아이스 브릿지

빌드 재료(팀별)

필수 자료

• 아이스바 200 개
• 목재 또는 공예용 접착제

시험 재료

• 5파운드 중량(어린 학생용) 및 20파운드 중량(고학년 학생용)
• (설탕 또는 밀가루 봉지, 16oz. 식품 캔, 72oz. 세탁 세제 병, 운동 중량 또는 기타 중량)
• 의자 2개, 책상 또는 작은 테이블(바닥에서 1피트 높이에 디자인을 매달 수 있을 만큼 충분히 높음)

소스

• 5파운드 중량(어린 학생용) 및 20파운드 중량(고학년 학생용)
• (설탕 또는 밀가루 봉지, 16oz. 식품 캔, 72oz. 세탁 세제 병, 운동 중량 또는 기타 중량)
• 의자 2개, 책상 또는 작은 테이블(바닥에서 1피트 높이에 디자인을 매달 수 있을 만큼 충분히 높음)

방법

• 2개의 의자 또는 책상(평평한 표면)을 서로 최소 14인치 간격으로 놓으십시오.
• 의자/책상 위에 바닥에서 1피트 높이의 다리를 매달거나 테이프로 붙입니다.
• XNUMX분 동안 다리에 미리 정해진 무게를 둡니다.
  • 선택한 추의 유형에 따라 디자인 위에 올려 놓거나 아래에서 걸 수 있습니다..
• 최소 부하를 충족하도록 설계를 테스트하는 것이 목표입니다. 그러나 임계 하중을 충족시키기 위해 구조에 계속 무게를 추가하여 다리가 무너지는 결과를 초래하는 것은 재미있습니다! 

디자인 심사

• 학급에서 다리를 미학적으로 즐겁게 만드는 요소에 대해 토론합니다.
  • 심사를 준비하기 위해 속성 목록을 개발하십시오.
• 다음으로 각 교량 디자인의 미적 가치를 판단합니다.
  • 1-5의 척도를 사용하십시오. 1은 "전혀 매력적이지 않음", 5는 "매우 매력적임"입니다.
• 각 디자인에 대해 긍정적인 의견 1개와 개선을 위한 제안 1개 제공.

랑카위 스카이 보행자 다리 – 말레이시아

• 길이 125미터, 너비 1.8미터
• 시청 경험을 극대화하기 위해 곡선형 산책로로 설계되었습니다.
• 역삼각형 트러스 위에 철골과 콘크리트 패널로 구성되어 있습니다.
• 8m 높이의 단일 파일론에서 81.5개의 케이블로 매달려 있으며 지상 약 100m에 매달려 있습니다.
• 최대 250명을 수용할 수 있도록 설계되었습니다.

출처 : Wikipedia

플로리다 국제 대학교 보행자 다리 붕괴

잘못된 설계로 인해 2018년 FIU에서 건설 중인 보행자 다리가 붕괴되었습니다. 엔지니어들은 구조물이 받을 수 있는 응력의 양을 잘못 계산했습니다.

출처 : USA 투데이

디자인 도전

당신은 접착제와 200개 이하의 아이스 캔디를 사용하여 다리를 설계하는 엔지니어 팀입니다. 

기준

• 교량은 미리 결정된 무게 5파운드 또는 20파운드를 지탱할 수 있어야 합니다. 구조물은 길이가 최소 14인치에 걸쳐 있어야 합니다.

제약

200개 이하의 아이스 캔디 스틱을 사용할 수 있습니다.

1. 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
2. Design Your Own Bridge 워크시트와 디자인 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
3. 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
4. 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 시간이 허락한다면 디자인 챌린지를 수행하기 전에 "실제 응용 프로그램"을 검토하십시오.
5. 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시하기 전에 다음 사항을 고려하도록 요청하십시오.
   ● 다양한 유형의 교량
   ● 어떤 모양이 다른 모양보다 강합니까?
   ● 디자인이 14인치 스팬 기준을 유지해야 하는 무게의 양
   ● 미학 – 창의적
   ● 효율성 – 모든 아이스 캔디를 사용하지 마십시오.
6. 각 팀에 자료를 제공합니다.
7. 학생들은 200개의 아이스 캔디 스틱과 풀로 아이스 캔디 다리를 개발해야 한다고 설명합니다. 교량은 미리 결정된 무게 5파운드 또는 20파운드를 지탱할 수 있어야 합니다. 구조물은 길이가 최소 14인치에 걸쳐 있어야 합니다.
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 만나 교량을 위한 계획을 세웁니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다.
11. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
12. 의자/책상 위의 바닥에서 1피트 위에 다리를 매달거나 테이프로 붙여 다리 디자인을 테스트합니다. XNUMX분 동안 다리에 미리 정해진 무게를 둡니다.
13. 팀은 다리가 지탱할 수 있는 무게와 사용된 아이스 캔디의 수를 문서화해야 합니다.
14. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
15. 주제에 대한 자세한 내용은 "실제 응용 프로그램" 및 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

고학년을 위한 변형

• 다음 무게를 지탱할 수 있는 아이스 캔디 스틱과 접착제로 다리를 디자인하고 만드세요.
  • 두 학생
  • 세 명의 학생
• 이 변형을 시도하는 경우 안전을 염두에 두십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. XNUMX분 동안 필요한 무게를 지탱하는 다리를 만드는 데 성공했습니까? 그렇지 않다면 왜 실패했습니까?
2. 건설 단계에서 원래 디자인을 수정하기로 결정했습니까? 왜요?
3. 결국 몇 개의 아이스 캔디를 사용하셨습니까? 이 번호가 귀하의 계획과 달랐습니까? 그렇다면 무엇이 바뀌었습니까?
4. 다리의 평균 미적 점수는 얼마였습니까? 다른 수업과 비교하면 어떻습니까? 다른 교량의 어떤 디자인 요소가 가장 마음에 드셨나요?
5. 엔지니어가 시스템이나 제품을 구축하는 동안 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?
6. 모든 것을 다시 해야 한다면 계획한 디자인이 어떻게 변할까요? 왜요?
7. 다른 팀에서 어떤 디자인이나 방법이 효과가 있다고 생각하는 것을 보았습니까?
8. 혼자 작업했다면 이 프로젝트를 더 쉽게 완료할 수 있었을 것 같습니까? 설명…
9. 엔지니어가 실제 다리를 건설할 때 기능, 안전 및 미학 사이에서 어떤 종류의 절충안이 있다고 생각합니까?

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.

• 인접: 압력을 받는 구조물의 일부
• 심미적 인: 아름다운 외모에 대한 감상
• 아치: 곡선 형태. 아치교는 아치 형태로 자연적으로 강하다
• 빔: 건축에 사용하기 위해 종종 각진 나무나 강철로 만든 무거운 긴 조각. 빔 브리지는 교각으로 양쪽 끝을 지지하는 수평 빔입니다.
• 케이블: 강한 와이어 로프 또는 금속 사슬. 사장교는 케이블로 지탱됩니다.
• 외팔보: 한쪽 끝에서만 지지되는 수평 빔. 캔틸레버 교량은 캔틸레버를 사용하여 건설됩니다.
• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제약
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 만족해야 하는 조건
• 임계 부하: 건물이나 구조물이 파손될 때의 무게
• 엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
• 엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다.
• 마음의 공학 습관(EHM): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 독특한 방식.
• 되풀이: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 하중: 물체에 가해지는 무게나 압력의 근원
• 프로토 타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델입니다.
• 스팬: 지지대 사이의 퍼짐 또는 범위
• 현탁: 공중에 매달려 있습니다. 현수교는 케이블에 매달려 있으며 길어지는 경향이 있습니다.
• 스트레스: 물질에 가해지는 압력이나 장력

인터넷 연결

• 시드니 하버 브리지 역사
• 큰 건물 – 교량

추천 도서

• 세계의 교량: 설계 및 건설(ISBN: 0486429954)
• 교량: 설계, 건설 및 테스트를 위한 놀라운 구조(ISBN: 1885593309)

쓰기 활동

새로운 공학적 재료가 지난 세기 동안 교량 설계에 어떤 영향을 미쳤는지에 대한 에세이 또는 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 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술 

활동의 결과로 모든 학생들은

• 기술 설계 능력 
• 과학 기술에 대한 이해 

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 

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.

• 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. 

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.

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.

디자인된 세계

• 표준 20: 학생들은 건설 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.

당신은 최대 200개의 아이스 캔디 스틱과 접착제로 다리를 설계해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀의 일원입니다. 브리지는 특정 무게를 지탱할 수 있어야 합니다(선생님이 팀의 목표 무게를 결정할 것입니다). 다리는 길이가 14인치 이상이어야 합니다. 단, 시공 시에는 두 개의 의자 사이에 놓이게 되므로 무게 지지 테스트를 위해 바닥에서 14피트 이상 높이에 있어야 하므로 XNUMX인치 이상이어야 합니다. 구조적 및 무게 지지 요구 사항을 충족하는 것 외에도 브리지는 미학으로도 평가되므로 창의력을 발휘하십시오! 그리고 목표를 달성하기 위해 가능한 한 적은 수의 아이스 캔디를 사용하는 것이 좋습니다.

기획 단계

팀으로 만나서 해결해야 할 문제에 대해 논의하십시오. 그런 다음 교량 설계를 개발하고 동의합니다. 사용할 아이스 캔디 스틱의 수(최대 200개)와 제조 공정에서 수행할 단계를 결정해야 합니다. 어떤 패턴이 가장 강할지 생각해보세요....하지만 당신은 또한 당신의 다리의 미학에 대해 평가받고 있습니다! 아래 상자에 디자인을 그리고 사용할 것으로 예상되는 스틱의 수를 표시하십시오. 수업에 디자인을 발표하십시오. 수업에서 피드백을 받은 후 팀의 계획을 수정할 수 있습니다.

건설 단계

다리를 만드세요. 건설하는 동안 추가 스틱(최대 200개)이 필요하거나 디자인을 변경해야 한다고 결정할 수 있습니다. 괜찮습니다. 새 스케치를 만들고 재료 목록을 수정하기만 하면 됩니다.

미적 투표

각 학생은 각 다리의 모양에 대해 투표합니다. 척도는 1 – 5 — (1: 전혀 매력적이지 않음, 2: 매력적이지 않음, 3: 보통/보통, 4: 다소 매력적임, 5: 매우 매력적임). 이 숫자는 각 브리지에 대한 점수를 생성하기 위해 평균을 냅니다. 이 점수는 다리가 무게를 얼마나 잘 지탱할 수 있는지가 아니라 어떻게 보이는지에 따라 결정됩니다.

테스트 단계

각 팀은 다리가 최소 XNUMX분 동안 필요한 무게를 견딜 수 있는지 테스트합니다. 다른 팀의 테스트를 보고 서로 다른 디자인이 어떻게 작동하는지 관찰하십시오.

평가 단계

팀의 결과를 평가하고, 평가 워크시트를 완성하고, 결과를 학급에 발표합니다.

이 워크시트를 사용하여 팀의 결과를 평가하십시오.

1) XNUMX분 동안 필요한 무게를 지탱하는 다리를 만드는 데 성공했습니까? 그렇지 않다면 왜 실패했습니까?

2) 건설 단계에서 원래 디자인을 수정하기로 결정 했습니까? 왜요?

3) 결국 몇 개의 팝시클 스틱을 사용했습니까? 이 번호가 귀하의 계획과 달랐습니까? 그렇다면 무엇이 바뀌었습니까?

4) 교량의 평균 미적 점수는 어느 정도였습니까? 다른 학급과 비교하면 어떻습니까? 다른 교량의 어떤 디자인 요소가 가장 마음에 드셨나요?

5) 엔지니어들은 시스템이나 제품을 구축할 때 원래 계획을 수정해야 한다고 생각합니까? 왜 그럴까요?

6) 처음부터 다시 해야 한다면 계획한 디자인은 어떻게 바뀔까요? 왜요?

7) 다른 팀에서 시도한 어떤 디자인이나 방법이 효과가 있다고 생각했습니까?

8) 혼자 일했다면 이 프로젝트를 더 쉽게 끝낼 수 있었을 것 같습니까?설명…

9) 엔지니어가 실제 다리를 건설할 때 기능, 안전 및 미학 사이에서 어떤 종류의 절충안이 있다고 생각합니까?

• 스와힐리어