인터랙티브 검볼 머신

빌드 재료(팀별)

활동 2 및 3에 필요한 재료(가능성 표)

• 골판지 상자  
• 2리터 플라스틱 병  
• 종이컵  
• 아이스 스틱  
• 은못 
• 꼬치  
• 클레이  
• 파이프 클리너  
• 가위  
• 고무 밴드 
• 끈  
• 종이 클립  
• 바인더 클립  
• 카드 스톡 및/또는 파일 폴더  
• 판지 조각(몇 개의 상자를 다른 크기의 조각으로 자릅니다)  
• 마스킹 테이프  
• 6' 튜빙(길이 방향으로 반으로 자른 파이프 단열재) – 팀당 1개  
• Xacto 칼(교사용)   

시험 재료

• 검볼(또는 학교에서 껌을 허용하지 않는 경우 검볼을 나타내는 구슬)
• 종이컵
• 휴지바구니(어린학생용)

1. 수업을 3-4명의 팀으로 나눕니다.
2. Interactive Gumball Machine 워크시트와 스케치 디자인을 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
   • 활동 1: 검볼 기계의 역사를 읽고 주요 설계 과제를 주도적으로 논의합니다. 학생들에게 이전에 어떤 종류의 자동 판매기를 보았고 학교나 마을/도시에 어떤 종류의 자동 판매기를 갖고 싶은지 물어보십시오.
   • 활동 2: 검볼 슬라이드 – 학생들에게 검볼 슬라이드를 만들 때 중력과 에너지를 탐구할 것이라고 설명합니다.
   • 활동 3: 검볼 기계 – 대화형 또는 상호 작용이 의미하는 바에 대해 토론하는 시간을 갖습니다. 학생들에게 그것을 정의하게 한 다음 몇 가지 예를 들어보라고 합니다.
     • 상호 작용 - 둘 이상의 개체가 서로 영향을 미칠 때 발생하는 일종의 행동입니다.
     • 상호 작용 - 서로 작용합니다.
       • 예: 비디오 게임 - 사용자와 게임 간의 상호 작용. 게임을 진행하려면 사용자가 참여해야 하기 때문에 대화형입니다.
     • 학생들이 검볼 기계가 어떻게 상호 작용할 것인지 생각하게 하려면 아래 사진을 보여줄 수 있습니다. (이미지 가져오기)
4. 각 활동에 대한 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
5. 각 팀에 자료를 제공합니다.
6. 학생들은 3가지 활동을 완료해야 한다고 설명합니다.
   • 활동 1: 검볼 기계의 역사를 배웁니다.
   • 활동 2: 검볼 슬라이드를 디자인하고 만듭니다.
   • 활동 3: 대화형 검볼 기계를 설계하고 구축합니다.
7. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다.
   • 활동 1: 검볼 기계의 역사(1/2시간).
   • 활동 2: 검볼 슬라이드(1시간).
   • 활동 3: 대화형 검볼 기계(1-2시간).
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 활동 2: 검볼 슬라이드를 만나 계획을 세웁니다.
10. 팀은 검볼 슬라이드를 만듭니다.
11. 각 팀은 슬라이드 상단에 대리석을 놓고 컵에 굴려가며 슬라이드 디자인을 테스트합니다. 학생들은 컵을 놓을 위치를 결정할 수 있습니다. 학생들은 구슬이 트랙에 남아 있었고 컵에 떨어졌는지 기록해야 합니다.
12. 다음 질문을 사용하여 학급 토론을 합니다.
    • 검볼이 슬라이드 아래로 움직이기 시작하는 이유는 무엇입니까? (중력)
    • 당신이 그것을 놓기 전에 검볼은 어떤 종류의 에너지를 가지고 있습니까? (잠재력)
    • 검볼을 놓은 후에는 어떤 에너지를 가집니까? (운동 에너지)
    • 가장 많은 양의 잠재적 에너지를 어디에서 찾을 수 있습니까? 왜요? (슬라이드의 상단, 슬라이드의 가장 높은 지점이기 때문에 PE=mgh)
    • 운동 에너지의 가장 큰 양은 어디에서 찾을 수 있습니까? 왜요? (슬라이드 하단, 검볼이 그곳에서 가장 빠르게 움직이기 때문에 KE=1/2mv2 )
    • 검볼이 작동합니까? 왜요? (예, 그것에 작용하는 힘이 있고 슬라이드 아래로 거리를 이동합니다. W= fd)
    • 어떻게 검볼이 슬라이드 아래로 더 빨리 내려가게 했습니까? (슬라이드의 기울기나 길이 또는 둘 다를 늘립니다.)
    • 검볼이 그 안에 떨어지도록 컵을 어디에 둘 것입니까? (팀마다 다릅니다.)
    • 왜 검볼이 계속되고 싶어합니까? (기세)
    • 검볼을 어떻게 느리게 할 수 있습니까? (마찰 도입)
13. 학생들은 활동 3: 대화형 검볼 기계를 만나 계획을 세웁니다.
14. 팀은 대화형 검볼 기계를 만듭니다.
15. 각 팀은 검볼을 기계의 시작 지점에 놓고 컵에 떨어질 때까지 트랙을 따라가며 검볼 기계 설계를 테스트합니다. 학생들은 대화형 요소와 루프가 어떻게 작동하는지 보여주어야 합니다. 학생들은 검볼이 시작 지점에서 컵까지 이동하는 데 걸리는 시간을 기록해야 합니다. 어린 학생들의 경우 컵 대신 휴지 바구니를 사용하여 검볼을 잡습니다.
16. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
17. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 무엇이 잘 되었습니까?
2. 뭐가 잘 안됐어?
3. 대화형 검볼 기계에서 가장 좋아하는 요소는 무엇입니까?
4. 다시 디자인할 시간이 생긴다면 어떤 변화를 주고 싶으신가요?

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.

• 가속도: 물체의 속도가 변하는 속도. 물체가 속도나 방향을 바꾸면 가속하고 있는 것입니다. 물체는 속도를 변경하는 경우 가속하고 있습니다(둘 다 속도가 빨라지거나 느려지는 경우). 
• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
• 에너지: 일을 할 수 있는 능력. 운동을 일으키기 위해 힘(밀거나 당기는 것)을 사용할 때 일을 합니다.  
• 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.
• 힘: 물체와 다른 물체의 상호 작용으로 인해 물체를 밀거나 당기는 것.  
• 마찰: 물체의 운동에 저항하는 힘.
• 중력: 물체가 지구의 중심을 향해 떨어지는 경향이 있는 인력.  
• 상호 작용: 둘 이상의 개체가 서로 영향을 미칠 때 발생하는 일종의 동작입니다.  
• 대화형: 서로 행동합니다. 
• 운동 에너지: 운동 에너지. 움직이는 모든 물체에는 운동 에너지가 있습니다. 운동 에너지의 양은 물체의 질량과 속도에 따라 달라집니다. 운동 에너지 공식은 KE=1/2mv2 입니다. [m = 물체의 질량, v = 물체의 속도]
• 반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 질량: 몸에 있는 물질의 양.  
• 모션: 기준 프레임에서 특정 관찰자가 측정한 시간에 대한 신체의 위치 변화. 
• 위치 에너지: 위치 에너지. 위치 에너지의 양은 물체의 질량과 높이에 따라 다릅니다. 위치 에너지 공식은 PE=mgh입니다. [m = 물체의 질량, g = 중력 가속도(9.8m/s2), h = 물체의 높이]  
• 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
• 속도: 물체가 움직이는 속도.  
• 속도: 물체의 위치가 변하는 속도. 운동량: 움직이는 질량. 운동량의 양은 물체가 움직이는 양과 물체가 움직이는 속도에 따라 다릅니다. 
• 무게: 지구의 중력이 몸에 미치는 힘.  
• 일: 물체에 작용하여 거리를 가로질러 이동시키는 힘. 일의 공식은 W = fd입니다. [f= 물체에 가해진 힘, d = 물체의 변위].

추천 도서

• 자동 판매기: 미국 사회 역사(ISBN: 978-0786413690) 자동 판매기(ISBN: 978-0981960012)

쓰기 활동 

• 학생들에게 검볼 기계의 "일생의 하루"에 대한 짧은 이야기를 쓰게 하십시오. 검볼 기계는 누구를 만나고 무슨 일이 일어납니까? 검볼 기계는 검볼을 얻는 아이들의 삶을 어떻게 변화시키나요?  
• 학생들은 더 많은 고객을 장난감 가게로 끌어들이기 위해 광고를 만들 수도 있습니다. 광고에 대화형 검볼 기계가 포함되어야 합니다. 왜 아이들은 이 장난감 가게에 와야 합니까? 대화형 검볼 기계가 꼭 방문해야 하는 이유는 무엇입니까?

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 
• 과학적 탐구에 대한 이해 

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 빛, 열, 전기 및 자기 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술 

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학 기술에 대한 이해 

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.

• 물질의 성질과 성질의 변화 
• 에너지 전달 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학 기술에 대한 이해 

차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)

물질과 그 상호작용 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 2-PS1-2. 다양한 재료를 테스트하여 얻은 데이터를 분석하여 의도한 목적에 가장 적합한 특성을 가진 재료를 결정합니다.
• 5-PS1-3. 특성을 기반으로 재료를 식별하기 위해 관찰 및 측정 수행

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

디자인

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

• 아랍어
• 중국어
• 프랑스어
• 독일 사람
• 일본제
• 포르투갈어
• 러시아인
• 스페인어