지진계와 함께 흔들어 보세요!

소스

• 테이블/책상
• 팬/트레이
• 고무공 
• 테니스 공
• 사다리 또는 의자(지진을 시뮬레이션하기 위해 공을 떨어뜨릴 때 사용)
• 5미터, 1미터, 1.5미터 조각으로 자른 스트링

방법

작은 테이블 위에 디자인을 놓아 각 팀의 지진계를 테스트합니다. 세 가지 다른 높이(5미터, 1미터, 1.5미터)에서 작은 고무공을 탁자 위에 떨어뜨려 지진을 시뮬레이션합니다. 일관되고 공정한 테스트를 위해 안전한 사다리에 서서 공이 떨어지는 지점을 끈 길이로 측정하는 것이 좋습니다. (참고: 다음을 고려할 수도 있습니다. 다른 크기의 공도 사용합니다(예: 테니스 공).

팀은 각 낙하 높이에 대해 다음 관찰을 기록해야 합니다. 

규모의 지진 측정:

• .5미터
• 1 미터
• 1.5 미터

물리적 관찰(테스트 중 디자인에 대해 무엇을 알아차렸는지… 무엇이 효과가 있었고 무엇이 효과가 없었습니까?)

• .5미터
• 1 미터
• 1.5 미터

디자인 도전

당신은 교실에서 지진 활동을 기록하기 위해 신뢰할 수 있는 지진계를 설계해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다. 귀하의 기계는 귀하가 설계한 규모에 따라 움직임을 시각적으로 기록할 수 있어야 합니다. 설계는 5미터, 1미터 및 1.5미터의 세 가지 높이에서 공을 떨어뜨림으로써 생성될 시뮬레이션된 교실 지진의 강도를 기록해야 합니다.

기준

• 자신의 디자인 규모에 따라 움직임을 시각적으로 기록할 수 있어야 합니다.
• 5미터, 1미터, 1.5미터의 세 가지 높이에서 공을 떨어뜨림으로써 생성되는 시뮬레이션된 교실 지진의 강도를 기록해야 합니다.

제약

• 제공된 재료만 사용
• 팀은 재료를 무제한으로 거래할 수 있습니다.

1. 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
2. 나만의 지진계 만들기 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. 
5. 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시합니다.
6. 각 팀에 자료를 제공합니다. 팀은 재료를 교환할 수 있습니다. 
7. 학생들은 교실에서 시뮬레이션된 지진의 강도를 기록할 수 있는 자체 지진계를 만들어야 한다고 설명합니다. 최고의 디자인은 가장 작은 방해를 기록합니다.
8. 학생들이 건축을 시작하기 전에 지진계가 무엇인지 토론하는 것을 고려하십시오. 또한 리히터 규모에 대한 논의를 고려하십시오. (수업 계획의 배경 개념 섹션을 참조하십시오.)
9. 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장). 
10. 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. 
11. 학생들은 지진계를 만나 계획을 세웁니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
12. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다. 
13. 작은 테이블 위에 디자인을 놓아 각 팀의 지진계를 테스트합니다. 세 가지 다른 높이(5미터, 1미터, 1.5미터)에서 작은 고무공을 탁자 위에 떨어뜨려 지진을 시뮬레이션합니다. 일관되고 공정한 테스트를 위해 안전한 사다리에 서서 공이 떨어지는 지점을 끈 길이로 측정하는 것이 좋습니다. (참고: 예를 들어 테니스 공과 같은 다른 크기의 공을 사용하는 것도 고려할 수 있습니다.)
14. 팀은 각 낙하 높이에 대해 다음 관찰을 기록해야 합니다.규모의 지진 측정:
    – 5미터
    – 1미터
    – 1.5미터
    물리적 관찰(테스트 중 디자인에 대해 무엇을 알아차렸는지… 무엇이 효과가 있었고 무엇이 효과가 없었습니까?)
    – 5미터
    – 1미터
    – 1.5미터
15. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
16. 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 세 가지 지진 모두에 대한 지진 시뮬레이션을 대규모로 기록할 수 있는 지진계를 만드는 데 성공했습니까? 
2. 지진계를 구축하는 동안 추가 자료를 요청해야 했습니까? 
3. 엔지니어가 제품 제조 과정에서 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요? 
4. 교실 지진계를 실제 지진을 실제로 기록할 수 있도록 조정한다면 어떤 수정이 필요합니까? 
5. 모든 것을 다시 해야 한다면 계획한 디자인이 어떻게 변할까요? 왜요? 
6. 다른 팀에서 어떤 디자인이나 방법이 효과가 있다고 생각하는 것을 보았습니까? 
7. 혼자 작업했다면 이 프로젝트를 더 쉽게 완료할 수 있었을 것 같습니까? 설명…

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.

• 기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
• 지진: 지각 내 움직임이나 화산 활동의 결과로 땅이 갑자기 격렬하게 흔들리는 현상
• 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.
• 강도: 지진 운동의 강도. 
• 반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
• 리히터 규모: 규모 규모는 1935년 캘리포니아 공과대학의 Charles F. Richter가 지진의 강도를 비교하기 위한 수학적 장치로 개발했습니다.
• 지진파: 지진학자가 지구의 내부를 매핑하고 이러한 지진의 강도를 찾아 측정할 수 있습니다.
• 지진계: 지진, 핵폭발 및 기타 지진원에 의해 생성된 지진파의 움직임을 포함하여 지면의 움직임을 측정하고 기록하는 기기.

인터넷 연결

• USGS 지진 위험 프로그램 학습 리소스 
• USGS 글로벌 지진계 네트워크

추천 도서

• Seth Stein과 Michael Wysession의 지진학, 지진 및 지구 구조 소개(ISBN: 0865420785)  
• Bruce Bolt의 지진(ISBN: 0716775484)  
• 지진학 입문 Peter M. Shearer(ISBN: 0521708427)

쓰기 활동 

• 토목 엔지니어가 특정 건축 현장의 지진 활동을 평가해야 하는 이유를 탐구하는 에세이나 단락을 작성하시겠습니까?
• 기존 지진학 기술이 1960년 칠레 지진으로 인한 사망률을 어떻게 감소시켰는지에 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 
• 과학적 탐구에 대한 이해 

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 물체의 위치와 움직임 

내용 표준 D: 지구 및 우주 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 땅과 하늘의 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.

• 환경의 변화 
• 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 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 운동과 힘 
• 에너지 전달 

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
5-8학년 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.

• 인구, 자원 및 환경 
• 자연 재해 
• 사회의 과학 기술 

국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)

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 
• 과학적 탐구에 대한 이해 

내용 표준 B: 물리학 

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 운동과 힘 
• 에너지와 물질의 상호작용 

내용 표준 D: 지구 및 우주 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

• 지구 시스템의 에너지 

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.

• 자연 및 인간 유발 위험 
• 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 – (8-11세)

지구와 인간 활동 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• 4-ESS3-2. 자연 지구 과정이 인간에 미치는 영향을 줄이기 위해 여러 솔루션을 생성하고 비교합니다.

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(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.

차세대 과학 표준(14-18세)

공학 설계 

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

• HS-ETS1-2. 엔지니어링을 통해 해결할 수 있는 더 작고 관리하기 쉬운 문제로 세분화하여 복잡한 실제 문제에 대한 솔루션을 설계합니다.

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

당신은 교실에서 지진 활동을 기록하기 위해 신뢰할 수 있는 지진계를 설계해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다. 귀하의 기계는 귀하가 설계한 규모에 따라 움직임을 시각적으로 기록할 수 있어야 합니다. 가장 작은 교란을 기록할 수 있는 기계가 최고의 설계로 간주됩니다.

연구/준비 단계

1) 다양한 학생 참고 자료를 검토합니다.

팀으로 계획하기

2) 귀하의 팀은 귀하의 교사로부터 일부 "건축 자재"를 제공받았습니다. 추가 자료를 요청할 수 있습니다.

3) 팀으로 만나 지진계를 구축하는 데 필요한 설계 및 재료 목록을 고안합니다. 지진계는 5미터, 1미터, 1.5미터의 세 가지 높이에서 공을 떨어뜨렸을 때 생성되는 모의 교실 지진의 강도를 기록해야 한다는 것을 기억하십시오.

4) 아래 상자나 다른 시트에 지진계에 대한 계획을 그립니다. 악기를 만드는 데 사용할 재료 목록을 포함시키십시오. 수업에 디자인을 발표하십시오. 수업에서 피드백을 받은 후 팀의 계획을 수정할 수 있습니다.

건설 단계

5) 지진계를 만들고 건설 단계에서 추가 재료가 필요한지 여부를 추적합니다.

지원

6) 당신 팀의 지진계는 안정적이고 작은 탁자 위에 놓을 것입니다. 선생님은 5미터, 1미터, 1.5미터의 세 가지 높이에서 고무 공을 탁자 위에 떨어뜨려 세 가지 시뮬레이션된 지진을 만들 것입니다. 기계는 이러한 각 지진을 기록해야 합니다. 가장 민감한 기계가 최고의 기계로 간주됩니다. 이것들은 지진 중 가장 심각하지 않은 지진을 기록할 수 있을 것입니다. 아래 상자에 관찰 내용을 기록하십시오.

발표자:

7) 발견한 내용과 지진계 테스트 결과를 학급에 발표합니다. 교실에서 만든 다양한 지진계의 디자인과 결과의 차이에 주의하십시오.

평가 단계

8) 소속팀의 결과 및 측정방법을 다른 팀과 비교 및 ​​평가한다.

9) 평가 워크시트를 완성합니다.

반사

이 워크시트를 사용하여 "Shake it Up with Seismographs!"에 대한 경험을 평가하십시오. 수업:

1) 세 가지 지진 모두에 대한 지진 시뮬레이션을 대규모로 기록할 수 있는 지진계를 만드는 데 성공했습니까?

2) 지진계를 구축하는 동안 추가 자료를 요청해야 했습니까?

3) 엔지니어는 제품 제조 과정에서 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?

4) 교실 지진계를 실제 지진을 실제로 기록할 수 있는 것으로 조정한다면 어떤 수정이 필요합니까?

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

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

7) 혼자였다면 이 프로젝트를 더 쉽게 끝낼 수 있었을 것 같습니까? 설명…

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