Мост на Попсикл
Оваа лекција се фокусира на тоа како мостовите се дизајнирани да издржат тежина, додека се издржливи, а во некои случаи естетски префинети. Студентите работат во тимови за да дизајнираат и градат сопствен мост од најмногу 200 стапчиња од леќата и лепак.
- Дознајте за нискоградба.
- Дознајте за инженерскиот дизајн.
- Дознајте за планирање и изградба.
- Дознајте за тимска работа и работа во групи.
Возрасни нивоа: 8 - 18
Изградба на материјали (за секој тим)
Потребни материјали
- 200 стапчиња за мраз
- Дрво или занаетчиски лепак
Материјали за тестирање
- 5 килограми тежина (за помлади ученици) и 20 фунти тежина (за постари студенти)
- (вреќи шеќер или брашно, 16 мл. конзерви храна, 72 мл. шише детергент за перење, тежина за вежбање или друга тежина)
- 2 столови, работни маси или мали маси (доволно високи за да овозможат дизајни да бидат суспендирани 1 метар над подот)
материјали
- 5 килограми тежина (за помлади ученици) и 20 фунти тежина (за постари студенти)
- (вреќи шеќер или брашно, 16 мл. конзерви храна, 72 мл. шише детергент за перење, тежина за вежбање или друга тежина)
- 2 столови, работни маси или мали маси (доволно високи за да овозможат дизајни да бидат суспендирани 1 метар над подот)
Процесот на
- Поставете 2 столови или работни маси (рамна површина) минимум 14 ”едни од други
- Суспендирајте или залепете мост 1 нога над подот на врвот на столовите / работните маси
- Ставете ја предодредената тежина на мостот една цела минута
- Во зависност од видот на избраната тежина, може да се постави на врвот на дизајнот или да се обеси одоздола.
- Целта да се тестираат дизајните за да се исполни минималното оптоварување. Сепак, забавно е постојано да се додава тежина на конструкцијата за да се исполни критичното оптоварување што резултира во мост што се распаѓа!
Судејќи ги дизајните
- Како час, дискутирајте за тоа што го прави мостот естетски пријатен
- Развијте список на атрибути како подготовка за оценување
- Следно, проценете за секој дизајн на мостот за неговата естетска вредност
- Користете скала од 1-5, со тоа што „не е воопшто привлечно“, а 1 „многу привлечно“.
- Дајте 1 позитивен коментар и 1 предлог за подобрување за секој дизајн.
Пешачки мост Скај Лангкави - Малезија
- Долг 125 метри, а широк 1.8 метри
- Дизајниран како закривена патека за да го зголеми искуството на гледање.
- Формирана од челични и бетонски панели поставени на врвот на превртена триаголна носака.
- Суспендиран со 8 кабли од еден столб висок 81.5 метри, и виси на околу 100 метри над земјата.
- Дизајниран да носи максимален капацитет од 250 лица.
Извор: Википедија
Се распаѓа меѓународниот пешачки мост на универзитетот во Флорида
Лошиот дизајн доведе до уривање на пешачки мост во изградба на ФИУ во 2018 година. Инженерите погрешно ја пресметаа количината на стрес што може да ја земе структурата.
Извор: САД денес
Дизајн предизвик
Вие сте тим на инженери кои работат на дизајнирање мост со употреба на лепак и 200 стапчиња од пукалица или помалку.
Критериуми
- Мостовите мора да бидат во можност да соберат претходно одредена тежина од 5 фунти или 20 фунти. Структурата мора да опфаќа минимум 14 инчи во должина.
Ограничувања
Може да користи не повеќе од 200 стапчиња за мраз.
- Пауза од часови во тимови од 2-4.
- Поделете го работниот лист Дизајнирајте сопствен мост, како и неколку листови хартија за скицирање на дизајни.
- Дискутирајте за темите во Делот за концепти за позадина.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвикот за дизајн, критериумите, ограничувањата и материјалите. Ако времето дозволи, прегледајте ги „Апликации во реалниот свет“ пред да го спроведете предизвикот за дизајн.
-
Пред да им наложите на учениците да започнат бура на идеи и да ги скицираат своите дизајни, замолете ги да размислат за следново:
● Различни видови мостови
● Кои форми се посилни од другите?
● Количина на тежина, вашиот дизајн мора да содржи 14 ”распон на критериуми
● Естетика - бидете креативни
● Ефикасност - обидете се да не ги користите сите стапчиња за мраз -
Обезбедете им на секој тим свои материјали.
-
Објаснете дека учениците мораат да развијат мост на мраз од 200 стапчиња и лепак. Мостот мора да може да собере однапред одредена тежина од 5 фунти или 20 фунти. Структурата мора да опфаќа минимум 14 инчи во должина.
- 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 мост. Тие се согласуваат за материјалите што ќе им бидат потребни, го пишуваат / нацртаат својот план и го презентираат својот план на часот.
- Екипите ги градат своите дизајни.
- Тестирајте ги дизајните на мостот со суспендирање или лепење на мостот од 1 нога над подот на врвот на столовите / работните маси. Ставете ја предодредената тежина на мостот една цела минута.
- Екипите треба да го документираат количеството тежина на нивниот мост и бројот на употребени стапчиња за мраз.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
- За повеќе содржини на темата, видете ги деловите „Апликации во реалниот свет“ и „Копање подлабоко“.
Варијација за постари ученици
- Дизајнирајте и изградете мост од стапчиња за лепчиња и лепак што може да ја собере тежината на:
- Двајца студенти
- Тројца студенти
- Не заборавајте да ја имате предвид безбедноста, ако ја испробате оваа варијација
Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)
- Дали успеавте да создадете мост што ја држеше потребната тежина цела минута? Ако не, зошто не успеа?
- Дали одлучивте да го ревидирате оригиналниот дизајн додека сте во фаза на изградба? Зошто?
- Колку стапчиња за мразот завршивте? Дали овој број се разликуваше од вашиот план? Ако е така, што се смени?
- Колкав е просечниот естетски резултат за вашиот мост? Како се спореди ова со остатокот од часот? Кои елементи на дизајнот на другите мостови ви се допаднаа најдобро?
- Дали мислите дека инженерите треба да ги прилагодат своите оригинални планови за време на изградбата на системи или производи? Зошто би можеле?
- Ако требаше да го сторите тоа одново, како би се сменил вашиот планиран дизајн? Зошто?
- Кои дизајни или методи ги видовте другите тимови како се обидоа, за кои мислевте дека функционираат добро?
- Дали мислите дека би можеле полесно да го завршите овој проект ако работевте сами? Објасни
- Каков вид на размена мислите дека инженерите прават помеѓу функционалноста, безбедноста и естетиката кога градат вистински мост?
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.
Видови мостови
Постојат шест главни типови на мостови: лак, сноп, кабелски столб, конзола, суспензија и бандаж.
Лак
Лачните мостови се во форма на лак и имаат потпори на секој крај. Најраните лачни мостови биле изградени од Грците и го вклучуваат мостот Аркадико. Тежината на мостот се влева во потпорите од двете страни.
Зрак
Зраци мостови се хоризонтални греди поддржани на секој крај од столбови. Најраните мостови на зраци беа едноставни трупци кои седеа преку потоци и слични едноставни структури. Во модерното време, зраците мостови се големи мостови со челични носачи. Тежината на врвот на зракот турка директно надолу на столбовите на двата краја од мостот.
Кабелски
Како суспендирани мостови, кабелските мостови се држат кабли. Меѓутоа, во кабелски мост, потребен е помалку кабел, а кулите што ги држат каблите се пропорционално пократки.
Конзола
Конзолните мостови се градат со употреба на конзолни конзори - хоризонтални греди што се потпираат само на едниот крај. Повеќето конзолни мостови користат две конзолни краци што се протегаат од спротивните страни на пречката што треба да се премине, состаноци во центарот.
Суспензија
Висечки мостови се суспендирани од кабли. Најраните суспендирани мостови биле направени од јажиња или винова лоза покриени со парчиња бамбус. Кај модерните мостови, каблите висат од кули прицврстени на кесони или кафеани кои се вградени длабоко во подот на езерото или реката.
Триш
Носечките мостови се составени од поврзани елементи. Тие имаат цврста палуба и решетка од иглички споеви за страни. Раните мостови на бандажите биле направени од дрво, но модерните мостови на бандажи се направени од метали како ковано железо и челик.
Познати мостови
Фирт на мостот Форт, Шкотска
Мостот Форт е конзолен, железнички мост над Фирт Форт на исток од Шкотска. Мостот се смета и денес како инженерско чудо. Должината е 2.5 км, а двојната патека е издигната 1.5 м (приближно 46 стапки) над плимата и осеката. Се состои од два главни распони од 150 стапки (1,710 м), два странични распони од 520 стапки, 675 распони на пристап од 15 стапки (168 м) и пет од 51 стапки (25 м). Секој главен распон се состои од два конзолни крака од 7.6 m на потпора на централниот мост на носачот од 680 m. Трите одлични конзолни конструкции со четири кули се високи 210 стапки (350 метри), секоја нога со дијаметар од 110 метри (340 м) се потпира на посебна основа. Јужната група на темели требаше да се конструира како кесони под компримиран воздух, до длабочина од 104 метри. Во нејзиниот врв, околу 70 работници беа вработени во нејзината изградба.
Сиднејскиот пристанишен мост, Австралија
Мостот на пристаништето во Сиднеј е мост од челичен лак преку пристаништето во Сиднеј, кој пренесува возови, возила и пешачки сообраќај помеѓу централната деловна област во Сиднеј и областа Северен брег. Драматичниот поглед на мостот, пристаништето и блиската опера во Сиднеј е иконска слика и на Сиднеј и на Австралија. Мостот е дизајниран и изграден од Дорман Лонг и Ко Доо, од Мидлсброу, Тесида, Велика Британија, и бил највисоката градба на градот до 1967 година. Според Гинисовиот рекорд, тој е најширокиот мост во светот со долг распон и неговиот највисок мост од челичен лак , со димензии 134 метри (429.6 стапки) од врвот до нивото на водата. Тоа е исто така четвртиот најдолг мост со прстен во светот. Лакот е составен од две лачни носачи со 28 панели. Нивните височини варираат од 18 m (55.8 ft) во центарот на лакот до 57 m (176.7 ft) (покрај столбовите).
- Абатмент: Дел од структура што прима притисок
- Естетски: Благодарност за прекрасниот изглед
- Лак: Закривена форма. Лачен мост е обликуван како лак и е природно силен
- Зрак: Долго парче тешки дрва или челик често на квадрат за употреба во градежништво. Зраци мостови се хоризонтални греди поддржани на секој крај од столбови.
- кабел: Силно жично јаже или метален ланец. Кабелски мост се држи кабел.
- Конзола: Хоризонтални греди што се потпираат само на едниот крај. Конзолните мостови се градат со употреба на конзолни конзори.
- Ограничувања: Ограничувања со материјалот, времето, големината на тимот, итн.
- Критериуми: Услови што дизајнот мора да ги задоволи како неговата вкупна големина, итн.
- Критички товар: Тежина на која не успева зграда или конструкција
- Инженери: Пронаоѓачи и решавачи на проблеми во светот. Дваесет и пет главни специјалитети се признати во инженерството (види инфографик).
- Процес на инженерско дизајнирање: Инженерите на процеси користат за решавање на проблеми.
- Инженерски навики на умот (ЕХМ): Шест уникатни начини на кои мислат инженерите.
- Повторување: Тестот и редизајнот е една повторување. Повторете (повеќе повторувања).
- Товар: Тежина или извор на притисок што се става врз некој предмет
- Прототип: Работен модел на решението што треба да се тестира.
- Век: Ширењето или степенот помеѓу потпорите
- Суспензија: Висат во воздух. Висечките мостови се суспендирани од кабли и имаат тенденција да бидат долги.
- Стрес: Притисок или напнатост извршен врз материјален предмет
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Мостови на светот: Нивен дизајн и конструкција (ISBN: 0486429954)
- Мостови: Неверојатни структури за дизајнирање, градење и тестирање (ISBN: 1885593309)
Активност за пишување
Напишете есеј или пасус за тоа како новите инженерски материјали влијаеле на дизајнот на мостовите во текот на минатиот век.
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
- 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
- Разбирање за науката и технологијата
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
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
- 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
- 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-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-ETS1-1 Дефинирајте ги критериумите и ограничувањата на дизајнерскиот проблем со доволна прецизност за да се обезбеди успешно решение, земајќи ги предвид релевантните научни принципи и потенцијалните влијанија врз луѓето и природната средина што може да ги ограничи можните решенија.
- 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 технолошка писменост - сите векови
Природата на технологијата
- Стандард 1: Студентите ќе развијат разбирање за карактеристиките и обемот на технологијата.
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 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 8: Студентите ќе развијат разбирање за атрибутите на дизајнот.
- 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.
Дизајнираниот свет
- Стандард 20: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да избираат и користат градежни технологии.
Индустриски инженерингВие сте дел од тим инженери на кои им е даден предизвик да дизајнираат мост од најмногу 200 стапчиња за лепчиња и лепак. Мостовите мора да имаат можност да држат одредена тежина (вашиот наставник ќе одлучи која ќе биде целта на тежината за вашиот тим). Мостот мора да се протега најмалку 14 инчи во должина. Но, тој мора да биде подолг од 14 инчи, бидејќи кога ќе биде конструиран, тој ќе биде поставен помеѓу две столици, така што е најмалку една нога над подот за тест за носење тежина. Покрај исполнувањето на структурните и барањата за носење тежина, мостот ќе се оценува и според неговата естетика, затоа бидете креативни! И, ве охрабруваме да користите најмал број на пустикули за да ја постигнете својата цел.
Фаза на планирање
Запознајте се како тим и разговарајте за проблемот што треба да го решите. Потоа развијте и договорете се за дизајнот на вашиот мост. Needе треба да одредите колку стапчиња за мраз ќе користите (до 200) - и чекорите што ќе ги преземете во процесот на производство. Размислете кои модели можат да бидат најсилни .... но, исто така, ве оценуваат според естетиката на вашиот мост! Нацртајте го вашиот дизајн во полето подолу и задолжително наведете го бројот на стапчиња што очекувате да ги користите. Презентирајте го вашиот дизајн пред часот. Може да изберете да го ревидирате планот на вашите тимови откако ќе добиете повратни информации од часот.
|
Број на стапчиња за мраз што ги предвидувате со употреба:
|
Фаза на градба
Изгради го својот мост. За време на изградбата може да одлучите дека ви требаат дополнителни стапчиња (до 200) или дека вашиот дизајн треба да се смени. Ова е во ред - само направете нова скица и ревидирајте го списокот на материјали.
Естетски глас
Секој студент ќе даде глас за изгледот на секој мост. Скалата е 1 - 5 - (1: воопшто не е привлечна; 2: не е привлечна; 3: неутрална / просечна; 4: донекаде привлечна; 5: многу привлечна). Овој број е просек за да се генерира резултат за секој мост. Овој резултат не се заснова на тоа колку мостот може да издржи тежина, туку на тоа како изгледа.
Фаза на тестирање
Секој тим ќе го тестира својот мост за да види дали може да ја издржи потребната тежина барем една цела минута. Гледајте ги тестовите на другите тимови и наб teamsудувајте како функционираат нивните различни дизајни.
Фаза на евалуација
Оценете ги резултатите на вашите тимови, пополнете го работниот лист за евалуација и презентирајте ги наодите на часот.
Користете го овој работен лист за да ги оцените резултатите на вашиот тим:
1) Дали успеавте да создадете мост што ја држеше потребната тежина цела минута? Ако не, зошто не успеа?
2) Дали одлучивте да го ревидирате вашиот оригинален дизајн додека сте во фаза на изградба? Зошто?
3) Колку стапчиња за ѓубриво на крај искористивте? Дали овој број се разликуваше од вашиот план? Ако е така, што се смени?
4) Кој беше просечниот естетски резултат за вашиот мост? Како се спореди ова со остатокот од часот? Кои елементи на дизајнот на другите мостови ви се допаднаа најдобро?
5) Дали мислите дека инженерите треба да ги прилагодат своите оригинални планови за време на изградбата на системи или производи? Зошто би можеле?
6) Ако требаше да го сторите тоа одново, како би се сменил вашиот планиран дизајн? Зошто?
7) Кои дизајни или методи ги видовте како се обидоа другите тимови, за кои мислевте дека функционираат добро?
8) Дали мислите дека би можеле полесно да го завршите овој проект ако работевте сами? Објаснете
9) Каков вид на размена мислите дека инженерите прават помеѓу функционалноста, безбедноста и естетиката кога градат вистински мост?
