Истрага за филтрација

Оваа лекција се фокусира на тоа како системите за филтрирање решаваат многу проблеми низ целиот свет, како што е подобрувањето на водата за пиење. Преку овој час, учениците работат во тимови за да дизајнираат и изградат систем за филтрирање за отстранување на нечистотијата од водата.

  • Дознајте за инженерскиот дизајн.
  • Дознајте за планирање и изградба.
  • Дознајте за тимска работа и работа во групи.

Возрасни нивоа: 8-18

Материјали и подготовка

Изградба на материјали (за секој тим)

Потребни материјали (тргување / табела на можности)

  • Пластични или хартиени чаши
  • Штрауси
  • Картон
  • Памучни топчиња
  • Хартиени крпи
  • Пластична фолија
  • Алуминиумска фолија
  • Гумени ленти
  • Четки за заби
  • Песок
  • Аквариум или други мали карпи
  • Пченка
  • Брашно
  • Факултативно: Јаглен (не се препорачува за помлади студенти)

Материјали за тестирање

  • 1 пластичен контејнер за секоја екипа (за собирање 2 чаши филтрирана вода)
  • Набавка на „матна вода“ (направено со земање четвртина вода и додавање на две лажици нечистотија).

Тестирање на материјали и процес

материјали

  • 1 пластичен контејнер за секоја екипа (за собирање 2 чаши филтрирана вода)
  • Набавка на „нечиста вода“ (направено со земање четвртина вода и додавање на две лажици нечистотија).

Процесот на

Дајте му на секој тим две чаши „матна“ вода. Секој тим го тестира својот дизајн држејќи го дизајнот над пластичниот сад и полека истурајќи ја водата во нивниот систем за филтрирање. Соберете ја филтрираната вода во контејнерот за евалуација и споредба помеѓу тимовите.

Како час, доделете „одделение на јасност“ на секој примерок од филтрирана вода. Користете го следното бодување за да ги одредите резултатите од работата на секој тим. Тимот со пониски резултати има подобри системи за филтрирање.

  • 0 = Сосема чисто (како што може да се појави вода за пиење)
  • 1 = Останува околу една четвртина од нечистотијата
  • 2 = Околу половина од нечистотијата останува
  • 3 = Остануваат околу три четвртини од нечистотијата
  • 4 = Целосно матна (како што се појави оригиналната изворна вода)

Предизвик за инженерски дизајн

Дизајн предизвик

Вие сте дел од тим инженери на кои им е даден предизвик да развијат систем за филтрирање за да се елиминира што е можно повеќе нечистотија или кал од примерокот на вода што ви е обезбеден. Ако вашиот систем работи, ќе завршите со вода што изгледа сосема чисто. Како ќе ја исполните задачата, зависи од вашиот тим! Тимот со најјасна добиена вода (врз основа на визуелна инспекција) ќе го развие најдобриот филтер во класата.

Критериуми

  • Мора да елиминира што е можно повеќе нечистотија или кал.

Ограничувања

  • Користете ги само дадените материјали.
  • Екипите можат да тргуваат со неограничени материјали.

Инструкции и процедури за активност

  1. Пауза од часови во тимови од 2-3.
  2. Поделете го работниот лист за истражување на филтрација, како и неколку листови хартија за скицирање на дизајни.
  3. Дискутирајте за темите во делот за концепти во заднина. Предложете им на студентските тимови дека слоевите на филтри - или можеби многу фази на филтрација - може да резултираат со најефективниот систем за филтрирање. Размислете да ги прашате учениците дали едно ниво на филтер ќе работи најдобро или дали повеќе слоеви може да бидат подобри. Нека размислат за тоа како функционира филтерот за кафе. Како ги спречува мелените кафе да влезат во вода?
  4. Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
  5. Обезбедете им на секој тим свои материјали.
  6. Објаснете дека студентите мора да работат како тим за да дизајнираат систем за филтрирање за да отстранат што е можно повеќе нечистотија или талог од обезбеденото снабдување со вода. Тимот со најјасна добиена вода (врз основа на визуелна инспекција) ќе го развие најдобриот филтер во класата. Бидете сигурни дека ќе нагласите дека „филтрираната“ вода, колку и да е чиста, не е погодна за пиење.
  7. Најавете го времето што треба да го дизајнираат и изградат (се препорачува 1 час).
  8. Користете тајмер или он-лајн стоперка (одбројување одлика) за да се осигурате дека ќе бидете навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Дајте им редовни „проверки на времето“ на студентите за да останат на задачата. Ако се борат, поставете прашања што побрзо ќе ги доведат до решение.
  9. Студентите се среќаваат и развиваат план за нивниот систем за филтрирање. Тие се согласуваат за материјалите што ќе им бидат потребни, го напишуваат / нацртаат својот план и го презентираат својот план на часот. Екипите можат да разменуваат неограничени материјали со други тимови за да го развијат својот идеален список со делови.
  10. Екипите ги градат своите дизајни.
  11. Тестирајте ги дизајните на системот за филтрирање давајќи им на секој тим две чаши „матна“ вода. Секој тим го тестира својот дизајн држејќи го дизајнот над пластичниот сад и полека истурајќи ја водата во нивниот систем за филтрирање. Соберете ја филтрираната вода во контејнерот за евалуација и споредба помеѓу тимовите.
    Како час, доделете „одделение на јасност“ на секој примерок од филтрирана вода. Користете го следното бодување за да ги одредите резултатите од работата на секој тим. Тимот со пониски резултати има подобри системи за филтрирање.

    • 0 = Сосема чисто (како што може да се појави вода за пиење)
    • 1 = Останува околу една четвртина од нечистотијата
    • 2 = Околу половина од нечистотијата останува
    • 3 = Остануваат околу три четвртини од нечистотијата
    • 4 = Целосно матна (како што се појави оригиналната изворна вода)
  12. Екипите треба да го документираат својот резултат.
  13. Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
  14. За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.

Идеја за продолжување

Размислете за одредување буџет за проектот, доделување на трошок за секој материјал и барање од тимовите да „купуваат“ материјали за да го создадат својот систем за филтрирање.

Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)

  1. Дали успеавте да создадете систем за филтрирање што ја минуваше изворната вода? Која „оценка на јасност“ ја постигнавте?
  2. Кој аспект од вашиот дизајн работеше најдобро? Зошто?
  3. Кој аспект од вашиот дизајн би го ревидирале ако ви се даде повеќе време? Зошто?
  4. Што беше уникатно во дизајнот на системот за филтрирање во вашиот час, кој имаше најдобри резултати за овој предизвик? Како работеше подобро од твоето, ако работеше и што би сторил поинаку ако си го видел овој дизајн пред да развиеш свој?
  5. Дали одлучивте да го ревидирате оригиналниот дизајн додека сте во фаза на изградба? Зошто? Како?
  6. Дали мислите дека инженерите треба да ги прилагодат своите оригинални планови за време на изградбата на системи или производи? Зошто би можеле?
  7. Дали мислите дека вашиот филтер ќе можеше да издржи вода што минува низ него еден час? Зошто?
  8. Дали мислите дека би можеле полесно да го завршите овој проект ако работевте сами? Објасни
  9. Ако можевте да користите материјал или материјали што не ви беа доставени, што би барале? Што мислите, зошто овој материјал можеби помогна во предизвикот?
  10. Кој беше вашиот омилен дел од предизвикот? Фаза на дизајнирање? Фаза на градење? Тест фаза Зошто?

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.

Концепти во позадина

Што е филтрација?

Chaser223-bigstock.com

Постојат многу различни методи на филтрирање, секоја има цел да ги раздели супстанциите. Системите за филтрирање се важни за обезбедување безбедна вода за пиење, за одвојување материјали за многу намени, како што се истражување или собирање чисти примероци на елемент. Наједноставниот начин да се „филтрира“ е да се пренесе мешавина или раствор на цврст материјал и течност (како што се вода и нечистотија или кал) низ порозен материјал или систем, така што цврстите материи да бидат заробени додека течноста поминува низ нив. Обложување за злато е пример за филтер, каде трагачите бараат тави со дупки удрени на дното или опремени со екран низ речни корита за кои се смета дека содржат златни грутки. Материјалите премногу големи за да се вклопат низ екранот потоа се истражуваат за да се види дали е собрано злато. Филтрацијата се користи во објекти за третман на отпад каде што резервоарите за таложење овозможуваат раздвојување. Концептот на филтрација се среќава насекаде околу нас, во службите во заедницата и во секојдневните работи дома. Пример е филтерот за кафе што се користи во производителот на кафе. Филтерот спречува талог од кафе да достигне шолја за кафе, но дозволува да поминат помали материјали или честички од кафето, што резултира во шолја кафе без талог од кафе. Постојат многу различни видови на филтри кои се користат при правење кафе, некои се направени од хартија, некои од рециклирана хартија, а други користат метали обложени во злато. Во секој случај, големината на отворите - дури и микроскопски - ќе одреди колку честички ќе го пробијат.

 

Како може да помогне гравитацијата

jeffbanke-bigstock.com

Течностите обично течат низ филтерот преку гравитацијата. Ова е наједноставниот метод и може да се види со ревидирање на примерот со кафемат. Водата обично седи во филтерот, а потоа капе долу во сад (шолја или тенџере за кафе) како резултат на гравитацијата. Во хемиските постројки, гравитацијата се користи и за одвојување - и е економичен метод бидејќи не бара дополнителна енергија.

Филтрациони материјали и фази

Boysloso-bigstock.com

Многу материјали можат да се користат за правење филтер… сето тоа зависи од видовите течности, цврсти материи или гасови што треба да се одделат. Некои материјали за филтрација вклучуваат хартија, песок, крпа, јаглен и карпи. Често се користат исценирани филтри… каде што течноста, на пример, може да помине низ низа различни филтри. Во овој случај, понекогаш првиот филтер ќе ги елиминира поголемите честички, додека вториот, третиот или четвртиот филтер ќе ги елиминира помалите и помалите честички на талог. Сликата надесно покажува груб систем за филтрирање што може да се направи од стапчиња со употреба на три различни фази на филтрација… но има многу идеи за системи и инженерите мораат да развиваат нови системи засновани на предизвиците со кои се соочуваат!

Вокабулар

  • 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 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.
  • Филтер: Уред што се користи за отстранување на несакани делови од нешто.
  • Систем за филтрирање: процес со кој нечистотиите или честичките се отстрануваат од течност, било течност или гас.
  • Итерација: Тестот и редизајнот е една итерација. Повторете (повеќе повторувања).
  • Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
  • Фазен филтер: Течноста поминува низ низа различни филтри. Првиот филтер ќе елиминира поголеми честички, додека вториот, третиот или четвртиот филтер ќе елиминира се помали и помали честички од талог.

Копаат подлабоко

Интернет конекции

Препорачано четиво

  • Течна филтрација (ISBN: 1408626241) Повторна употреба на вода (ISBN: 0071459278)

Активност за пишување

Напишете есеј или пасус за видот на системите за филтрација што можеби ги бараа камперите ако останат без вода и треба да размислат за вода за пиење од струја со непозната чистота на вода.

Усогласување на наставната програма

Усогласување со рамки на наставните програми

Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:  

Национални стандарди за образование во наука Оценки К-4 (возраст 4 - 9)

СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување

Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат

  • Способности неопходни за вршење на научни истражувања 

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 

СТАНДАРД СОДРИНА Ф: Наука во лични и социјални перспективи

Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за

  • Видови ресурси 
  • Наука и технологија во локалните предизвици 

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 до 14 години)

СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување

Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат

  • Способности неопходни за вршење на научни истражувања 

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 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

  • Население, ресурси и околина 
  • 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 9-12 (возраст од 14-18)

СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување

Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат

  • Способности неопходни за вршење на научни истражувања 

СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки 

Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за

  • Структура и својства на материјата 
  • Движења и сили 

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 
  • Природни извори 
  • 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

  • Науката како човечки потфат 

Стандарди за наука на следната генерација оценки 2-5 (7-11 возраст)

Материјата и нејзините интеракции 

Студентите кои демонстрираат разбирање можат:

  • 2-ПС1-2. Анализирајте ги податоците добиени од тестирање на различни материјали за да утврдите кои материјали имаат својства што се најпогодни за намена.

Инженерски дизајн 

Студентите кои демонстрираат разбирање можат:

  • 3-5-ЕТС1-1. Дефинирајте едноставен проблем во дизајнот што рефлектира потреба или желба што вклучува специфицирани критериуми за успех и ограничувања на материјалите, времето или трошоците.
  • 3-5-ETS1-2. Создадете и споредете повеќе можни решенија за проблем заснован на тоа колку веројатно секој ги исполнува критериумите и ограничувањата на проблемот.
  • 3-5-ETS1-3.Планирајте и извршете фер тестови во кои се контролираат променливите и се сметаат точките на неуспех за да се идентификуваат аспектите на моделот или прототипот што може да се подобри.

Стандарди за наука на следната генерација оценки 6-8 (11-14 возраст)

Инженерски дизајн 

Студентите кои демонстрираат разбирање можат:

  • MS-ETS1-2 Оценете конкурентни решенија за дизајн користејќи систематски процес за да утврдите колку добро ги исполнуваат критериумите и ограничувањата на проблемот.

Стандарди за наука на следната генерација оценки 6-8 (11-14 возраст)

Инженерски дизајн 

  • MS-ETS1-3. Анализирајте ги податоците од тестовите за да утврдите сличности и разлики помеѓу неколку решенија за дизајн за да ги идентификувате најдобрите карактеристики на секое што може да се комбинираат во ново решение за подобро исполнување на критериумите за успех.

Стандарди за наука на следната генерација оценки 9-12 (14-18 возраст)

Инженерски дизајн 

Студентите кои демонстрираат разбирање можат:

  • HS-ETS1-2. Дизајнирајте решение за комплексен реален проблем со распаѓање во помали, податливи проблеми што можат да се решат преку инженерство.

Стандарди за технолошка писменост - сите векови

Природата на технологијата

  • Стандард 1: Студентите ќе развијат разбирање за карактеристиките и обемот на технологијата.

Технологија и општество

  • 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 9: Студентите ќе развијат разбирање за инженерскиот 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 11: Студентите ќе развијат способности за примена на процесот на дизајнирање.
  • Стандард 13: Студентите ќе развијат способности за проценка на влијанието на производите и системите.

Работен лист за студенти

StockphotoVideo-bigstock.com

Вие сте дел од тим инженери на кои им е даден предизвик да развијат систем за филтрирање за да се елиминира што повеќе нечистотија или кал од примерокот на вода што ви е обезбеден. Ако вашиот систем работи, ќе завршите со вода што изгледа сосема чисто. Како ќе ја исполните задачата, зависи од вашиот тим! Тимот со најјасна добиена вода (врз основа на визуелна инспекција) ќе го развие најдобриот филтер во класата.

Фаза на планирање

Запознајте се како тим и разговарајте за проблемот што треба да го решите. Е треба да одредите кои материјали ќе ги барате од многуте секојдневни предмети што ги има на располагање вашиот наставник. Како тим, излезете со вашиот најдобар дизајн и нацртајте го во полето подолу. Бидете сигурни да ги наведете материјалите што ги предвидувате да ги користите, вклучувајќи ја и количината што ќе ја побарате од вашиот наставник. Презентирајте го вашиот дизајн пред часот. Може да изберете да го ревидирате планот на вашите тимови откако ќе добиете повратни информации од часот.

Дизајн:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потребни материјали (наведете ги сите ставки и количината што очекувате да ја користите):

 

 

 

 

 

 

 

Фаза на градба

Изградете го вашиот филтер-систем. За време на изградбата може да одлучите дека ви требаат дополнителни предмети или дека вашиот дизајн треба да се смени. Ова е во ред - само направете нова скица и ревидирајте го списокот на материјали. Можеби сакате да разменувате предмети со други тимови или да побарате дополнителни материјали од вашиот учител.

Фаза на тестирање

Вашиот учител ќе ви обезбеди две чаши „матна“ вода. Testе го тестирате вашиот филтер во слив во училницата и ќе ја соберете „филтрираната“ вода за подоцнежна проценка. Гледајте ги тестовите на другите тимови и наб howудувајте како ги дизајнирале своите филтри, вклучувајќи ги и материјалите што ги избрале.

Фаза на евалуација

Вие и вашата класа ќе бидете одговорни за доделување на „степен на јасност“ на секој примерок од филтрирана вода. Користете ја следнава табела за да ги одредите резултатите од работата на секој тим.

Сосема јасно

(како што може да се појави вода за пиење)

 Останува околу една четвртина од нечистотијата Останува околу половина од нечистотијата Остануваат околу три четвртини од нечистотијата Сосема матна

(како што се појави оригинална изворна вода)
0 1 2 3 4

 

Потоа, проценете ги резултатите на вашиот тим, пополнете го работниот лист за евалуација и презентирајте ги наодите на часот.

  1. Дали успеавте да создадете систем за филтрирање што ја минуваше изворната вода? Која „оценка на јасност“ ја постигнавте?

 

 

 

 

 

 

  1. Кој аспект од вашиот дизајн работеше најдобро? Зошто?

 

 

 

 

 

 

  1. Кој аспект од вашиот дизајн би го ревидирале ако ви се даде повеќе време? Зошто?

 

 

 

 

 

 

  1. Што беше уникатно во дизајнот на системот за филтрирање во вашиот час, кој имаше најдобри резултати за овој предизвик? Како работеше подобро од твоето, ако работеше и што би сторил поинаку ако си го видел овој дизајн пред да развиеш свој?

 

 

 

 

 

 

  1. Дали одлучивте да го ревидирате оригиналниот дизајн додека сте во фаза на изградба? Зошто? Како?

 

 

 

 

 

 

  1. Дали мислите дека инженерите треба да ги прилагодат своите оригинални планови за време на изградбата на системи или производи? Зошто би можеле?

 

 

 

 

 

 

  1. Дали мислите дека вашиот филтер ќе можеше да издржи вода што минува низ него еден час? Зошто?

 

 

 

 

 

 

  1. Дали мислите дека би можеле полесно да го завршите овој проект ако работевте сами? Објасни

 

 

 

 

 

 

  1. Ако можевте да користите материјал или материјали што не ви беа доставени, што би барале? Што мислите, зошто овој материјал можеби помогна во предизвикот?

 

 

 

 

 

 

  1. Кој беше вашиот омилен дел од предизвикот? Фаза на дизајнирање? Фаза на градење? Тест фаза? Зошто?

 

 

 

 

 

 

Печатете пријателски, PDF и е-поштаПечатете PDF
Печатете или преземете план за лекција PDF
 

Преземање на студентски сертификат за завршување