음 경사면은 쐐기입니다. 따라서 쐐기는 실제로 일종의 경사면입니다. 도끼날은 쐐기입니다. 칼날의 가장자리를 생각하십시오. 매끄러운 경사면의 가장자리입니다. 그게 쐐기야!

나사

이제 경사면을 가져와 실린더에 감습니다. 날카로운 모서리는 또 다른 간단한 도구인 나사가 됩니다. 경사로 옆에 금속 나사를 놓으면 유사점을 찾기가 어렵지만 나사는 실제로 다른 종류의 경사면에 불과합니다. 나사가 작업에 어떻게 도움이 됩니까? 금속 나사를 돌릴 때마다 나무 공간을 통해 금속 조각을 이동할 수 있습니다.

윤축

바퀴는 차축이라고 하는 중앙 막대에 부착된 원형 디스크입니다. 자동차의 핸들은 바퀴와 차축입니다. 손을 대고 힘(토크)을 가하는 부분을 바퀴라고 하며 작은 축을 회전시킵니다. 드라이버는 바퀴와 차축의 또 다른 예입니다. 맨손으로 조이는 나사를 푸는 것은 불가능할 수 있습니다. 두꺼운 손잡이가 바퀴이고 금속 샤프트가 축입니다. 핸들이 클수록 나사를 돌리는 데 필요한 힘이 줄어듭니다.

고패

차축 대신 바퀴가 로프나 코드를 회전시킬 수도 있습니다. 바퀴와 차축의 이러한 변형이 도르래입니다. 도르래에서 코드는 바퀴를 감쌉니다. 바퀴가 회전하면 코드가 어느 방향으로든 움직입니다. 이제 코드에 후크를 부착하고 바퀴의 회전을 사용하여 물체를 올리거나 내릴 수 있습니다. 예를 들어, 깃대에서 로프는 도르래에 부착됩니다. 로프에는 일반적으로 두 개의 후크가 있습니다. 코드는 도르래를 중심으로 회전하고 깃발을 부착할 수 있는 고리를 내립니다. 그런 다음 코드를 돌리면 깃발이 기둥에서 높이 올라갑니다.

심화를 파

추천 도서

나무로 기계의 경이로움 만들기(ISBN: 978-1626548862)
Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson의 단순 기계를 사용한 과학 실험(과학 실험)(ISBN: 978-0531154458)

쓰기 활동

손톱깎이의 다른 디자인의 예를 확인하십시오. 디자인이 어떻게 다른지, 그리고 다른 디자인이 클리퍼의 기능에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 에세이(또는 연령에 따라 단락)를 작성하십시오.

커리큘럼 조정

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고 : 이 시리즈의 모든 수업 계획은 국가 과학 교육 기준 에 의해 생산된 국립 연구위원회 국가 과학 교사 협회(National Science Teachers Association)와 해당되는 경우 국제 기술 교육 협회(International Technology Education Association)의 기술 문해력 표준(Standards for Technological Literacy) 또는 전국 수학 교사 협의회(National Council of Mathematics' Principles and Standards for School Mathematics)의 승인을 받았습니다.

국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)

내용 표준 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

과학적 탐구에 필요한 능력
과학적 탐구에 대한 이해

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

기술 설계 능력

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

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
과학적 탐구에 대한 이해

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.

위험과 이점
사회의 과학 기술

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

인간의 노력으로서의 과학
과학의 역사

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

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.

개인 및 지역사회 건강
지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

과학적 지식의 본질
역사적 관점

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

표준 1: 학생들은 기술의 특성과 범위에 대한 이해를 발전시킵니다.

기술과 사회

표준 4: 학생들은 기술의 문화적, 사회적, 경제적, 정치적 효과에 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 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.

디자인된 세계

표준 17: 학생들은 정보 및 통신 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.

학생용 워크 시트

손톱깎이 모델 만들기

재료 목록

폼 보드
스카치 테이프
이쑤시개

모델의 부품

하단 클리퍼 보드
톱 클리퍼 보드
클리퍼를 작동하는 핸드 레버
샤프트 역할을 하는 연필의 일부
클리퍼 보드가 결합되는 끝 부분용 폼 보드 쐐기(선생님이 미리 자른 것)
핸드 레버용 두 배 두께 지렛대
8개의 클리퍼 엣지(실제 클리퍼의 커팅 엣지를 나타냄)
연필 자루의 끝을 형성하는 10개의 이쑤시개

명령

팀으로 작업하면서 다음 그림을 살펴보고 접착제가 제공되는 큰 부품에 작은 부품을 조립합니다. 접착제가 마르도록 두십시오. 다음으로, 클리퍼 모델을 하단 및 상단 클리퍼 보드의 가장자리 끝에 테이프로 조립합니다. 연필의 구멍을 통해 이쑤시개를 밀어 넣거나 연필에 테이프로 붙입니다. 클리퍼를 테스트하십시오!