Дизајн на прилагоден уред
Оваа лекција се фокусира на инженерството на адаптивни или помошни уреди, како што се протетски уреди, инвалидски колички, очила, шипки за грабање, слушни помагала, лифтови, загради итн. Студентите работат во тимови за да дизајнираат подобрување на постоечки адаптивен уред или нов уред кој решава одреден проблем.
- Дознајте повеќе за адаптивни уреди.
- Дознајте како тековните промени на адаптивните уреди имаат влијание врз секојдневниот живот.
- Дознајте за тимската работа и процесот на дизајнирање / решавање на инженерските проблеми.
Возрасни нивоа: 8-18
Изградба на материјали (за секој тим)
Потребни материјали
- Еден пар наочари или очила за сонце (или стари или ефтини нови)
- Комплет за поправка на очила (вклучувајќи мини шрафцигер, шрафови за замена и ако е можно лупа)
Дизајн предизвик
Вие сте тим од инженери со оглед на предизвикот да научите за адаптивни уреди. Прво ќе расклопите и повторно ќе соберете пар очила или очила за сонце за да стекнете подобро разбирање за материјалите и дизајнот. Потоа, ќе дизајнирате подобрување на постоечки адаптивен уред или ќе дизајнирате нов уред за да го решите проблемот со кој се соочуваат луѓето (или животните) и ќе го претставите на класот.
Критериуми
- Работете како тим за да идентификувате физички предизвик кој вашиот дизајн ќе помогне да се ублажи.
- Презентирајте го вашиот дизајн на класот:
- Опишете како функционира вашиот уред, технички, со зборови...вклучете ги материјалите од кои мислите дека би бил направен и колку мислите дека може да чини производот.
- Покажете скица или на вашиот конечен дизајн или на ситуација каде што се користи.
- Опишете како вашиот тим верува дека инженерите влијаеле на светот.
Ограничувања
Користете ги само дадените материјали.
- Пауза од часови во тимови од 3-4.
- Поделете го работниот лист за приспособлив дизајн на уред, како и неколку листови хартија за скицирање дизајни.
- Дискутирајте за темите во делот за концепти во заднина. Размислете да ги прашате учениците што е адаптивен уред.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
- Обезбедете им на секој тим свои материјали.
- Објаснете им дека учениците ќе ги завршуваат задачите на работните листови на учениците.
- Побарајте од учениците да ги пополнат првите работни листови за учениците, дискутирајќи за производите прикажани на листот, одредувајќи дали производот е адаптивен уред и која била целта на инженерите.
- Побарајте од учениците да го пополнат вториот работен лист со расклопување и повторно составување на стар пар наочари или очила за сонце за да ги проценат материјалите и дизајнот.
- Побарајте од учениците да го пополнат третиот работен лист работејќи како тим за да дизајнираат подобрување на постоечки адаптивен уред или да дизајнираат нов уред што решава проблем за луѓето (или животните). Тие треба:
- Идентификувајте физички предизвик кој нивниот уред ќе помогне да се ублажи (на пример, кучето кое е подложено на операција на грбот сè уште треба да може да оди на прошетка).
- Скицирајте го новиот адаптивен уред или подобрен уред.
- Презентирајте ги своите идеи на класот во три форми:
- Опишете како функционира нивниот уред, технички, со зборови...вклучете ги материјалите од кои тие мислат дека би бил направен и колку тие мислат дека може да чини производот.
- Покажете скица или на нивниот конечен дизајн или на ситуација каде што се користи.
- Опишете како тимот верува дека инженерите влијаеле на светот.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
- За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.
Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)
Чекор 1 - расклопување:
- Колку компоненти најдовте?
- Кои различни видови материјали (пластика, метали, стакло) беа дел од последниот пар очила?
- Ако ги реинжинериравте овие очила за да ги направите побезбедни, дали би го промениле обликот на некој од компонентите? Зошто? Зошто да не?
- Ако ги реинжинериравте овие очила за да ги направите побезбедни, дали би ги промениле материјалите што се користат за производство на некој од компонентите? Зошто? Зошто да не?
- Кој беше најтешкиот дел од процесот на повторно склопување? Зошто?
Чекор 2 - Повторно склопување
- Дали мислите дека склопувањето би било полесно да се управува со машина? Зошто? Зошто да не?
- Што мислите, колку би било тешко за лице со артритис во рацете повторно да ги собере очилата?
Модификација на времето
Лекцијата може да се заврши во период од само 1 час за постари ученици. Сепак, за да им помогнете на студентите да се почувствуваат избрзани и да обезбедат успех на студентите (особено за помладите ученици), поделете ја лекцијата во два периоди, давајќи им на студентите повеќе време за бура на идеи, тест идеи и финализирање на нивниот дизајн. Спроведете тестирање и дебрифија во следниот час.
Кому му требаат адаптивни уреди?
Адаптивни или помошни уреди се развиени за да им помогнат на поединците со широк опсег на попречености да ја подобрат нивната способност да живеат здрав и независен. Се проценува дека 54 милиони Американци имаат одреден степен на попреченост. Како што е дефинирано во Американското истражување за приходи и учество во програмата, лицата на возраст од 15 години и повеќе биле идентификувани како со попреченост доколку исполнуваат некој од следниве критериуми:
- Користев инвалидска количка, бастун, патерици или шетач
- Имаше потешкотии при извршување на една или повеќе функционални активности (гледање, слушање, зборување, кревање/носење, користење скали, одење или фаќање мали предмети)
- Имаше потешкотии со една или повеќе активности од секојдневниот живот. (ADL вклучува движење во домот, влегување или станување од кревет или стол, капење, облекување, јадење и тоалет.)
- Имаше потешкотии со една или повеќе инструментални активности од секојдневниот живот. (ИАДЛ вклучуваше излегување надвор од домот, следење на парите и сметките, подготвување оброци, вршење лесни домашни работи, земање лекови на рецепт во вистинска количина во вистинско време и користење на телефонот.)
- Имаше една или повеќе специфицирани состојби (попреченост во учењето, ментална ретардација или друга развојна попреченост, Алцхајмерова болест или некој друг вид на ментална или емоционална состојба)
- Имаше ментална/емоционална состојба која сериозно ги попречува секојдневните активности
- Имаше состојба што ја ограничуваше можноста за работа низ куќата
- Ако на возраст од 16 до 67 години, имало состојба што го отежнувала работењето на работа или бизнис
- Доби федерални бенефиции на САД врз основа на неспособност за работа
Според неодамнешните статистички податоци за Соединетите држави:
- 25 милиони имале потешкотии да одат четвртина милја или да се качат на лет од 10 скали или користеле амбулантна помош, како што е инвалидска количка (2.2 милиони) или бастун, патерици или пешачење (6.4 милиони).
- Околу 18 милиони имаа потешкотии да кренат и да носат торба од 10 килограми со намирници или да фатат мали предмети.
- Околу 14.3 милиони имале ментална попреченост, вклучувајќи 1.9 милиони со Алцхајмерова болест, сенилност или деменција; и 3.5 милиони со пречки во учењето.
- Околу 8.0 милиони имале потешкотии да слушнат што е кажано во нормален разговор со друго лице (дури и кога носеле слушно помагало).
- Околу 7.7 милиони имаа потешкотии да ги видат зборовите и буквите во обичните печатени весници (дури и со очила); Од нив, 1.8 милиони не можеле да видат зборови и букви во обичните печатени весници.
Размислувања за дизајн на инвалидска количка
Историја на инвалидска количка
Грчките вазни од 530 п.н.е. покажуваат тркала вградени во мебелот. И, во 535 н.е., гравура покажува инвалидска количка, а кралот Филип II од Шпанија имал инвалидска количка во 1595 година - така што потребата да се користат тркала за олеснување на движењето датира од многу одамна.
Што има ново?
Во поново време, материјали како што е титаниум се користат за подобрување на тежината и маневрирањето на инвалидските колички. И, бидејќи спортовите во инвалидски колички станаа популарни, инженерите мораа да дизајнираат дополнителни функции и способности во спортските колички за да ја задоволат потребата на корисниците кои се потпираат на столот за брзина и прецизни движења.
Размена на материјали/дизајн
Инженерите треба да земат различни размислувања кога дизајнираат инвалидска количка. На пример, тие знаат дека титаниумот е најдобриот материјал во однос на односот на силата и тежината - но тоа е исклучително скап материјал. Од друга страна, јаглеродните влакна се помалку скапи и издржливи. Различни клиенти може да претпочитаат различни материјали. Инженерите би можеле да се обидат да развијат најлесна инвалидска количка - полесна столица потенцијално би ја намалила количината на повреди на зглобот бидејќи клиентот би имал полесна столица за маневрирање. И, инженерите можеби ќе треба да размислат за типот на гуми што имаа најголема смисла за инвалидска количка. Исто така, системот за сопирање е важен - колку е лесно за некој со намалена подвижност да ги користи сопирачките? Каков тип на мотор би функционирал најдобро за моторизирано столче - колку брзо е пребрзо? Дали новиот дизајн на инвалидска количка ќе се вклопи на стандардните рампи за инвалидска количка? Инженерите ќе мора целосно да ја редизајнираат инвалидската количка за употреба од деца кои можеби имаат различни потреби и способности за сопирање од возрасните. И, цената е секогаш голема грижа - ако инженерите ја дизајнираат најдобрата инвалидска количка, но чини повеќе отколку што повеќето луѓе би можеле да си дозволат, производот ќе пропадне.
истражувања
При развивањето на нови дизајни, инженерите би можеле да спроведат анкети на корисниците за да откријат кој тип на стол е најудобен, најлесен за движење и најлесен за сопирање. Дополнително, се прават студии за да се утврди количеството кислород што клиентот го користи за поместување на столот, како показател за тоа колку енергија е потрошена за да се направи столот да се движи напред. Некои моторизирани инвалидски колички се движат толку брзо што се прави тест за судар за да се утврди како столот би го заштитил клиентот во случај на несреќа.
- Адаптивен или помошен уред: развиен за да им помогне на поединците со широк опсег на попречености да ја подобрат нивната способност да живеат здрав и независен.
- Ограничувања: Ограничувања со материјалот, времето, големината на тимот итн.
- Критериуми: Услови кои дизајнот мора да ги задоволува како неговата вкупна големина итн.
- Расклопување: Раздвојте нешто.
- Инженери: Пронаоѓачи и решавачи на проблеми на светот. Дваесет и пет главни специјалитети се препознаени во инженерството (види инфографик).
- Процес на инженерско дизајнирање: Процесните инженери користат за да решаваат проблеми.
- Инженерски навики на умот (EHM): Шест уникатни начини на кои размислуваат инженерите.
- Итерација: Тестот и редизајнот е една итерација. Повторете (повеќе повторувања).
- Протетски уред: Уред дизајниран да замени дел од телото што недостасува или да направи дел од телото да работи подобро.
- Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
- Повторно составување: За да се спојат деловите од нешто повторно заедно.
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Дизајнот на секојдневните работи од Доналд А. Норман (ISBN: 978-0465050659)
- Дизајн и развој на производи од Улрих Епингер (ISBN: 978-9352601851)
Активност за пишување
Напишете есеј или параграф кој опишува кој адаптивен уред што мислите дека најдраматично влијаел на светот. Наведете придружни детали и понудете предлози за понатамошни подобрувања на овој уред.
Усогласување со рамки на наставните програми
Белешка: Сите планови за лекции во оваа серија се усогласени со САД Национални стандарди за образование во наука (произведени од Национален совет за истражување и одобрен од Националното здружение на наставници по наука), и доколку е применливо, на Стандардите за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост и Националниот совет на наставници по математички принципи и стандарди за училишна математика.
Национални стандарди за образование во наука Одделение К-4 (возраст 4-9)
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности во 5-8 одделение, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Ризици и придобивки
- Наука и технологија во општеството
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Науката како човечки потфат
Национални стандарди за образование во наука Одделение 5-8 (возраст од 10-14)
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности во 5-8 одделение, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Лично здравје
- Ризици и придобивки
- Наука и технологија во општеството
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Природа на науката
- Историја на науката
Национални стандарди за образование во наука Одделение 9-12 (возраст од 14-18)
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Лично здравје и здравје во заедницата
- Наука и технологија во локални, национални и глобални предизвици
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Историски перспективи
Стандарди за технолошка писменост - сите векови
Природата на технологијата
- Стандард 1: Студентите ќе развијат разбирање за карактеристиките и обемот на технологијата.
- Стандард 3: Студентите ќе развијат разбирање за односите меѓу технологиите и врските помеѓу технологијата и другите области на студии.
Технологија и општество
- Стандард 4: Студентите ќе развијат разбирање за културните, социјалните, економските и политичките ефекти на технологијата.
- Стандард 6: Студентите ќе развијат разбирање за улогата на општеството во развојот и употребата на технологијата.
- Стандард 7: Студентите ќе развијат разбирање за влијанието на технологијата врз историјата.
дизајн
- Стандард 10: Студентите ќе развијат разбирање за улогата на смена на проблеми, истражување и развој, пронајдоци и иновации и експериментирање во решавање проблеми.
Способности за технолошки свет
- Стандард 13: Студентите ќе развијат способности за проценка на влијанието на производите и системите.
Дизајнираниот свет
- Стандард 17: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да изберат и да користат информатички и комуникациски технологии.
Индустриски инженеринг
Компјутерско инженерствоКако тим, пополнете го следниот работен лист, означувајќи кој од производите подолу ќе се смета за „прилагодливи уреди“.
| Производ | Адаптивно? Да или Не | Зошто да или зошто не | Која беше целта на инженерите? |
| Очила | |||
| Платформи | |||
| Количка за бебе |
|||
| Гледајте што зборува времето |
|||
| Вокер | |||
| Слушалки | |||
| Фрли |
Делови од компонентите
Чекор еден: Како тим, расклопете пар стари, неупотребливи очила за сонце или очила, користејќи комплет за поправка на очила што ви е обезбеден.
Прашања:
- Колку компоненти најдовте?
- Кои различни видови материјали (пластика, метали, стакло) беа дел од последниот пар очила?
- Ако ги реинжинериравте овие очила за да ги направите побезбедни, дали би го промениле обликот на некој од компонентите? Зошто? Зошто да не?
- Ако ги реинжинериравте овие очила за да ги направите побезбедни, дали би ги промениле материјалите што се користат за производство на некој од компонентите? Зошто? Зошто да не?
Чекор два: Повторно составете ги чашите.
Прашања:
- Кој беше најтешкиот дел од процесот на повторно склопување? Зошто?
- Дали мислите дека склопувањето би било полесно да се управува со машина? Зошто? Зошто да не?
- Што мислите, колку би било тешко за лице со артритис во рацете повторно да ги собере очилата?
Низ историјата, инженерите ги решавале проблемите со развивање производи и системи за помош на луѓето. Во областа на адаптивниот инженерски дизајн, целта е да се создадат производи кои го прават животот полесен, поздрав и понезависен за оние кои се соочуваат со предизвици. Следното е само кратка листа на многу уреди кои се дизајнирани да им помогнат на луѓето и животните:
- инвалидски колички
- пешаци
- очила
- прилагодливи градинарски алатки
- помагала за слушање
- адаптивни седишта за кану
- замена на зглобовите
- вештачки екстремитети
- адаптивни скии на вода
- помагала за облекување
- сигурносни шипки за кади
- адаптивна фитнес опрема
- столици за туширање
- алатки за отворање тегли
- специјален компјутерски глушец
- маска за апнеја при спиење
- адаптивни палки за голф
- управувачки тркала
- адаптивни трицикли
- лифтови за коњи
- патерици
- држачи за карти за играње
- постелнина
- осветлени зголемувачи
- преголеми прекинувачи за светилки
- адаптивни џојстици за видео игри
Вие сте инженерски тим!
Вашиот предизвик е да работите како тим за да го подобрите постоечкиот приспособлив производ или да смислите нов кој решава специфичен проблем со кој се соочуваат поединци (или животни) кои се соочуваат со физички предизвици.
Наведете ги проблемите:
- Идентификувајте физички предизвик за кој вашиот производ ќе помогне да се ублажи (на пример, кучето кое е подложено на операција на грбот сè уште треба да може да оди на прошетка).
- Како тим, развијте нов производ на хартија или развијте подобрување на постоечки производ што ги задоволува потребите на личноста/животното.
- Презентирајте ги вашите идеи на часот во три форми:
- опишете како функционира вашиот производ, технички, со зборови...вклучете ги материјалите од кои мислите дека би бил направен и колку мислите дека може да чини производот.
- нацртајте илустрација или за вашиот краен производ или за ситуација каде што се користи.
- опишете како вашиот тим верува дека инженерите влијаеле на светот.
