풍동 테스트

이 단원에서는 엔지니어가 비행기, 자동차 및 건물과 같은 제품을 개발하는 데 사용하는 풍동 테스트에 중점을 둡니다. 학생들의 팀은 일상적인 재료로 자신의 모델 자동차를 만들고 긴 판지 상자를 통해 불어오는 팬으로 만든 풍동에서 디자인을 테스트합니다.

엔지니어링 디자인에 대해 알아보십시오.
풍동 및 엔지니어링 테스트에 대해 알아보십시오.
팀워크와 그룹 작업에 대해 알아보세요.

연령 수준 : 11-18

재료 및 준비

빌드 재료(팀별)

필요한 재료(거래/가능성표)

끈
플라스틱 랩
박
아이스 스틱
이쑤시게
종이 클립
서
판지
1 판지 튜브(종이 타월 또는 화장지 롤에서)

시험 재료

비탈길:
- 나무 조각 또는 단단한 플라스틱 조각(15도 경사로 설치)
풍동:
- 소형 휴대용 선풍기
- 끝이 제거된 직사각형 판지 상자
- 고정된 위치에 바닥에 상자를 고정하는 마스킹 테이프
- 줄자

시험 재료 및 공정

소스

비탈길:
- 나무 조각 또는 단단한 플라스틱 조각(15도 경사로 설치)
풍동:
- 소형 휴대용 선풍기
- 끝이 제거된 직사각형 판지 상자
- 고정된 위치에 바닥에 상자를 고정하는 마스킹 테이프
- 줄자

방법

풍동에서 자동차 디자인을 테스트하기 전에 각 팀은 경사로에서 자동차를 테스트하여 굴러갈 수 있는지 확인해야 합니다. 그들의 자동차는 15도 각도로 설정된 경사로를 굴러 내려와야 하며 바람 테스트를 위해 "인증"되기 전에 최소 4피트를 굴러야 합니다.

직사각형 상자(양쪽 끝이 열려 있음)를 교실 바닥에 테이프로 붙여 교실 "풍동"을 설정합니다. 상자의 한쪽 끝에 팬을 놓습니다. 그런 다음 각 팀은 상자의 한쪽 끝에 자동차 디자인을 배치합니다(일관성을 위해 시작점을 표시). 팬을 켜고(각 테스트에 대해 동일한 속도) 각 팀이 정지하기 전에 바람에 의해 차가 밀린 거리를 측정하게 합니다.

엔지니어링 디자인 챌린지

디자인 도전

당신은 바람에 대한 저항이나 저항을 최소화하여 최고의 연료 효율성을 제공하는 새로운 자동차 디자인을 구축해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다.

기준

바람 테스트에 대해 "인증"되기 전에 차량을 최소 15피트 동안 4도 각도로 경사진 경사로 아래로 굴려야 합니다.

제약

제공된 재료만 사용하십시오.
팀은 무제한 재료를 거래할 수 있습니다.

활동 지침 및 절차

수업을 2-3명의 팀으로 나눕니다.
풍동 테스트 워크시트와 디자인 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
학생들이 팀을 이루어 온라인 풍동을 시험하게 하십시오. https://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html. 이렇게 하면 자동차 모양이 결과에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 학생들에게 자동차의 모양이 풍동의 작동 방식을 어떻게 바꿀 수 있는지 묻는 것을 고려해 보십시오. 트럭이 자동차와 다른 방식으로 테스트할까요? 컨버터블은 어떻습니까?
각 팀에 자료를 제공합니다.
학생들은 저항이나 바람에 대한 저항을 최소화하여 최고의 연료 효율성을 제공하는 새로운 자동차 프로토타입을 개발해야 한다고 설명합니다.
설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
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.
학생들은 만나서 차에 대한 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.
팀은 자신의 디자인을 만듭니다. 학생들은 자동차를 램프 테스트해야 합니다. 그들의 자동차는 15도 각도로 설정된 경사로를 굴러 내려와야 하며 바람 테스트를 위해 "인증"되기 전에 최소 4피트를 굴러야 합니다.
"풍동" 상자의 한쪽 끝(표시된 시작점)에 자동차를 배치하여 자동차 디자인을 테스트합니다. 팬을 켭니다(각 테스트에 대해 동일한 속도).
팀은 정지하기 전에 차가 바람에 밀려간 거리를 기록해야 합니다.
시간이 허락한다면 학생들에게 자동차를 재설계할 수 있는 기회를 주십시오. 변경 사항이 성능을 향상시킬 수 있다고 판단되면
학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

풍동이 켜져 있을 때 자동차가 이동한 거리는 얼마입니까? 이것은 교실에 있는 다른 모델 자동차의 거리와 어떤 관련이 있습니까?
가장 적게 움직인 자동차 디자인의 측면은 무엇이라고 생각하십니까?
엔지니어가 제조 과정에서 원래 계획을 수정해야 한다고 생각하십니까? 왜 그럴까요?
모든 것을 다시 해야 한다면 계획한 디자인이 어떻게 변할까요? 왜요?
다른 팀에서 어떤 디자인이나 방법이 효과가 있다고 생각하는 것을 보았습니까?
프로젝트 목표를 충족하는 많은 디자인이 교실에 있다는 것을 발견하셨습니까? 이것은 엔지니어링 계획에 대해 무엇을 알려줍니까?
혼자 작업했다면 이 프로젝트를 더 쉽게 완료할 수 있었을 것 같습니까? 팀워크가 이 프로젝트에 어떤 영향을 미쳤는지 설명하십시오.
8. 풍동 테스트의 이점이 있다고 생각하는 몇 가지 제품을 나열하십시오.

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.

엔지니어링 설계 프로세스

어휘

제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
내구성: 오래 지속되는 능력.
효율성: 적은 노력으로 결과를 얻을 수 있는 방식으로 운영 또는 작업합니다.
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.
반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
성능 : 작동 또는 작동 방식.
프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
풍동: 공기가 내부로 이동하는 큰 관.

심화를 파

인터넷 연결

추천 도서

천음속 풍동 테스트(ISBN: 0486458814)
라이트 형제: 항공의 가장 위대한 개척자 전기(ISBN: 0316861448)

쓰기 활동

풍동 테스트를 통해 다른 제조 제품이 어떤 이점을 얻을 수 있는지에 대한 에세이 또는 단락을 작성하십시오.

커리큘럼 조정

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

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 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.

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.

사회의 과학 기술

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

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 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.

차세대 과학 표준 6-8학년(11-14세)

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

MS-ETS1-2 시스템 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가하여 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 확인합니다.

차세대 과학 표준 9-12학년(14-18세)

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

HS-ETS1-4. 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 문제와 관련된 시스템 내부 및 시스템 간의 상호 작용에 대한 수많은 기준과 제약이 있는 복잡한 실제 문제에 대해 제안된 솔루션의 영향을 모델링합니다.

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

표준 1: 학생들은 기술의 특성과 범위에 대한 이해를 개발할 것입니다.
표준 2: 학생들은 기술의 핵심 개념에 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 7: 학생들은 역사에 대한 기술의 영향에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.

디자인

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 12: 학생들은 기술 제품 및 시스템을 사용하고 유지하는 능력을 개발합니다.
표준 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.

디자인된 세계

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

학생용 워크 시트

당신은 바람에 대한 저항이나 저항을 최소화하여 최고의 연료 효율성을 제공하는 새로운 자동차 프로토타입을 제작해야 하는 도전을 받은 엔지니어 팀입니다.

연구/준비 단계

다양한 학생 참조 시트를 검토하고 인터넷 액세스가 가능한 경우 http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html에서 가상 풍동을 사용해 보십시오.

팀으로 계획하기

당신의 팀은 당신의 교사로부터 몇 가지 "건축 자재"를 제공받았습니다. 테이프, 끈, 플라스틱 랩, 호일, 아이스 캔디 스틱, 이쑤시개, 클립, 종이, 연필, 판지, 판지 튜브(종이 타월 또는 화장지 롤로 만든 것)가 있고 모든 자동차의 무게가 동일하도록 모든 재료를 사용해야 합니다.
팀과 만나 차량 계획을 세우는 것으로 시작하십시오. 교실 풍동에서 바람이 얼마나 강하게 부는지 느껴보고 차가 얼마나 강해야 하는지 예상할 수 있습니다. 차는 모든 바람 수준에서 형태를 유지하고 바람에 대한 저항이 가장 작다는 것을 나타내기 위해 가장 적게 움직여야 합니다.
건설을 완료하는 데 필요한 재료에 대한 계획을 포함하여 아래 상자에 계획을 쓰거나 그리십시오. 수업에 디자인을 발표하고 재료 선택을 설명하십시오. 수업에서 피드백을 받은 후 팀의 계획을 수정할 수 있습니다.