Interaktyvus „Gumball“ aparatas
Šioje pamokoje dėmesys sutelktas į gumbalo mašinų istoriją ir potencialią bei kinetinę energiją. Studentai dirba komandomis, kad pirmiausia pastatytų guminę skaidrę, o po to - interaktyvią guminę mašiną.
- Tyrinėkite potencialą ir kinetinę energiją.
- Suprojektuokite ir pastatykite interaktyvų gumball machine.
- Įgyvendinkite inžinerinio projektavimo procesą, kad išspręstumėte projektavimo iššūkį.
Amžiaus lygiai: 10-18
Sukurti medžiagas (kiekvienai komandai)
Reikalingos 2 ir 3 veiklos medžiagos (galimybių lentelė)
- Kartoninės dėžės
- 2 litrų plastikiniai buteliai
- Popieriniai puodeliai
- Popsicle lazdos
- Kaiščiai
- Skeverai
- Molis
- Vamzdžių valikliai
- Žirklės
- Gumytės
- Styginių
- Savaržėlės
- Segtuvų segtukai
- Kortelių atsargos ir (arba) failų aplankai
- Kartono gabalai (supjaustykite kelias dėžes į skirtingo dydžio gabalus)
- Maskavimo juosta
- 6 'Vamzdžiai (vamzdžių izoliatorius išilgai perpjautas per pusę) - po 1 komandai
- „Xacto“ peilis (mokytojui)
Bandomosios medžiagos
- Dumbliai (arba marmurai, vaizduojantys gumbus, jei jūsų mokykla neleidžia dantenų)
- Popieriniai puodeliai
- Popieriaus krepšelis (jaunesniems studentams)
medžiagos
- Dumbliai (arba marmurai, vaizduojantys gumbus, jei jūsų mokykla neleidžia dantenų)
- Popieriniai puodeliai
- Popieriaus krepšelis (jaunesniems vaikams)
Procesas
2 užsiėmimas - kiekviena komanda išbando savo skaidrių dizainą uždėdama marmurą ant savo skaidrės viršaus ir leisdama jam susivynioti į puodelį. Studentai gali nuspręsti, kur jie norėtų įdėti taurę. Studentai turėtų dokumentuoti, ar marmuras liko ant tako ir ar jis pateko į taurę.
3 užduotis - kiekviena komanda išbando savo gumbalo mašinos dizainą, padėdama gumbą į pradinį savo mašinos tašką ir leisdama jam sekti takelį, kol jis pateks į taurę. Studentai turėtų parodyti, kaip veikia interaktyvus elementas ir kilpa (-os). Studentai turėtų dokumentais patvirtinti, kiek laiko trunka gumbas nuo pradinio taško iki taurės.
Jaunesniems moksleiviams gumbams sugauti naudokite ne puodelius, o popieriaus krepšelį.
2 veikla - „Gumball Slide“: „Design Challenge“
Esate inžinierių komanda, kuriai teko iššūkis suprojektuoti ir pastatyti čiuožyklą, kad gumuliukas kuo greičiau nukristų žemyn ir nusileistų puodelyje. Kamanos turi likti trasoje ir nusileisti puodelyje. Čiuožykla turi būti pajėgi atsistoti atskirai (save palaikanti).
Kriterijai
- Gumballas turi likti „trasoje“.
- Gumballas turi nusileisti puodelyje. (Kur įdėsite taurę, priklauso jūsų komandai)
- Pristatymas turi būti savarankiškas (stovėti atskirai).
Suvaržymai
- Negalite stumti gumbalo, kad pradėtumėte.
- Naudokite tik pateiktas medžiagas.
- Komandos gali prekiauti neribota medžiaga.
3 veikla - „Gumball Machine“: „Design Challenge“
Esate inžinierių komanda, kuriai teko iššūkis sukurti ir pastatyti interaktyvią guminę mašiną, kuri pritrauktų klientus į žaislų parduotuvę. Mašina turi turėti vieną interaktyvų elementą ir mažiausiai vieną kilpą. Mašina taip pat turi sugebėti atsistoti pati (save palaikanti) ir būti kuo kūrybiškesnė.
Kriterijai
- Laikykite gumbą ant tako.
- Turi vieną interaktyvų elementą.
- Turėkite mažiausiai 1 kilpą.
- Būkite savarankiški (atsistokite patys) ir būkite kuo kūrybiškesni.
Suvaržymai
- Naudokite tik pateiktas medžiagas.
- Komandos gali prekiauti neribota medžiaga.
- Padalinkite klasę į 3-4 komandas.
- Išdalinkite „Interactive Gumball Machine“ darbalapį ir keletą popieriaus lapų, skirtų eskizams piešti.
- Aptarkite temas skyriuje „Pagrindinės sąvokos“.
- 1 veikla: perskaitykite gumball mašinų istoriją ir aptarkite pagrindinį projekto iššūkį. Paklauskite mokinių, kokius automatus jie matė anksčiau ir kokius automatus jie norėtų turėti mokykloje ar savo mieste.
- 2 veikla: Gumball slide - Paaiškinkite mokiniams, kad jie tyrinės gravitaciją ir energiją darydami savo gumball slide.
- 3 veikla: „Gumball Machine“ - skirkite laiko aptarti, ką reiškia interaktyvumas ar sąveika. Paprašykite studentų tai apibrėžti ir pateikti keletą pavyzdžių.
- Sąveika - tai tam tikras veiksmas, atsirandantis, kai du ar daugiau objektų veikia vienas kitą.
- Interaktyvus - veikia vienas su kitu.
- Pavyzdys: Vaizdo žaidimai - vartotojo ir žaidimo sąveika. Tai yra interaktyvus, nes norint, kad žaidimas judėtų į priekį, reikia, kad vartotojas dalyvautų.
- Norėdami paskatinti studentus galvoti apie tai, kaip jų gumball mašina bus interaktyvi, galite parodyti toliau pateiktas nuotraukas: (Atneškite vaizdus)
- Peržiūrėkite kiekvienos veiklos inžinerinio projektavimo procesą, projektavimo iššūkį, kriterijus, apribojimus ir medžiagas.
- Pateikite kiekvienai komandai savo medžiagą.
- Paaiškinkite, kad studentai turi atlikti 3 užsiėmimus.
- 1 veikla: sužinokite apie gumbalo mašinos istoriją.
- 2 veikla: suprojektuokite ir pastatykite gumball slide.
- 3 veikla: suprojektuokite ir sukonstruokite interaktyvią gumball mašiną.
- Praneškite, kiek laiko jie turi projektuoti ir kurti:
- 1 veikla: Gumballo mašinos istorija (1/2 val.).
- 2 veikla: „Gumball Slide“ (1 valanda).
- 3 užsiėmimas: interaktyvus gumbo aparatas (1-2 val.).
- Naudokite laikmatį arba tiesioginį chronometrą (atgalinio skaičiavimo funkcija), kad užtikrintumėte laiko laikymąsi. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Duokite studentams reguliarius „laiko patikrinimus“, kad jie liktų atlikti užduotis. Jei jie stengiasi, užduokite klausimus, kurie paskatins juos greičiau rasti sprendimą.
- Studentai susitinka ir parengia 2 veiklos planą: jų gumball slide.
- Komandos stato savo gumball slide.
- Kiekviena komanda išbando savo čiuožyklos dizainą uždėdama marmurą ant savo čiuožyklos viršaus ir leisdama jam susisukti į puodelį. Studentai gali nuspręsti, kur jie norėtų įdėti taurę. Studentai turėtų dokumentuoti, ar marmuras liko ant tako ir ar jis pateko į taurę.
- Suraskite klasės diskusiją, naudodamiesi šiais klausimais:
- Kas lemia, kad gumbas pradeda slinkti žemyn? (Gravitacija)
- Kokios energijos turi gumbas, prieš ją išleidžiant? (Potencinė energija)
- Kokios energijos turi gumbas po to, kai ją išlaisvinai? (Kinetinė energija)
- Kur rasite didžiausią potencialios energijos kiekį? Kodėl? (Skaidrės viršus, nes tai aukščiausias skaidrės taškas, PE = mgh)
- Kur rasite didžiausią kinetinės energijos kiekį? Kodėl? (Slydimo apačia, nes ten greičiausiai judės gumbas, KE = 1 / 2mv2)
- Ar gumbas dirba? Kodėl? (Taip, ji veikia jėgą ir juda atstumu žemyn skaidrę, W = fd)
- Kaip privertėte savo gumbą greičiau nusileisti skaidriu? (Padidinkite skaidrės nuolydį, ilgį arba abu.)
- Kur padėsite taurę, kad joje nusileistų gumbas? (Tai bus skirtinga kiekvienai komandai.)
- Kodėl gumbas nori tęsti? („Momentum“)
- Kaip galėtum sulėtinti gumbą? (Įveskite trintį)
- Studentai susitinka ir parengia 3 veiklos planą: savo interaktyvų danties mašiną.
- Komandos kuria savo interaktyvų gumball machine.
- Kiekviena komanda išbando savo gumball mašinos konstrukciją, padėdama gumball į pradinį tašką savo mašinoje ir leisdama jam sekti takelį, kol jis pateks į taurę. Studentai turėtų parodyti, kaip veikia interaktyvus elementas ir kilpa (-os). Studentai turėtų dokumentais patvirtinti, kiek laiko trunka gumbas nuo pradinio taško iki taurės. Jaunesniems studentams, kad sugautumėte gumeles, naudokite popieriaus krepšelį, o ne taures.
- Klasėje aptarkite mokinių apmąstymų klausimus.
- Daugiau informacijos šia tema rasite skyriuje „Kasimas giliau“.
Studentų refleksija (inžinerinis sąsiuvinis)
- Kas sekėsi gerai?
- Kas nesisekė?
- Koks yra jūsų mėgstamiausias interaktyvios gumelės elementas?
- Jei turėtumėte laiko dar kartą pertvarkyti, kokius pakeitimus atliktumėte?
Laiko keitimas
Pamoka vyresniems mokiniams gali būti atliekama vos per 1 klasės laikotarpį. Tačiau norėdami padėti studentams nesijausti skubotiems ir užtikrinti mokinių sėkmę (ypač jaunesniems studentams), padalykite pamoką į du laikotarpius, suteikdami studentams daugiau laiko galvoti, išbandyti idėjas ir užbaigti jų dizainą. Atlikite testavimą ir trumpą informaciją kitame klasės laikotarpyje.
- Pagreitis: greitis, kuriuo objektas keičia savo greitį. Objektas įsibėgėja, jei keičia savo greitį ar kryptį. Objektas įsibėgėja, jei keičia savo greitį (ir greitėja, ir lėtėja).
- Apribojimai: medžiagų, laiko, komandos dydžio apribojimai ir kt.
- Kriterijai: sąlygos, kurias turi atitikti dizainas, pavyzdžiui, bendras dydis ir kt.
- Energija: gebėjimas atlikti darbą. Jūs dirbate, kai naudojate jėgą (stūmimą arba traukimą), kad sukeltumėte judėjimą.
- Inžinieriai: pasaulio išradėjai ir problemų sprendėjai. Inžinerijoje pripažįstamos dvidešimt penkios pagrindinės specialybės (žr. infografiką).
- Inžinerinis projektavimo procesas: procesų inžinieriai naudoja problemas spręsti.
- Inžineriniai proto įpročiai (EHM): šeši unikalūs inžinierių mąstymo būdai.
- Jėga: objekto stūmimas arba traukimas, atsirandantis dėl objekto sąveikos su kitu objektu.
- Trintis: jėga, kuri priešinasi objekto judėjimui.
- Gravitacija: traukos jėga, kuria veikiami objektai linkę kristi į žemės centrą.
- Sąveika: veiksmo rūšis, kuri įvyksta, kai du ar daugiau objektų daro poveikį vienas kitam.
- Interaktyvus: veikimas vienas su kitu.
- Kinetinė energija: judėjimo energija. Visi judantys objektai turi kinetinę energiją. Kinetinės energijos kiekis priklauso nuo objekto masės ir greičio. Kinetinės energijos formulė yra KE=1/2mv2. [m = objekto masė, v = objekto greitis]
- Iteracija: Testavimas ir pertvarkymas yra viena iteracija. Pakartokite (keli pakartojimai).
- Masė: medžiagos kiekis kūne.
- Judėjimas: kūno padėties pokytis laiko atžvilgiu, matuojamas konkretaus stebėtojo atskaitos sistemoje.
- Potenciali energija: padėties energija. Potencialios energijos kiekis priklauso nuo objekto masės ir aukščio. Potencialios energijos formulė yra PE=mgh. [m = objekto masė, g = pagreitis dėl gravitacijos (9.8 m/s2), h = objekto aukštis]
- Prototipas: veikiantis bandomo sprendimo modelis.
- Greitis: kaip greitai juda objektas.
- Greitis: greitis, kuriuo objektas keičia savo padėtį. Impulsas: masė juda. Impulso dydis priklauso nuo to, kiek daiktų juda ir kaip greitai jie juda.
- Svoris: Žemės gravitacinės traukos jėga kūnui.
- Darbas: priverstinis veiksmas, veikiantis objektą, perkelti jį per atstumą. Darbo formulė yra W = fd. [f = objektui taikoma jėga, d = objekto poslinkis].
Rekomenduojama literatūra
- Automatai: Amerikos socialinė istorija (ISBN: 978-0786413690) Automatai (ISBN: 978-0981960012)
Rašymo veikla
- Paprašykite mokinių parašyti trumpas istorijas apie savo gumbalo mašinos „gyvenimo dieną“. Su kuo susitinka gumbalo mašina ir kas nutinka? Kaip gumbalo mašina keičia vaikų, gaunančių iš jo gumbą, gyvenimą?
- Studentai taip pat galėtų sukurti skelbimą, kad pritrauktų daugiau klientų į žaislų parduotuvę. Juose skelbime turėtų būti interaktyvus gumbo aparatas. Kodėl vaikai turėtų ateiti į šią žaislų parduotuvę? Kodėl privaloma aplankyti interaktyvią gumbalo mašiną?
Derinimas su ugdymo turinio sistemomis
Pastaba: Šios serijos pamokų planai yra suderinti su vienu ar keliais iš šių standartų rinkinių:
- JAV mokslo švietimo standartai (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- JAV naujos kartos mokslo standartai (http://www.nextgenscience.org/)
- Tarptautinės technologijų švietimo asociacijos technologinio raštingumo standartai (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- JAV Nacionalinės matematikos mokytojų tarybos principai ir mokyklinės matematikos standartai (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- JAV bendrieji pagrindiniai matematikos standartai (http://www.corestandards.org/Math)
- Kompiuterijos mokytojų asociacijos K-12 informatikos standartai (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Nacionaliniai gamtos mokslų standartai K-4 klasės (nuo 4 iki 9 metų)
TURINIO A STANDARTAS: Mokslas kaip tyrimas
Dėl veiklos visi studentai turėtų tobulėti
- Gebėjimai atlikti mokslinius tyrimus
- Supratimas apie mokslinius tyrimus
B TURINIO STANDARTAS: Fizikos mokslai
Dėl veiklos visi studentai turėtų išsiugdyti supratimą
- Šviesa, šiluma, elektra ir magnetizmas
TURINIO E STANDARTAS: Mokslas ir technologijos
Dėl veiklos visi studentai turėtų tobulėti
- Supratimas apie mokslą ir technologijas
Nacionaliniai gamtos mokslų standartai 5–8 klasės (10–14 m.)
TURINIO A STANDARTAS: Mokslas kaip tyrimas
Dėl veiklos visi studentai turėtų tobulėti
- Gebėjimai atlikti mokslinius tyrimus
- Supratimas apie mokslinius tyrimus
B TURINIO STANDARTAS: Fizikos mokslai
Dėl savo veiklos visi studentai turėtų išsiugdyti supratimą
- Medžiagos savybės ir savybių pokyčiai
- Energijos perdavimas
TURINIO E STANDARTAS: Mokslas ir technologijos
Dėl veiklos visi studentai turėtų tobulėti
- Supratimas apie mokslą ir technologijas
Naujos kartos mokslo standartai, 3–5 klasės (8–11 m.)
Materija ir jos sąveika
Studentai, kurie demonstruoja supratimą, gali:
- 2-PS1-2. Analizuokite duomenis, gautus bandant skirtingas medžiagas, kad nustatytumėte, kurios medžiagos turi savybes, kurios geriausiai tinka numatytam tikslui.
- 5-PS1-3. Atlikite stebėjimus ir matavimus, kad nustatytumėte medžiagas pagal jų savybes
Technologinio raštingumo standartai - visų amžių
dizainas
- 10 standartas: studentai supras problemų, susijusių su trikčių šalinimu, tyrimais ir plėtra, išradimais ir naujovėmis bei eksperimentais, sprendžiant problemas.
Scenarijus
Vietinė žaislų parduotuvė turi pritraukti daugiau klientų, todėl jie paprašė jūsų klasės padėti jiems sukurdami specialų ekraną, kuris bus įrengtas parduotuvės centre ir bus įdomus vaikams - interaktyvus gumuliukas!
Dizaino iššūkis
Suprojektuokite ir pastatykite įdomų interaktyvų guminukų aparatą, kuris pritrauks klientus į žaislų parduotuvę.
Kriterijai
Visi dizainai turi:
- laikyk gumbą trasoje,
- turėti vieną interaktyvų elementą,
- turėti mažiausiai 1 kilpą,
- būti savarankiškam (atsistoti atskirai) ir
- būti kuo kūrybiškesnis.
Suvaržymai
- Turite naudoti tik pateiktas medžiagas.
Komandos nariai:_____________________________________________
Interaktyvus „Gumball“ mašinos pavadinimas: __________________________________________
Planavimo etapas
Susitikite kaip komanda ir aptarkite problemą, kurią turite išspręsti. Tada sukurkite ir susitarkite dėl savo gumball mašinos dizaino. Turėsite nustatyti, kokias medžiagas norite naudoti. Žemiau esančiame laukelyje atkreipkite savo dizainą ir būtinai nurodykite planuojamų naudoti dalių aprašymą ir skaičių.
„Gumball skaidrės“ „Brainstorm“ dizainas:
Pasirinkite geriausią dizainą ir eskizuokite jį čia:
Statybos etapas
Sukurkite savo gumball mašiną. Statybos metu galite nuspręsti, kad jums reikia papildomų medžiagų arba kad jūsų dizainas turi būti pakeistas. Tai gerai - tiesiog sukurkite naują eskizą ir peržiūrėkite savo medžiagų sąrašą.
Testavimo etapas
Kiekviena komanda išbandys savo gumbalo mašiną. Jei jūsų dizainas nebuvo sėkmingas, pertvarkykite ir išbandykite dar kartą, kol nebūsite patenkinti. Būtinai stebėkite kitų komandų testus ir stebėkite, kaip veikia skirtingi jų dizainai.
Nubraižykite savo galutinį dizainą
Vertinimo etapas
Įvertinkite savo komandų rezultatus, užpildykite vertinimo darbalapį ir pristatykite savo išvadas klasei.
Norėdami įvertinti komandos rezultatus interaktyvioje „Gumball Machine“ pamokoje, naudokite šį darbalapį:
- Kas sekėsi gerai?
- Kas nesisekė?
- Koks yra jūsų mėgstamiausias interaktyvios gumelės elementas?
- Jei turėtumėte laiko dar kartą pertvarkyti, kokius pakeitimus atliktumėte?