Век на пластика
Оваа лекција истражува како развојот на пластиката - и инженерството на пластичните компоненти во секојдневните производи - влијаеле на светот. Студентите учат за историјата на пластиката, што прават инженерите за пластика и колку производи се подобрени преку додавање на пластични компоненти. Студентите работат во тимови за да идентификуваат производи без пластика и производи за кои мислат дека не можат да постојат во препластичен свет. Тие работат како тимови на „инженери“ за да видат дали можат да редизајнираат производ за да користат 50% помалку пластични компоненти отколку во сегашните дизајни.
- Дознајте за пластика.
- Дознајте за тоа како пластиката е инженерирана во толку многу вообичаени производи.
- Дознајте за тимската работа и процесот на дизајнирање / решавање на инженерските проблеми.
Возрасни нивоа: 8-18
Изградба на материјали (за секој студент)
Потребни материјали
- Работни листови за студенти
- Дел за теми во позадина
Дизајн предизвик
Вие сте тим инженери со оглед на предизвикот да излезете со список од четири машини или производи за кои мислите дека ќе бидат невозможни без измислување пластика. Потоа, ќе одлучите кои пластични делови ќе ги замените во некој од тие производи или машини за полесно рециклирање. Кои материјали ќе ги користите наместо нив и како тоа ќе влијае на перформансите, цената или естетиката?
- Пауза од часови во тимови од 3-4.
- Поделете го работниот лист Век на пластика и отпечатете го Одделот за концепти за позадина.
- Дискутирајте за темите во Делот за концепти на позадината
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
- Поучете ги студентите да работат како тим за да го комплетираат првиот работен лист за студенти - Лов на пластика !:
- Размислете за предметите што можете да ги најдете во вашиот дом, училница или на игралиште. Идентификувајте ги и документирајте ги сите предмети што немаат делови од пластика.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија:
- Дали беше потешко отколку што мислевте да најдете производи што не содржат пластика?
- Што е заедничко од производите што ги најдовте без пластика?
- Ако реинженерирате некој од производите што сте ги пронашле, дали би се промениле
- некој од составните делови на пластика? Зошто? Зошто да не?
- Дали мислите дека ЦД-а ќе бидат можни без пластика? Зошто? Зошто да не?
- Зошто е важно рециклирањето?
- Поучете ги студентите да работат како тим што треба да ги завршат Чекор еден на вториот работен лист за студенти - Вие бидете инженер:
- Излезете со список од четири машини или производи за кои мислите дека ќе бидат невозможни без пронаоѓање на пластика. За секој, одговорете на овие прашања:
- Колку% од производот е пластичен?
- Зошто би било невозможно ова без пластика?
- Како оваа машина или производ влијаеше на светот?
- Излезете со список од четири машини или производи за кои мислите дека ќе бидат невозможни без пронаоѓање на пластика. За секој, одговорете на овие прашања:
- Поучете ги студентите да работат како тим што треба да ги завршат Чекор два на вториот работен лист за студенти - Вие бидете инженер:
- Заменете дел од пластиката во кој било од четирите производи или машини што ги идентификувавте во Првиот дел за полесно да се рециклираат. Дискутирајте кои материјали ќе ги користите наместо тоа, како тоа ќе влијае на перформансите, цената или естетиката. Потоа презентирајте ги вашите идеи на часот:
- Опишете што прави вашиот производ, и процентот на што мислите дека е пластичен.
- Објаснете кои компоненти ќе ги замените со други материјали; опишете како сте ги избрале материјалите за замена и како новите материјали ќе влијаат на тежината, цената и функционалноста на производот.
- Предвидете дали овој производ ќе биде ефективен како сегашниот дизајн, дали може да чини повеќе за производство, и како би било полесно да се рециклира.
- Опишете како вашиот тим верува дека инженерството на пластика во заеднички производи има влијание врз светот.
- Заменете дел од пластиката во кој било од четирите производи или машини што ги идентификувавте во Првиот дел за полесно да се рециклираат. Дискутирајте кои материјали ќе ги користите наместо тоа, како тоа ќе влијае на перформансите, цената или естетиката. Потоа презентирајте ги вашите идеи на часот:
- За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.
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.
Што се пластика?
Век на пластика
19-тиот век забележа огромен напредок во полимерната хемија. Сепак, потребни се увиди на хемиските инженери во текот на 20 век за да ги направат масовно произведените полимери остварлива економска реалност. Кога пластиката наречена бакелит беше претставена во 1908 година, таа го лансираше „пластичното доба“. Бакелитот беше конструиран во многу производи од електрични приклучоци, до четки за коса, до радија, часовници, па дури и накит. Производите од бакелит од оваа ера сега се многу колекционерски! Денес пластиката се наоѓа во речиси секој производ. Тешко е да се најдат многу машини кои не вклучуваат неколку видови пластика.
Кои се пластиките?
Пластиката е полимер: долги синџири на атоми врзани едни со други. Пластиката е израз што всушност опфаќа многу широк спектар на производи од синтетичка или полусинтетичка полимеризација. Тие се составени од органска кондензација или дополнителни полимери и може да содржат други супстанции за да ги направат подобро прилагодени за апликација со варијанти во толеранцијата на топлина, колку е тешко, боја и флексибилност. Пластиката може да се обликува или формира во посебни тврди форми или да се развива како филмови или влакна. Во одредена фаза од производството, секоја пластика е способна да тече. Зборот пластика е изведен од фактот дека многу форми се податливи, имаат својство на пластичност. Инженерите честопати се свртуваат кон пластика како составни делови во многу производи затоа што е лесна, релативно ефтина и издржлива. Ги намали цените на многу производи, и многу производи не би постоеле денес без пластика.
Инженери за пластика
Со развојот на пластика започна ново поле на работа: Инженери за пластика! Тие ги проучуваат својствата на полимерните материјали и развиваат машини кои можат да обликуваат пластични делови. Тие истражуваат начини на обликување на пластика за да се задоволат потребите на другите инженери на кои им требаат делови, како што се навлаки за мобилни телефони, ѓонови на чевли и тркала на ранец. Тие исто така работат на подобрување на перформансите на пластиката, во потрага по нови материјали кои подобро реагираат на висока или ниска температура или повторливо движење.
Краток временски ред
- 1907 година: првата пластика заснована на синтетички полимер - Бакелит - беше создадена од Лео Хендрик Бакеланд. Бакелит беше првата измислена пластика што ја задржа својата форма откако се загреа.
- 1908 година: Целофан бил откриен од швајцарскиот хемичар quesак Бранденбергер.
- 1920-тите: Се произведуваат целулоза ацетат, акрилици (луцит и плексиглас) и полистирен.
- 1957 година: Electricенерал електрик развива пластика од поликарбонат.
- 1968 година: Потрошувачката на вештачки влакна ги надминува природните влакна во САД
- 1987 година: Нипон Зеон развива пластика со „меморија“ за да може да се свиткува и извртува на ниски температури, но кога ќе се загрее над 37 Целзиусови, се враќа во првобитната форма!
- 1990-тите: Програмите за рециклирање на пластика се вообичаени, нудејќи нова употреба за стари пластики
Пред-пластична историја на секојдневни предмети
Четка за заби
Најраната позната четка за заби беше „стапче за џвакање“ направено од изџвакани или пире од гранчиња. Овој стил на стоматолошка хигиена датира од илјадници години. Во поново време, четките за заби беа произведени со коски со рачки со влакна или влакна на свињи, намотани со помош на жица. Овој стил беше популарен уште од 1600-тите до средината на 1800-тите, иако рачката понекогаш беше направена од дрво. Следната голема промена во дизајнот беше поттикната од воведувањето на најлон. Овој синтетички материјал првпат беше нанесен на четката за заби околу 1938 година. До 1939 година, инженерите започнаа да развиваат електрични четки за заби за да ја подобрат ефективноста на четкањето. Првата вистинска електрична четка за заби беше развиена во Швајцарија во 1939 година. Во Соединетите Држави, Скиб воведе електрична четка за заби во 1960 година, проследено со Generalенерал електрик воведе четка за заби безжична во 1961. Дури и забен конец, кој првично беше направен од свилен конец, не беше не се популаризира до појавата на пластика и синтетички материјали.
Пенкало
За време на првите три илјади години од пронаоѓањето на хартијата, инструментот за пишување што го користеле повеќето луѓе бил перва птица - обично гуска - која била потопена во бунар со мастило. Масовно произведените челични пенкало точки започнаа да се појавуваат во раните 1800-ти, што обезбедуваше поголема контрола врз линијата. За време на Првата светска војна, пенкалата започнаа да се изработуваат од тврда, обично црна, гумена материја, позната како вулканит. Раните обоени пластики беа воведени во 1920-тите. Шефер воведе пенкала направени од целулоид во различни бои. Овие беа многу скапи, но се покажаа толку популарни што за неколку години повеќето производители на фонтани нудеа пенкала во новиот синтетички материјал, заменувајќи некои дизајни од метал и дрво. Сепак, тоа беше широко распространетата употреба на пластика и инженерството на пенкало со топчести пенкала што ги намалија трошоците за фини инструменти за пишување и на дофат на повеќето луѓе. До 1960-тите години на минатиот век, пенкалата за еднократна употреба, пенкала ги заземаа и додека пенкалата со фонтани остануваат на располагање, тие денес имаат само многу мал удел на пазарот.
Очила
Очилата за очи се првично изработени од метал и стакло. Меѓутоа, ако на некој му требаше особено силен рецепт, стаклото би било многу тешко да се потпира на носот. Пластиката направи револуција во очилата, заменувајќи ја стаклената леќа со материјал со помала тежина, и заменувајќи го најголемиот дел од металот во рамките со полесни, шарени пластики. Сепак, во рамката има метал, бидејќи повеќето шарки сè уште се направени од метал. И, се разбира, нема да има контактни леќи без развој на синтетички материјали.
- Ограничувања: Ограничувања со материјалот, времето, големината на тимот итн.
- Критериуми: Услови кои дизајнот мора да ги задоволува како неговата вкупна големина итн.
- Инженери: Пронаоѓачи и решавачи на проблеми на светот. Дваесет и пет главни специјалитети се признати 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).
- Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
- Рециклирање: Процес на земање материјали подготвени за фрлање и нивно претворање (промена) во материјали за повеќекратна употреба.
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Американска пластика: Културна историја на Jeефри Л. Меикл (ISBN: 978-0813522357) Инженеринг на пластика од Р.. Крафорд (ISBN: 978-0750637640)
Активност за пишување
- Напишете есеј или пасус опишувајќи дали мислите дека летот во вселената ќе биде можен без воведување на пластика. Дајте примери за поддршка на вашата гледна точка.
- Напишете есеј или пасус што опишува како работи рециклирањето во вашиот град. Дајте примери за тоа како инженерите вметнуваат рециклирани материјали во нови производи.
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)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на активностите, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Карактеристики на предмети и материјали
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Способности да се прави разлика помеѓу природни предмети и предмети изработени од луѓе
СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Видови ресурси
- Промени во опкружувањата
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)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Својства и промени на својствата во материјата
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
- 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
- Историја на науката
Национални стандарди за образование во наука Одделение 9-12 (возраст од 14-18)
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Структура и својства на материјата
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
- Квалитет на животната средина
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 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 5: Студентите ќе развијат разбирање за ефектите на технологијата врз животната средина.
- Стандард 7: Студентите ќе развијат разбирање за влијанието на технологијата врз историјата.
дизајн
- Стандард 8: Студентите ќе развијат разбирање за атрибутите на дизајнот.
- Стандард 9: Студентите ќе развијат разбирање за инженерскиот дизајн.
Способности за технолошки свет
- Стандард 13: Студентите ќе развијат способности за проценка на влијанието на производите и системите.
Дизајнираниот свет
- Стандард 19: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да изберат и да користат технологии на производство.
Индустриски инженеринг
Компјутерско инженерствоПластичен лов!
Чекор еден: Додека тимот размислува за предмети што можете да ги најдете во вашиот дом, училница или на игралиште. Можете ли да идентификувате некои предмети што немаат составни делови изработени од пластика?
| Кујнски предмети | Предмети за бања | Предмети во училницата | Спортска опрема |
|
|
Прашања:
- Дали беше потешко отколку што мислевте да најдете производи што не содржат пластика?
- Што е заедничко од производите што ги најдовте без пластика?
- Ако реинженеринг на некој од производите што сте го пронашле, дали би смениле некој од составните делови во пластика? Зошто? Зошто да не?
- Дали мислите дека ЦД-а ќе бидат можни без пластика? Зошто? Зошто да не?
- Зошто е важно рециклирањето?
Чекор еден: Како тим, излезете со список од четири машини или производи за кои мислите дека ќе бидат невозможни без измислување на пластика. За секој, одговорете на прашањата подолу:
| Колку% од производот е пластика? | Зошто би било невозможно ова без пластика? | Како оваа машина или производ влијаеше на светот? | |
| 1-
|
|||
| 2-
|
|||
| 3-
|
|||
| 4-
|
Чекор два: Вашиот предизвик е да работите како тим „инженери“ за да замените дел од пластиката во кој било од четирите производи или машини што ги идентификувавте во првиот дел од овој работен лист за полесно да се рециклираат. Дискутирајте кои материјали ќе ги користите наместо тоа, како тоа ќе влијае на перформансите, цената или естетиката. Потоа презентирајте ги вашите идеи на часот во три форми:
- опишете што прави вашиот производ, и процентот на што мислите дека е пластичен.
- објасни кои компоненти ќе ги замениш со други материјали; опишете како сте ги избрале материјалите за замена и како новите материјали ќе влијаат на тежината, цената и функционалноста на производот.
- предвидете дали овој производ ќе биде ефективен како сегашниот дизајн, дали може да чини повеќе за производство и како би било полесно да се рециклира.
- опишете како вашиот тим верува дека инженерството на пластика во заеднички производи има влијание врз светот.
