톨 타워 챌린지

재료(팀당)

• 1 골프공 또는 이와 유사한 크기/무게의 공

방법

타워의 상단 높이 아래 20% 이하 지점에 타워에 공을 올려 각 구조물의 강도를 테스트합니다.

세계의 그레이트 타워

부르즈 칼리파: 세계의 거대한 탑

디자인 도전

당신은 2분 동안 골프공의 무게를 지탱할 수 있는 가장 높은 타워를 건설해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀의 일원입니다.

기준

• 타워는 2분 동안 골프공 무게를 지탱해야 합니다.
• 골프공의 무게는 타워의 상단 부근에서 지지되어야 하며 공의 바닥은 타워의 상단 높이보다 20% 이상 낮아서는 안 됩니다.

제약

• 디자인에는 빨대 50개, 파이프 청소기 50개, 종이 클립 25개만 사용할 수 있습니다.
• 테이프는 재료를 연결하는 데 사용할 수 없습니다.
• 주어진 시간 안에 솔루션을 설계하십시오.

1. 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
2. 고층 타워 – 문제를 해결하기 위한 기술 적용 워크시트와 설계 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.
   ● 재료의 모양을 구부리거나 변경할 수 있는 다양한 방법은 무엇입니까?
   ● 가장 강한 모양은 무엇입니까?
   ● 재료를 강화하여 강화할 수 있는 방법은 무엇입니까?
   ● 테이프 없이 자료를 어떻게 연결합니까?
6. 각 팀에 자료를 제공합니다.
7. 학생들은 일상용품으로 타워를 개발해야 하며, 타워는 골프공 무게를 2분 동안 지탱해야 한다고 설명합니다. 골프공의 무게는 타워의 상단 부근에서 지지되어야 하며 공의 바닥은 타워의 상단 높이보다 20% 이상 낮아서는 안 됩니다.
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 타워에 대한 계획을 수립합니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
11. 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
12. 타워 상단 근처에 골프공을 배치하여 타워 설계를 테스트합니다. 공의 하단은 타워 상단 높이보다 20% 이상 낮지 않습니다.
13. 팀은 타워의 높이와 타워를 만드는 데 사용한 재료의 수를 문서화해야 합니다.
14. 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
15. 주제에 대한 자세한 내용은 "실제 응용 프로그램" 및 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

1. 가장 높고 도전에서 승리한 탑의 모양이나 구조를 설명하십시오. 당신이 승리하지 못했다면 이 탑은 당신의 것과 어떻게 달랐습니까?
2. 이 프로젝트를 다시 할 수 있는 기회가 있었다면 당신의 팀은 무엇을 다르게 했을까요?
3. 이 활동이 팀으로 하는 것이 더 보람이 있다고 생각합니까, 아니면 혼자 하는 것이 더 낫습니까? 왜요?
4. 한 가지 추가 재료(테이프, 풀, 나무 막대기, 호일 등)를 사용할 수 있다면 무엇을 선택하고 그 이유는 무엇입니까?
5. 건물이 설계되고 건축 승인을 받으면 건축 과정에서 많은 측면이 변경된다고 생각하십니까? 그 이유는 무엇?
6. 를 능가하는 건물이 건설되기까지 얼마나 걸릴 것이라고 생각하십니까?
   부르즈 칼리파 높이? 어디에 지어질 것 같습니까? 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.

• 엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
• 마음의 공학 습관(EHM): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 독특한 방식.
• 엔지니어링 설계 프로세스(EDP): 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다.
• 기준: 전체 크기 등 디자인이 만족해야 하는 조건
• 제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제약
• 프로토 타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델입니다.
• 되풀이: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
• 무게: 중력에 의해 물체에 가해지는 힘. (단위: 파운드/뉴턴).
• 백분율: 백 단위로 표현되는 전체의 일부(½ = 50%).

인터넷 연결

• 부르즈 칼리파 그레이트 타워
• 타워 설계 및 건설
• CN 타워 (CN Tower)

추천 도서

• 높이는 얼마입니까?: 건물 비교(ISBN: 978-1432939557)
• 고층 건물의 철근 콘크리트 설계(ISBN: 978-1439804803)
• 고층 건물 건설 기술(ISBN: 978-9812818614)

쓰기 활동

엔지니어링 발전이 20세기 전환기에 수직 건물의 폭발적인 성장을 이끈 방법에 대한 에세이 또는 단락을 작성하십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.

• S. 과학 교육 기준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/)
• 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준 (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. 전국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. 수학에 대한 공통 핵심 국가 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.

• 물체 및 재료의 속성

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.

• 인구의 특성과 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 A: 탐구로서의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은

• 과학적 탐구에 대한 이해

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은  동작과 힘에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

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
• 위험과 이점
• 사회의 과학 기술

국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세) 내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 과학사에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

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 운동과 힘에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

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.

• 개인 및 지역사회 건강
• 인구 증가
• 환경 품질
• 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술

차세대 과학 표준 2-5학년(7-11세)

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.

운동과 안정성: 힘과 상호작용

• 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 기준 및 제약 조건을 정의합니다.

차세대 과학 표준 6-8학년(11-14세)

공학 설계 

• 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.

엔지니어링 팀워크 및 계획

당신은 50개의 빨대, 50개의 파이프 청소기, 25개의 클립을 사용하여 지을 수 있는 가장 높은 탑을 건설해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀의 일원입니다.

모든 재료를 사용할 필요는 없지만 타워가 골프공 무게를 20분 동안 지탱해야 합니다. 골프공은 타워의 상단 근처에서 지지되어야 하며 공의 바닥은 타워의 상단 높이보다 XNUMX% 이상 낮아서는 안 됩니다.

계획 및 설계 단계

빨대, 파이프 청소기, 종이 클립을 구부리거나 모양을 변경할 수 있는 다양한 방법에 대해 생각해 보십시오. 이러한 항목을 절단할 수는 있지만 테이프나 기타 재료를 사용하여 연결할 수는 없습니다. 아래 상자에 타워에 대한 계획을 그립니다.

건설 단계

타워를 만들고 테스트하여 골프공을 지탱할 수 있는지 확인하십시오. 그런 다음 아래 질문에 답하십시오.

1. 당신의 디자인은 당신이 지은 실제 타워와 얼마나 비슷했습니까?

2. 구성 단계에서 변경이 필요하다고 판단되면 팀이 수정하기로 결정한 이유를 설명하십시오.

3. 제공된 부품은 모두 사용하셨습니까? 타워의 높이를 높이는 데만 사용된 부품이 있습니까?

프레젠테이션 및 측정

당신의 탑을 반원들에게 제시하고 교사에게 탑의 높이를 측정하게 하십시오. 골프공은 타워의 상단 근처에서 지지되어야 하며 공의 하단은 타워의 상단 높이보다 20% 이상 낮아서는 안 됩니다. 공이 위에서 10% 미만이면 타워가 실격됩니다. 타워에 대해 아래 상자를 완성하세요.

평가

아래 평가 질문을 완료하십시오.

1. 가장 높고 도전에서 승리한 탑의 모양이나 구조를 설명하십시오. 당신이 승리하지 못했다면 이 탑은 당신의 것과 어떻게 달랐습니까?

2. 이 프로젝트를 다시 할 수 있는 기회가 있었다면 당신의 팀은 무엇을 다르게 했을까요?

3. 이 활동이 팀으로 하는 것이 더 보람이 있다고 생각합니까, 아니면 혼자 하는 것이 더 낫습니까? 왜요?

4. 한 가지 추가 재료(테이프, 풀, 나무 막대기, 호일 등)를 사용할 수 있다면 무엇을 선택하고 그 이유는 무엇입니까?

5. 건물이 설계되고 건축 승인을 받으면 건축 과정에서 많은 측면이 변경된다고 생각하십니까? 그 이유는 무엇?

6. 부르즈 할리파 높이를 능가하는 건물이 건설되기까지 얼마나 걸릴 것이라고 생각하십니까? 어디에 지어질 것 같습니까? 왜요?

• 스와힐리어