Предизвик на гасоводот
Оваа лекција се фокусира на тоа како инженерите развиваат цевководни системи за транспорт на нафта, вода, гас и други материјали на многу долги растојанија. Студентите работат во тимови за да развијат систем за цевковод за транспорт на топче за голф и топче за пинг-понг низ теренот на училницата.
- Научете како градежните инженери пристапуваат кон решавање проблеми од големи размери.
- Дознајте како инженерските тимови се справуваат со решавање на проблеми.
- Дознајте за тимска работа и работа во групи.
Возрасни нивоа: 8-18
Изградба на материјали (за секој тим)
Потребни материјали (Табела на можности)
Претпоставувајќи соба од 15 "x 15", дозволете околу 20 стапки цевки по тим
- Хартиена крпа, хартија за завиткување и ролни тоалетна хартија (или навивајте тенки листови од картон) - Цевките мора да бидат доволно големи за да можат да примат топче за голф и топче за пинг-понг.
- За да го минимизирате проблемот со заглавување на топчиња во цевките, размислете да ги пресечете цевките на половина за да послужат како „отворени“ цевки.
- Пакување или селотејп за приклучоци
- ПВЦ цевки, доколку буџетот дозволува
Изборни материјали
- Доколку на учениците им се дава предизвик на животната средина. Користете предмети за претставување на еколошки заштитени подрачја (пластика/препарирани животни, градежна хартија за вода, камења или други опасности)
Материјали за тестирање
- Голф топче (или гумена топка со слична големина)
- Топка за пинг понг
материјали
- Голф топче (или гумена топка со слична големина)
- Топка за пинг понг
Процесот на
Тестирајте ги дизајните на цевководот така што прво ќе го превртите топчето за голф, а потоа со топчето за пинг-понг додека секое не запре. Учениците треба да измерат и документираат колку се тркалала секоја топка додека не застане.
Дизајн предизвик
Вие сте тим од инженери со оглед на предизвикот да развиете систем за цевковод за транспорт на топче за голф и топче за пинг-понг од едната до другата страна на вашата училница. Ќе треба да вклучите четири агли во вашиот дизајн, од кои едниот е прав агол (90 степени). Разликата во висина од едниот крај на вашата цевка до другиот може да биде не повеќе од 18 инчи. Вашиот наставник може да идентификува еколошки заштитени области, вода или други опасности во вашата училница што ќе треба да ги земете предвид во вашиот план.
Критериуми
- Вклучете 4 прави агли во дизајнот
- Еден мора да биде прав агол (90 степени)
- Разликата во висина од едниот крај до другиот може да биде не повеќе од 18 инчи
Ограничувања
- Користете ги само дадените материјали
- Пауза од часови во тимови од 2-4.
- Поделете го работниот лист за предизвик на цевководи, како и неколку листови хартија за скицирање дизајни.
- Дискутирајте за темите во Делот за концепти за позадина.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
- Научете ги учениците да започнат со бура на идеи и да ги скицираат нивните дизајни. Пред да започнат, замолете ги да ги разгледаат карактеристиките на училницата како што се врати, клупи, маси, корпи за отпадоци или други пречки.
- Обезбедете им на секој тим свои материјали.
- Објаснете дека учениците мора да дизајнираат и изградат цевковод за да носат топче за голф и топче за пинг-понг низ вашата училница. Тие треба да вклучуваат четири агли во нивниот дизајн, еден треба да биде прав агол (90 степени). Треба да има висинска разлика од не повеќе од 18 инчи од почетокот до крајот на цевководот. Ако вклучувате предизвик за животната средина, задолжително идентификувајте ги еколошки заштитените области во училницата.
- Најавете го времето што треба да го дизајнираат и изградат (се препорачува 1 час).
- 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.
- Студентите се среќаваат и развиваат план за нивниот гасовод. Тие се договараат за материјалите што ќе им бидат потребни, го пишуваат/исцртуваат својот план и го презентираат својот план пред одделението.
- Екипите ги градат своите дизајни.
- Тестирајте ги дизајните на цевководот така што прво ќе го превртите топчето за голф, а потоа со топчето за пинг-понг.
- Учениците треба да документираат колку далеку нивната топка се тркалала низ цевката пред да застанат.
- 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)
- Со какви предизвици се соочивте при извршувањето на вашиот гасовод?
- Дали сфативте дека треба да го преработите вашиот првичен план кога почнавте да го градите вистинскиот гасовод во училницата? Ако е така, како се промени вашиот гасовод?
- Дали откривте дека вашиот гасовод е поефективен користејќи го топчето за пинг-понг или топчето за голф? Зошто мислите дека ова беше вистина?
- Кој гасовод развиен од друг „инженерски“ тим мислите дека најдобро функционира? Зошто?
- Ако вашиот дизајн беше измерен до вистински гасовод, дали мислите дека ќе ви требаат пумпи за да го одржуваат протокот на материјалите низ вашиот систем? Зошто да или зошто не? И, ако е така, колку пумпи би додале и каде би ги ставиле?
- Дали мислите дека вашиот дизајн на цевковод би функционирал доколку го користите за транспорт на вода? Пердуви? Путер? Зошто да или зошто не?
- Дали откривте дека има многу начини да се реши овој предизвик? Ако е така, што ви кажува тоа за инженерските дизајни на вистински цевководи?
- Дали мислите дека ќе можевте да создадете успешен гасовод толку лесно ако не работевте во тим? Кои се предностите на тимската работа наспроти работата сами?
- Што мислите, како инженерите на гасоводот Баку-Тбилиси-Џејхан утврдија дека им се потребни осум пумпи за да се реализира должината на проектот?
- Што мислите, како инженерите кои работат на гасоводот Алјаска се обидоа да избегнат негативно влијание врз животната средина во Алјаска? Дали успеаја?
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.
Цевководен транспорт е транспорт на стока преку цевка. Најчесто се испраќаат течности и гасови, но се користат и пневматски цевки кои транспортираат цврсти капсули со помош на компримиран воздух. Што се однесува до гасовите и течностите, секоја хемиски стабилна супстанција може да се испрати преку цевковод. Затоа постојат канализација, кашеста маса и цевководи за вода; но веројатно најважни се оние што транспортираат нафта и природен гас.
Гасовод Баку-Тбилиси-Џејхан
Нафтоводот Баку-Тбилиси-Џејхан (понекогаш скратено како гасовод БТЦ) транспортира сурова нафта 1,776 километри од нафтеното поле Азери-Чираг-Гунешли во Каспиското Море до Средоземното Море. Вкупната должина на гасоводот во Азербејџан е долга 440 километри, во Грузија е долга 260 километри и во Турција е долга 1076 километри. Низ трасата на гасоводот има 8 пумпни станици. Изградбата на гасоводот БТЦ беше еден од најголемите инженерски проекти во последната деценија. Изграден е од 150,000 поединечни споеви на линиски цевки, секој со должина од 12 m (39 стапки). Има проектиран животен век од 40 години, а кога работи со нормален капацитет, почнувајќи од 2009 година, ќе транспортира 1 милион барели (160 000 m³) нафта дневно. Има капацитет од 10 милиони барели (1.6 милиони m³) нафта, која ќе тече низ гасоводот со брзина од 2 m (6 стапки) во секунда. Гасоводот ќе обезбеди приближно 1% од светската побарувачка.
Транс-Алјаска гасоводен систем
Системот на гасоводот Транс-Аљаска е главен американски нафтовод што ги поврзува нафтените полиња во северна Алјаска со морското пристаниште каде нафтата може да се испорачува до Долните 48 држави за рафинирање. Главниот гасовод Транс-Аљаска тече од север кон југ, речиси 800 милји (1,300 км), од Арктичкиот океан во заливот Прудхо, Алјаска до заливот на Алјаска во Валдез, Алјаска, поминувајќи во близина на неколку градови во Алјаска. Изградбата на гасоводот претставуваше значителни предизвици поради оддалеченоста на теренот и суровоста на околината низ која мораше да помине. Помеѓу Арктикот Алјаска и Валдез, имаше три планински венци, активни раседни линии, километри нестабилна, мочуришна почва под мраз и миграциски патеки на карибу и лос. Од неговото завршување во 1977 година, гасоводот има транспортирано над 15 милијарди барели (2.4 km3) нафта.
Проект за гасовод Запад-Исток
Гасоводот Запад-Исток е гасовод долг 4,000 километри, кој води од Лунан во Ксинџијанг до Шангај. Гасоводот минува низ 66 окрузи во 10-те провинции во Кина. Изградбата на гасоводот Запад-Исток започна во 2002 година и беше пуштен во употреба на 1 октомври 2004 година. Гасот ќе се користи за производство на електрична енергија во областа на делтата на реката Јангце.
- 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.
- Пневматски цевки: Транспортирајте цврсти капсули со помош на компримиран воздух.
- Итерација: Тестот и редизајнот е една итерација. Повторете (повеќе повторувања).
- Цевковод: Цевка што превезува производи.
- Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Нафтоводи и гасоводи на нетехнички јазик (ISBN: 159370058X)
- Инженерство на цевководи и цевководи: проектирање, изградба, одржување, интегритет и поправка (ISBN: 0824709640)
Активност за пишување
Напишете есеј или параграф кој опишува како влијанието врз животната средина мора да се земе предвид при развивање на нов систем за гасоводот. Наведете примери на гасовод во вашата земја што имал еколошки импликации.
Усогласување со рамки на наставните програми
Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:
- Стандарди за образование на науки во САД (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Научни стандарди на следната генерација на САД (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Национален совет на наставници по математика на САД, принципи и стандарди за училишна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Заеднички основни државни стандарди на САД за математика (http://www.corestandards.org/Math)
- Здружение на наставници по компјутерски науки К-12 Стандарди за компјутерски науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
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
- Позиција и движење на предметите
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
- 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
- Промени во опкружувањата
- 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
- Движења и сили
- Трансфер на енергија
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности во 5-8 одделение, 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
- Население, ресурси и околина
- Ризици и придобивки
- Наука и технологија во општеството
Национални стандарди за образование во наука Одделение 5-8 (возраст од 10 до 14 години)
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)
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
- 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
- Природни извори
- Квалитет на животната средина
- Природни и опасности предизвикани од луѓе
- 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 наука на следната генерација оценки 3-5 (8-11 возраст)
Движење и стабилност: Сили и интеракции
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- 3-ПС2-1. Планирајте и спроведете истрага за да обезбедите докази за ефектите на избалансираните и неурамнотежени сили врз движењето на некој предмет.
Инженерски дизајн
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- 3-5-ETS1-1. Дефинирајте едноставен дизајн проблем кој ја одразува потребата/желбата што вклучува одредени критериуми за успех и ограничувања на материјалите, времето, 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)
Земја и човечка активност
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- MS-ESS3-3. Применете научни принципи за дизајнирање метод за следење и минимизирање на човечкото влијание врз животната средина.
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 9-12 (14-18 возраст)
Земја и човечка активност
- HS-ESS3-4. Оценете или рафинирајте технолошко решение кое ги намалува влијанијата на човековите активности врз природните системи.
Екосистеми: Интеракции, енергија и динамика
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- HS-LS2-7. Дизајн, проценка и рафинирање на решение за намалување на влијанијата на човековите активности врз животната средина и биодиверзитетот.
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 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.
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 13: Студентите ќе развијат способности за проценка на влијанието на производите и системите.
Дизајнираниот свет
- Стандард 18: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да изберат и да користат технологии за транспорт.
- Стандард 20: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да избираат и користат градежни технологии.
Индустриски инженеринг
Компјутерско инженерствоВие сте тим од инженери кој треба да се справи со предизвикот за развој на систем за цевковод за транспорт на топче за голф и топче за пинг-понг од едната до другата страна на вашата училница. Но, не е толку едноставно како што звучи! Треба да вклучите четири агли во вашиот дизајн, од кои едниот е прав агол (90 степени) и разликата во висината од едниот крај на вашата цевка до другиот не може да биде повеќе од 18 инчи. Вашиот наставник може да идентификува еколошки заштитени области, вода или други опасности во вашата училница што ќе треба да ги земете предвид во вашиот план.
Чекори за планирање
- Прегледајте ги различните листови на студенти.
- Како тим, развијте план за вашиот гасовод. Нацртајте го во полето подолу и вклучете други идентификациски карактеристики на вашата училница како што се врати, клупи или други области:
|
|
Фаза на изградба
- Изградете и тестирајте го вашиот гасовод користејќи топче за голф и топче за пинг-понг.
- Набљудувајте ги цевководите изградени од други тимови во вашата училница.
Евалуација и размислување
- Пополнете го евалуациониот лист и презентирајте ја работата на вашиот тим пред одделението.
Користете го овој работен лист за да ги оцените различните цевководи развиени од тимовите „инженери“ во вашата класа.
- Со какви предизвици се соочивте при извршувањето на вашиот гасовод?
- Дали сфативте дека треба да го преработите вашиот првичен план кога почнавте да го градите вистинскиот гасовод во училницата? Ако е така, како се промени вашиот гасовод?
- Дали откривте дека вашиот гасовод е поефективен користејќи го топчето за пинг-понг или топчето за голф? Зошто мислите дека ова беше вистина?
- Кој гасовод развиен од друг „инженерски“ тим мислите дека најдобро функционира? Зошто?
- Ако вашиот дизајн беше измерен до вистински гасовод, дали мислите дека ќе ви требаат пумпи за да го одржуваат протокот на материјалите низ вашиот систем? Зошто да или зошто не? И, ако е така, колку пумпи би додале и каде би ги ставиле?
- Дали мислите дека вашиот дизајн на цевковод би функционирал доколку го користите за транспорт на вода? Пердуви? Путер? Зошто да или зошто не?
- Дали откривте дека има многу начини да се реши овој предизвик? Ако е така, што ви кажува тоа за инженерските дизајни на вистинските цевководи?
- Дали мислите дека ќе можевте да создадете успешен гасовод толку лесно ако не работевте во тим? Кои се предностите на тимската работа наспроти работата сами?
- Што мислите, како инженерите на гасоводот Баку-Тбилиси-Џејхан утврдија дека им се потребни осум пумпи за да се реализира должината на проектот?
10. Што мислите, како инженерите кои работат на гасоводот Алјаска се обидоа да избегнат негативно влијание врз животната средина во Алјаска?
