Interaktīvā Gumball mašīna

Materiālu veidošana (katrai komandai)

Nepieciešamie materiāli gan 2., gan 3. darbībai (iespēju tabula)

• Kartona kastes  
• 2 litru plastmasas pudeles  
• papīra tases  
• Popsicle nūjas  
• Dībeļi 
• Skewers  
• Māls  
• Cauruļu tīrīšanas līdzekļi  
• Šķēres  
• Gumijas lentes 
• Rinda  
• Saspraudes  
• Binder klipi  
• Kartes un / vai failu mapes  
• Kartona gabali (sagrieziet dažas kastes dažāda lieluma gabalos)  
• Maskēšanas lentu  
• 6 'Caurules (cauruļu izolators gareniski pārgriezts uz pusēm) - 1 komandai  
• Xacto nazis (skolotājam)   

Pārbaudes materiāli

• Gumbas (vai bumbiņas, kas apzīmē gumijas, ja jūsu skolā nav atļauta gumija)
• papīra tases
• Papīra grozs (jaunākiem studentiem)

1. Sadaliet klasi komandās pa 3-4.
2. Izdodiet Interaktīvās Gumball Machine darblapu, kā arī dažas papīra lapas dizaina skicēšanai.
3. Apspriediet sadaļas Fona jēdzieni tēmas.
   • 1. aktivitāte: izlasiet vēsturi aiz gumijas mašīnām un apspriediet kā galveno dizaina izaicinājumu. Pajautājiet studentiem, kādus tirdzniecības automātus viņi ir redzējuši iepriekš un kādus tirdzniecības automātus viņi vēlētos izmantot skolā vai savā pilsētā.
   • 2. aktivitāte: Gumball slide - Paskaidrojiet studentiem, ka, veicot savu gumijas slaidu, viņi izpētīs smagumu un enerģiju.
   • 3. aktivitāte: Gumball Machine - veltiet laiku, lai apspriestu interaktīvo vai mijiedarbības nozīmi. Palūdziet studentiem to definēt un pēc tam sniedziet dažus piemērus.
     • Mijiedarbība ir darbības veids, kas notiek, kad divi vai vairāki objekti ietekmē viens otru.
     • Interaktīvs - darbojas viens ar otru.
       • Piemērs: Video spēles - mijiedarbība starp lietotāju un spēli. Tas ir interaktīvs, jo tas prasa lietotājam piedalīties, lai spēle virzītos uz priekšu.
     • Lai liktu studentiem domāt par to, kā viņu gumijas mašīna būs interaktīva, jūs varētu parādīt zemāk redzamos fotoattēlus: (Ievest attēlus)
4. Pārskatiet katras aktivitātes projektēšanas procesu, projektēšanas izaicinājumu, kritērijus, ierobežojumus un materiālus.
5. Nodrošiniet katrai komandai savus materiālus.
6. Paskaidrojiet, ka studentiem jāveic 3 darbības.
   • 1. darbība: uzziniet gumijas mašīnas vēsturi.
   • 2. darbība: noformējiet un izveidojiet gumijas slaidu.
   • 3. aktivitāte: Projektējiet un izveidojiet interaktīvu gumijas mašīnu.
7. Paziņojiet, cik daudz laika viņiem jāprojektē un jāuzbūvē:
   • 1. aktivitāte: Gumbala mašīnas vēsture (1/2 stunda).
   • 2. aktivitāte: Gumball Slide (1 stunda).
   • 3. aktivitāte: Interaktīvā Gumball Machine (1-2 stundas).
8. Izmantojiet taimeri vai tiešsaistes hronometru (atpakaļskaitīšanas funkcija), lai nodrošinātu pareizu savlaicīgumu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dodiet studentiem regulāras “laika pārbaudes”, lai viņi turpinātu pildīt uzdevumu. Ja viņi cīnās, uzdodiet jautājumus, kas viņus novedīs pie ātrāka risinājuma.
9. Studenti satiekas un izstrādā 2. aktivitātes plānu: viņu gumball slide.
10. Komandas veido savu gumball slide.
11. Katra komanda pārbauda savu slaidu dizainu, novietojot marmoru slaida augšdaļā un ļaujot tam ievilkties kausā. Studenti var izlemt, kur viņi vēlētos ievietot kausu. Studentiem būtu jādokumentē, vai marmors palika uz ceļa un vai tas nonāca kausā.
12. Veiciet klases diskusiju, izmantojot šādus jautājumus:
    • Kas liek gumijai sākt pārvietoties pa slidkalniņu? (Smagums)
    • Kāda veida enerģija ir gumijam, pirms to atbrīvojat? (Potenciālā enerģija)
    • Kāda veida enerģija ir ķemmīšgliemenim pēc tā atbrīvošanas? (Kinētiskā enerģija)
    • Kur atradīsit vislielāko potenciālās enerģijas daudzumu? Kāpēc? (Slaida augšdaļa, jo tā ir slaida augstākais punkts, PE = mgh)
    • Kur atradīsit vislielāko kinētiskās enerģijas daudzumu? Kāpēc? (Slaida apakšdaļa, jo gumija tur pārvietosies visātrāk, KE = 1 / 2mv2)
    • Vai gumija dara darbu? Kāpēc? (Jā, uz to iedarbojas spēks un tas pārvietojas attālumu pa slaidu, W = fd)
    • Kā jūs panācāt, lai jūsu gumija ātrāk ietu pa slidkalniņu? (Palieliniet slaida slīpumu, garumu vai abus.)
    • Kur jūs ievietosiet savu kausu, lai gumijs tajā piezemētos? (Katrai komandai tas būs atšķirīgs.)
    • Kāpēc gumball vēlas turpināt? (Moments)
    • Kā jūs varētu palēnināt grumbu? (Ieviest berzi)
13. Studenti satiekas un izstrādā 3. aktivitātes plānu: viņu interaktīvo gumijas mašīnu.
14. Komandas būvē savu interaktīvo gumijas mašīnu.
15. Katra komanda pārbauda savu gumijas mašīnas dizainu, novietojot gumiju sākuma punktā viņu mašīnā un ļaujot tai sekot trasei, līdz tā nokļūst kausā. Studentiem jāparāda, kā darbojas interaktīvais elements un cilpa (-s). Studentiem būtu jādokumentē, cik ilgs laiks nepieciešams, lai gumija pārietu no sākuma punkta līdz kausam. Jaunākiem studentiem, lai notvertu gumijas, krūzīšu vietā izmantojiet papīra grozu.
16. Klasē pārrunājiet studentu pārdomu jautājumus.
17. Lai iegūtu vairāk satura par šo tēmu, skatiet sadaļu “Rakšana dziļāk”.

Studentu refleksija (inženieru piezīmju grāmatiņa)

1. Kas izdevās labi?
2. Kas nav veicies labi?
3. Kāds ir jūsu iecienītākais interaktīvās gumijas mašīnas elements?
4. Ja jums būtu laiks vēlreiz pārstrādāt, kādas izmaiņas jūs veiktu?

Nodarbību var veikt tikai 1 klases periodā vecākiem skolēniem. Tomēr, lai palīdzētu studentiem nejusties sasteigtiem un nodrošinātu studentu panākumus (īpaši jaunākiem skolēniem), sadaliet stundu divos periodos, dodot studentiem vairāk laika domāt par idejām, pārbaudīt idejas un pabeigt to noformējumu. Veiciet pārbaudi un pārskatu nākamajā klases periodā.

• Paātrinājums: ātrums, ar kādu objekts maina savu ātrumu. Objekts paātrinās, ja tas maina ātrumu vai virzienu. Objekts paātrinās, ja tas maina savu ātrumu (gan paātrina, gan palēninās). 
• Ierobežojumi: ierobežojumi ar materiālu, laiku, komandas lielumu utt.
• Kritēriji: nosacījumi, kuriem jāatbilst dizainam, piemēram, tā kopējais izmērs utt.
• Enerģija: spēja veikt darbu. Jūs strādājat, ja izmantojat spēku (stumšanu vai vilkšanu), lai izraisītu kustību.  
• Inženieri: pasaules izgudrotāji un problēmu risinātāji. Inženierzinātnēs ir atzītas divdesmit piecas galvenās specialitātes (skatīt infografiku).
• Inženierprojektēšanas process: procesu inženieri izmanto problēmu risināšanai. 
• Prāta inženierijas paradumi (EHM): seši unikāli veidi, kā inženieri domā.
• Spēks: objekta spiešana vai vilkšana, kas rodas objekta mijiedarbības rezultātā ar citu objektu.  
• Berze: spēks, kas pretojas objekta kustībai.
• Gravitācija: pievilkšanās spēks, ar kuru objektiem ir tendence krist uz zemes centru.  
• Mijiedarbība: darbības veids, kas notiek, kad divi vai vairāki objekti ietekmē viens otru.  
• Interaktīvs: darbojas viens ar otru. 
• Kinētiskā enerģija: kustības enerģija. Visiem kustīgajiem objektiem ir kinētiskā enerģija. Kinētiskās enerģijas daudzums ir atkarīgs no objekta masas un ātruma. Kinētiskās enerģijas formula ir KE=1/2mv2. [m = objekta masa, v = objekta ātrums]
• Iterācija: testēšana un pārprojektēšana ir viena iterācija. Atkārtojiet (vairākas iterācijas).
• Masa: Vielas daudzums ķermenī.  
• Kustība: ķermeņa stāvokļa maiņa attiecībā pret laiku, ko mēra konkrēts novērotājs atskaites sistēmā. 
• Potenciālā enerģija: pozīcijas enerģija. Potenciālās enerģijas daudzums ir atkarīgs no objekta masas un augstuma. Potenciālās enerģijas formula ir PE=mgh. [m = objekta masa, g = gravitācijas paātrinājums (9.8 m/s2), h = objekta augstums]  
• Prototips: Pārbaudāmā risinājuma darba modelis.
• Ātrums: cik ātri objekts pārvietojas.  
• Ātrums: ātrums, ar kādu objekts maina savu pozīciju. Impulss: Masa kustībā. Impulsa apjoms ir atkarīgs no tā, cik daudz lietas pārvietojas un cik ātri tās pārvietojas. 
• Svars: Zemes gravitācijas pievilkšanās spēks uz ķermeni.  
• Darbs: piespiediet, iedarbojoties uz objektu, lai to pārvietotu attālumā. Darba formula ir W = fd. [f = spēks, kas pielikts objektam, d = objekta pārvietošanās].

Ieteicamais Reading

• Tirdzniecības automāti: Amerikas sociālā vēsture (ISBN: 978-0786413690) Tirdzniecības automāti (ISBN: 978-0981960012)

Rakstīšanas aktivitāte 

• Palūdziet studentiem rakstīt īsus stāstus par savas gumijas mašīnas “dzīves dienu”. Ar ko satiekas gumijas mašīna un kas notiek? Kā gumijas mašīna maina to bērnu dzīvi, kuri no tā iegūst gumiju?  
• Studenti varēja arī izveidot reklāmu, lai rotaļlietu veikalā piesaistītu vairāk klientu. Viņiem reklāmā jāiekļauj interaktīvā gumijas mašīna. Kāpēc bērniem vajadzētu nākt uz šo rotaļlietu veikalu? Kāpēc ir jāapmeklē interaktīvā gumijas mašīna?

Pielāgošana mācību programmas ietvariem

Piezīme: Šīs sērijas stundu plāni ir saskaņoti ar vienu vai vairākiem no šiem standartu kopumiem:  

• ASV zinātnes izglītības standarti (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• ASV nākamās paaudzes zinātnes standarti (http://www.nextgenscience.org/) 
• Starptautiskās tehnoloģiju izglītības asociācijas tehnoloģiskās pratības standarti (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• ASV Nacionālās matemātikas skolotāju skolu matemātikas principu un standartu padome (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• ASV matemātikas kopējie pamatstandarti (http://www.corestandards.org/Math)
• Datorzinātņu skolotāju asociācijas K-12 datorzinātņu standarti (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nacionālie zinātnes izglītības standarti K-4 pakāpe (no 4 līdz 9 gadiem)

SATURA A STANDARTS: Zinātne kā izmeklēšana

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties

• Zinātniskās izpētes veikšanai nepieciešamās spējas 
• Izpratne par zinātnisko izpēti 

SATURA B STANDARTS: Fiziskā zinātne

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par

• Gaisma, siltums, elektrība un magnētisms 

E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija 

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties

• Izpratne par zinātni un tehnoloģiju 

Nacionālie zinātnes izglītības standarti 5. – 8. Klase (vecumā no 10 līdz 14 gadiem)

SATURA A STANDARTS: Zinātne kā izmeklēšana

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties

• Zinātniskās izpētes veikšanai nepieciešamās spējas 
• Izpratne par zinātnisko izpēti 

SATURA B STANDARTS: Fiziskā zinātne

Viņu aktivitāšu rezultātā visiem studentiem būtu jāattīsta izpratne par

• Matērijas īpašības un īpašību izmaiņas 
• Enerģijas nodošana 

E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties

• Izpratne par zinātni un tehnoloģiju 

Nākamās paaudzes zinātnes standarti, 3. – 5. Klase (8. – 11. Vecums)

Matērija un tās mijiedarbība 

Studenti, kuri izrāda sapratni, var:

• 2-PS1-2. Analizējiet datus, kas iegūti, testējot dažādus materiālus, lai noteiktu, kuriem materiāliem ir īpašības, kas vislabāk atbilst paredzētajam mērķim.
• 5-PS1-3. Veiciet novērojumus un mērījumus, lai identificētu materiālus, pamatojoties uz to īpašībām

Tehnoloģiskās pratības standarti - visos vecumos

Dizains

• 10. standarts: Studenti attīstīs izpratni par problēmu novēršanas, izpētes un izstrādes, izgudrošanas un inovācijas un eksperimentēšanas nozīmi problēmu risināšanā.

• arābu
• ķīniešu
• Franču
• vācu
• Japānas
• portugālis
• krievu
• Spāņu