시원한 상태로 유지해라

빌드 재료(팀별)

필수 자료

• 종이컵
• 온도계
• 알루미늄 호일
• 플라스틱 시트
• 구조
• 면봉
• 이끼
• 판지
• 빨대
• 종이 클립
• 바인더 클립
• 옷 핀
• 철사
• 끈
• 재활용 포장 폼
• 고무 밴드

시험 재료

• 물
• 얼음
• 더 큰 투수

소스

• 물
• 얼음
• 더 큰 투수

방법

큰 물병에 얼음과 함께 물을 식히고 그 물병에서 온도를 측정합니다. 각 팀의 컵에 동일한 양의 냉수(얼음 제외)를 부어 각 팀의 단열 시스템을 테스트합니다. 다음으로, 팀은 10시간 동안 1분마다 냉각수의 온도를 측정하고 결과를 차트로 표시합니다.

디자인 도전

당신은 한 컵의 차가운 물이 따뜻해지지 않도록 용기를 사용하여 단열 시스템을 구축해야 하는 과제를 안고 있는 엔지니어 팀의 일원입니다. 팀의 과제는 한 시간이 지난 후 냉수를 다른 팀의 장치보다 더 차갑게 유지하는 장치를 개발하는 것입니다. 온도계를 물에 매달고 한 시간 내내 온도를 읽을 수 있는 방법을 고안해야 합니다.

기준

• XNUMX시간 동안 물을 더 차갑게 유지해야 합니다.
• 온도계가 물에 매달리는 방식이어야 합니다.
• 10시간 동안 1분마다 체온을 측정합니다.

제약

• 10시간 동안 1분마다 체온을 측정합니다.

1. 수업을 2-3명의 팀으로 나눕니다.
2. Keep it Cool 워크시트와 디자인 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다. 보온병이 점심을 따뜻하게 유지하는 데 어떻게 도움이 되는지 학생들에게 물어보십시오.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
5. 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시합니다.
6. 각 팀에 자료를 제공합니다.
7. 학생들은 1시간 동안 물을 최대한 차갑게 유지하는 컵을 사용하여 단열 시스템을 설계하고 구축해야 한다고 설명합니다. 디자인은 온도계가 온도를 볼 수 있는 컵에 매달 수 있도록 해야 합니다. 팀은 10시간 동안 1분마다 체온을 측정합니다.
8. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(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. 학생들은 만나서 단열 시스템에 대한 계획을 수립합니다. 필요한 재료에 대해 동의하고, 계획을 작성/그리며, 수업에 계획을 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
11. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
12. 학생들에게 10시간 동안 1분마다 체온을 측정하도록 지시합니다. 다음으로, 판독값을 차트로 표시해야 합니다.
13. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
14. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 귀하의 원래 디자인은 귀하가 만든 실제 단열 컵과 얼마나 유사했습니까? 무엇이 바뀌었습니까? 왜요?
2. 당신의 팀의 온도 편차는 다른 클래스와 어떻게 비교되었습니까?
3. 이 프로젝트를 다시 할 수 있는 기회가 있었다면 당신의 팀은 무엇을 다르게 했을까요?
4. 그래프가 장치의 온도 변화율에 대해 무엇을 말했습니까?
5. 제공되지 않은 추가 구성 요소 재료를 사용할 수 있다면 무엇을 선택하고 그 이유는 무엇입니까?
6. 당신의 팀은 당신의 디자인에 진공 플라스크에 대해 배운 것을 활용했습니까? 그렇다면 어떻게, 그리고 그것이 변화를 가져왔다고 생각했습니까?
7. 다른 팀 디자인의 어떤 측면이 가장 혁신적이라고 생각했습니까? 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.

• 전도: 물질 입자의 직접 접촉에 의한 열 전달.
• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
• 대류: 유체 내에서 분자의 움직임으로 인한 열 에너지의 전달.
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
• 엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
• 엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다. 
• EHM(Engineering Habits of Mind): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 고유한 방식.
• 열 전달: 열은 전도, 대류 및 복사의 세 가지 방식으로 전달할 수 있습니다.
• 단열재: 진공 플라스크에서 시원한 항목을 차갑게 유지하고 뜨거운 항목을 뜨거운 상태로 유지하는 데 사용됩니다.
• 반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
• 복사: 빈 공간을 통한 열 에너지 전달.
• 진공 플라스크: 금속, 유리 또는 플라스틱으로 만든 병으로 벽이 속이 비어 있습니다. 내벽과 외벽 사이의 좁은 영역은 공기를 빼내어 진공 상태입니다. 절연체로 진공을 사용하면 두 벽 사이의 전도 또는 대류에 의한 열 전달을 피할 수 있습니다.

인터넷 연결

• 보온병 작동 원리

추천 도서

• Schaum의 열전달 개요(ISBN: 978-0070502079)
• 1001 세상을 바꾼 발명품 (ISBN: 978-0764161360)

쓰기 활동

지난 200년 동안 엔지니어링에 대한 에세이 또는 단락을 작성하면 단열 주택의 옵션이 변경되었습니다.

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 
• 빛, 열, 전기 및 자기 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술 

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력 
• 과학 기술에 대한 이해 
• 자연물과 인간이 만든 물건을 구별하는 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 

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

5-8학년 활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력 
• 과학 기술에 대한 이해 

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.

• 사회의 과학 기술 

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.

• 물질의 구조와 성질 
• 에너지 보존 및 무질서 증가 
• 에너지와 물질의 상호작용 

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)

에너지 산업

• MS-PS3-3. 열 에너지 전달을 최소화하거나 최대화하는 장치를 설계, 구성 및 테스트하기 위해 과학적 원리를 적용합니다.

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-ETS1-1 가능한 솔루션을 제한할 수 있는 관련 과학적 원칙과 사람과 자연 환경에 대한 잠재적 영향을 고려하여 성공적인 솔루션을 보장하기에 충분한 정밀도로 설계 문제의 기준과 제약 조건을 정의합니다.
• 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 3: 학생들은 기술 간의 관계 및 기술과 다른 연구 분야 간의 연결에 대한 이해를 개발합니다.

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.

• 아랍어