플라스틱의 세기

이 수업에서는 플라스틱의 개발과 플라스틱 구성 요소의 엔지니어링이 일상 제품에 어떤 영향을 미쳤는지 살펴봅니다. 학생들은 플라스틱의 역사, 플라스틱 엔지니어가 하는 일, 플라스틱 부품의 추가를 통해 얼마나 많은 제품이 향상되었는지에 대해 배웁니다. 학생들은 플라스틱이 없는 제품과 플라스틱 이전의 세계에서는 존재할 수 없다고 생각하는 제품을 식별하기 위해 팀을 이루어 작업합니다. 그들은 "엔지니어" 팀으로 작업하여 현재 설계보다 플라스틱 구성 요소를 50% 적게 사용하도록 제품을 재설계할 수 있는지 확인합니다. 

  • 플라스틱에 대해 알아보세요.  
  • 플라스틱이 어떻게 많은 일반 제품에 사용되었는지 알아보십시오.  
  • 팀워크와 엔지니어링 문제 해결/설계 프로세스에 대해 알아보세요.

 연령 수준 : 8-18

건축 자재(각 학생용)

필수 자료

  • 학생 워크시트 
  • 배경 주제 섹션

디자인 도전

당신은 플라스틱의 발명 없이는 불가능할 것이라고 생각하는 XNUMX가지 기계 또는 제품 목록을 작성하는 과제를 안고 있는 엔지니어 팀입니다. 그런 다음 재활용을 쉽게 하기 위해 해당 제품이나 기계 중 하나에서 교체할 플라스틱 부품을 결정합니다. 대신 어떤 재료를 사용할 것이며 성능, 가격 또는 미학에 어떤 영향을 미칠까요?

  1. 수업을 3-4명의 팀으로 나눕니다.
  2. The Century of Plastics 워크시트와 배경 개념 섹션의 인쇄물을 나누어 주십시오. 
  3. 배경 개념 섹션의 주제 토론
  4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 
  5. 학생들에게 팀으로 작업하여 첫 번째 학생 워크시트인 플라스틱 사냥!: 
    • 집, 교실 또는 운동장에서 찾을 수 있는 물건에 대해 생각해 보십시오. 플라스틱으로 만들어진 구성 부품이 없는 품목을 식별하고 문서화하십시오.
  6. 반 전체에서 성찰 질문에 대해 토론합니다.
    • 플라스틱이 포함되지 않은 제품을 찾는 것이 생각보다 어려웠습니까?
    • 플라스틱 없이 찾은 제품의 공통점은 무엇입니까?
    • 발견한 제품 중 하나를 재설계하고 있다면 변경하시겠습니까?
    •  플라스틱에 대한 구성 부품이 있습니까? 왜요? 왜 안 돼?                                                             
    •  플라스틱 없이 CD가 가능하다고 생각하십니까? 왜요? 왜 안 돼?    
    •  재활용이 중요한 이유는 무엇입니까?
  7. 학생들에게 팀으로 작업하여 완료하도록 지시 첫 번째 단계 두 번째 학생 워크시트의 – You Be Be Engineer:
    • 플라스틱의 발명 없이는 불가능할 것이라고 생각하는 네 가지 기계 또는 제품의 목록을 작성하십시오. 각각에 대해 다음 질문에 답하십시오.
      • 제품의 몇 %가 플라스틱입니까?
      • 플라스틱 없이는 왜 이것이 불가능할까요?
      • 이 기계나 제품이 세상에 어떤 영향을 미쳤습니까?
  8. 학생들에게 팀으로 작업하여 완료하도록 지시 2 단계 두 번째 학생 워크시트의 – You Be Be Engineer:
    • XNUMX부에서 식별한 XNUMX가지 제품 또는 기계 중 하나에서 플라스틱을 교체하여 재활용하기 쉽도록 하십시오. 대신 어떤 재료를 사용할지, 그것이 성능, 가격 또는 미학에 어떤 영향을 미칠지 논의하십시오. 그런 다음 학급에서 아이디어를 발표합니다. 
      • 제품의 기능과 플라스틱이라고 생각하는 제품의 비율을 설명하세요.
      • 다른 재료로 교체할 구성 요소를 설명하십시오. 대체 재료를 선택한 방법과 새로운 재료가 제품의 무게, 비용 및 기능에 어떤 영향을 미치는지 설명하십시오.
      • 이 제품이 현재 설계만큼 효과적인지, 제조 비용이 더 많이 들 것인지, 재활용이 더 쉬울지 예측하십시오.
      • 일반 제품에 대한 플라스틱 엔지니어링이 세상에 영향을 미쳤다고 팀이 어떻게 생각하는지 설명하십시오.
  9. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

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.

플라스틱이란 무엇입니까?  

플라스틱의 세기 

19세기에는 고분자 화학의 엄청난 발전이 있었습니다. 그러나 대량 생산된 폴리머를 실행 가능한 경제적 현실로 만들기 위해서는 20세기 화학 엔지니어의 통찰력이 필요했습니다. 1908년 베이클라이트라는 플라스틱이 도입되면서 "플라스틱 시대"가 시작되었습니다. 베이클라이트는 전기 플러그, 헤어브러시, 라디오, 시계, 심지어 보석에 이르기까지 많은 제품에 사용되었습니다. 이 시대의 베이클라이트 제품은 이제 소장가치가 높습니다! 오늘날 플라스틱은 거의 모든 제품에서 발견됩니다. 여러 유형의 플라스틱을 통합하지 않은 많은 기계를 찾는 것은 어렵습니다.  

플라스틱이란 무엇입니까? 

플라스틱은 폴리머입니다. 서로 결합된 긴 원자 사슬입니다. 플라스틱은 실제로 매우 광범위한 합성 또는 반합성 중합 제품을 포괄하는 용어입니다. 이들은 유기 축합물 또는 추가 중합체로 구성되며 내열성, 경도, 색상 및 유연성이 다양한 응용 분야에 더 적합하도록 다른 물질을 포함할 수 있습니다. 플라스틱은 특정한 단단한 모양으로 성형 또는 성형되거나 필름이나 섬유로 개발될 수 있습니다. 제조의 특정 단계에서 모든 플라스틱은 흐를 수 있습니다. 플라스틱이라는 단어는 많은 형태가 가소성 특성을 갖는 가단성이라는 사실에서 파생됩니다. 엔지니어들은 플라스틱이 가볍고 상대적으로 저렴하며 내구성이 있기 때문에 많은 제품의 구성 부품으로 사용하는 경우가 많습니다. 그것은 많은 제품의 비용을 절감했으며 오늘날 플라스틱 없이는 많은 제품이 존재하지 않을 것입니다.  

플라스틱 엔지니어 

플라스틱의 개발은 새로운 작업 분야인 플라스틱 엔지니어를 시작했습니다! 그들은 폴리머 재료의 특성을 연구하고 플라스틱 부품을 성형할 수 있는 기계를 개발합니다. 그들은 휴대폰 덮개, 신발 밑창, 배낭 바퀴와 같은 부품이 필요한 다른 엔지니어의 요구를 충족시키기 위해 플라스틱을 성형하는 방법을 탐구합니다. 그들은 또한 플라스틱의 성능을 향상시키기 위해 노력하여 고온 또는 저온 또는 반복적인 동작에 더 잘 반응하는 새로운 재료를 찾고 있습니다.  

짧은 타임라인 

  • 1907년: 합성 고분자 기반 최초의 플라스틱인 베이클라이트(Bakelite)는 Leo Hendrik Beckeland에 의해 만들어졌습니다. 베이클라이트는 가열된 후에도 모양을 유지하는 최초의 플라스틱 발명품이었습니다. 
  • 1908년: 스위스 화학자 Jacques Brandenberger가 셀로판을 발견했습니다. 
  • 1920년대: 셀룰로오스 아세테이트, 아크릴(Lucite & Plexiglas) 및 폴리스티렌이 생산됩니다. 
  • 1957: General Electric은 폴리카보네이트 플라스틱을 개발합니다. 
  • 1968년: 미국에서 인조 섬유 소비량이 천연 섬유를 넘어섰습니다. 
  • 1987: Nipon Zeon은 저온에서 구부러지고 비틀릴 수 있도록 "메모리"가 있는 플라스틱을 개발하지만 섭씨 37도 이상으로 가열하면 원래 모양으로 바로 되돌아옵니다! 
  • 1990년대: 플라스틱 재활용 프로그램이 일반적이며 오래된 플라스틱을 새로운 용도로 사용합니다.

일상용품의 플라스틱 이전 역사   

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칫솔 

가장 초기에 알려진 칫솔은 씹거나 으깬 나뭇가지로 만든 "씹는 막대기"였습니다. 이 스타일의 치과 위생은 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 최근에는 뼈대를 이용하여 칫솔모나 돼지털을 철사로 감아 만든 칫솔을 제조하였다. 이 스타일은 1600년대 초반부터 1800년대 중반까지 인기가 있었지만 손잡이는 때때로 나무로 만들어졌습니다. 다음 주요 디자인 변경은 나일론의 도입으로 촉발되었습니다. 이 합성 재료는 1938년경 칫솔에 처음 적용되었습니다. 1939년까지 엔지니어들은 칫솔질의 효율성을 향상시키기 위해 전동 칫솔을 개발하기 시작했습니다. 최초의 진짜 전동칫솔은 1939년 스위스에서 개발되었습니다. 미국에서는 1960년 Squibb가 전동칫솔을, 1961년 General Electric이 충전식 무선 칫솔을 출시했습니다. 플라스틱과 합성 소재가 등장할 때까지 대중화되지 않았습니다.  

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펜 

종이가 발명된 후 처음 1800년 동안 대부분의 사람들이 사용하는 필기구는 잉크가 담긴 우물에 담근 새의 깃펜(보통 거위)이었습니다. 1920년대 초반에 대량 생산된 강철 펜 끝이 등장하기 시작하여 선을 더 잘 제어할 수 있었습니다. 제1960차 세계 대전 중에 펜은 vulcanite로 알려진 단단하고 일반적으로 검은색 고무 물질로 만들어지기 시작했습니다. 초기 유색 플라스틱은 XNUMX년대에 도입되었습니다. Sheaffer는 다양한 색상의 셀룰로이드로 만든 펜을 출시했습니다. 이것들은 매우 비쌌지만 몇 년 안에 대부분의 만년필 제조업체가 일부 금속 및 목재 디자인을 대체하는 새로운 합성 재료로 된 펜을 제공할 정도로 인기를 얻었습니다. 그러나 플라스틱의 광범위한 사용과 새지 않는 볼펜의 엔지니어링 덕분에 고급 필기구의 가격을 대부분의 사람들이 사용할 수 있게 되었습니다. XNUMX년대에는 일회용 볼펜이 자리를 잡았고 만년필은 여전히 ​​사용 가능하지만 오늘날 시장 점유율은 매우 낮습니다.  

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안경 

안경은 원래 금속과 유리로 만들어졌습니다. 그러나 누군가가 특히 강력한 처방이 필요한 경우 유리가 코에 매우 무거울 것입니다. 플라스틱은 유리 렌즈를 더 가벼운 재료로 교체하고 안경테에 있는 대부분의 금속을 더 가볍고 다채로운 플라스틱으로 교체함으로써 안경에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 대부분의 경첩이 여전히 금속으로 만들어지기 때문에 프레임에는 여전히 금속이 있습니다. 그리고 물론 합성 물질의 개발 없이는 콘택트 렌즈도 없었을 것입니다.

  • 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).
  • 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
  • 재활용: 버릴 수 있는 재료를 가져와 재사용 가능한 재료로 변환(변경)하는 과정.

인터넷 연결

추천 도서

  • 미국 플라스틱: Jeffrey L. Meikle의 문화사(ISBN: 978-0813522357) RJ Crawford의 플라스틱 공학(ISBN: 978-0750637640)

쓰기 활동 

  • 플라스틱의 도입 없이 우주 비행이 가능하다고 생각하는지 설명하는 에세이나 단락을 작성하십시오. 당신의 관점을 뒷받침하는 예를 들어보세요.  
  • 귀하의 도시에서 재활용이 어떻게 작동하는지 설명하는 에세이 또는 단락을 작성하십시오. 엔지니어가 재활용 재료를 신제품에 통합하는 방법의 예를 제시하십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

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

국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

  • 물체 및 재료의 속성 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술 

활동의 결과로 모든 학생들은

  • 기술 설계 능력 
  • 자연물과 인간이 만든 물건을 구별하는 능력 

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

  • 리소스 유형 
  • 환경의 변화 

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 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

  • 물질의 성질과 성질의 변화 

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.

  • 위험과 이점 
  • 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 B: 물리학 

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

  • 물질의 구조와 성질 

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.

  • 환경 품질 

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

  • 역사적 관점

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

  • 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 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.

기술 세계를 위한 능력

  • 표준 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.

디자인된 세계

  • 표준 19: 학생들은 제조 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.

플라스틱 사냥!

단계 : 팀과 함께 집, 교실 또는 운동장에서 찾을 수 있는 항목에 대해 생각합니다. 플라스틱으로 만들어진 구성 부품이 없는 품목을 식별할 수 있습니까?

주방 용품 욕실 용품 교실 아이템   스포츠 장비
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

질문 :

  1. 플라스틱이 포함되지 않은 제품을 찾는 것이 생각보다 어려웠습니까?

 

 

 

 

  1. 플라스틱 없이 찾은 제품의 공통점은 무엇입니까?

 

 

 

 

  1. 발견한 제품 중 하나를 재설계한다면 구성 부품을 플라스틱으로 변경하시겠습니까? 왜요? 왜 안 돼?

 

 

 

 

  1. 플라스틱 없이 CD가 가능하다고 생각하십니까? 왜요? 왜 안 돼?

 

 

 

 

  1. 재활용이 중요한 이유는 무엇입니까?

 

 

 

 

단계 : 팀과 함께 플라스틱 발명 없이는 불가능할 것으로 생각되는 XNUMX가지 기계 또는 제품 목록을 작성하십시오. 각각에 대해 아래 질문에 답하십시오.

 

  제품의 몇 %가 플라스틱입니까? 플라스틱 없이는 왜 이것이 불가능할까요? 이 기계나 제품이 세상에 어떤 영향을 미쳤습니까?
1-

 

 

 

 

 

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4-

 

 

 

 

 

 

2 단계 : 귀하의 과제는 "엔지니어" 팀과 협력하여 이 워크시트의 첫 번째 부분에서 식별한 XNUMX가지 제품 또는 기계에서 플라스틱을 보다 쉽게 ​​재활용할 수 있도록 교체하는 것입니다. 대신 어떤 재료를 사용할지, 그것이 성능, 가격 또는 미학에 어떤 영향을 미칠지 논의하십시오. 그런 다음 세 가지 형식으로 학급에 아이디어를 발표합니다.

  • 제품의 기능과 플라스틱이라고 생각하는 제품의 비율을 설명하세요.
  • 다른 재료로 교체할 구성 요소를 설명합니다. 대체 재료를 선택한 방법과 새로운 재료가 제품의 무게, 비용 및 기능에 어떤 영향을 미치는지 설명하십시오.
  • 이 제품이 현재 디자인만큼 효과적일지, 제조 비용이 더 많이 들 수 있는지, 재활용이 더 쉬울지 예측합니다.
  • 일반 제품으로 플라스틱 엔지니어링이 세상에 영향을 미쳤다고 팀이 어떻게 생각하는지 설명하십시오.

다운로드 가능한 학생 수료 증명서