Kreacje maszynki do strzyżenia

Materiały budowlane

Potrzebne materiały

• Arkusze z płyty piankowej
• taśma klejąca
• Klej
• Wykałaczki
• Nóż do tektury

Komponenty modelu

• Dolna deska do strzyżenia
• Górna deska do strzyżenia
• Dźwignia ręczna do obsługi maszynki do strzyżenia
• Część ołówka służąca jako trzonek
• Klin z płyty piankowej na końcu, w którym łączą się deski do strzyżenia (wstępnie przycięty przez nauczyciela)
• Podwójnej grubości punkt podparcia dźwigni ręcznej
• 8 krawędzi maszynki do strzyżenia (oznacza krawędzie prawdziwej maszynki do strzyżenia)
• 10 wykałaczek do formowania końcówek trzonu ołówka

Nauczyciel powinien wcześniej wyciąć płytę piankową zgodnie z poniższym schematem, zapewniając uczniom wstępnie wycięte kształty. Uczniowie następnie składają małe części w duże części zaopatrzone w klej. Pozwól klejowi wyschnąć. Następnego dnia lub lekcji uczniowie powinni złożyć model maszynki do strzyżenia taśmą na krawędziach zarówno dolnej, jak i górnej deski do strzyżenia. Wsuń wykałaczki przez otwory w ołówku lub przyklej je do ołówka.

Materiały

• Modele obcinaczy do paznokci

Przetwarzanie

• Uczniowie testują swoje modele obcinaczy do paznokci, symulując obcinanie paznokci

Wyzwanie projektowe

Jesteś zespołem inżynierów, którzy zmierzyli się z wyzwaniem zbudowania działającego modelu zestawu obcinaczy do paznokci przy użyciu dostarczonych materiałów. Po ukończeniu modelu przetestuj projekt, aby zasymulować obcinanie paznokci.

Następnie będziesz miał wyzwanie opracowania planu za pomocą prostych maszyn, aby przenieść książkę telefoniczną z jednej strony klasy na drugą bez dotykania książki. Musisz użyć co najmniej jednej prostej maszyny w swoim rozwiązaniu… ale możesz używać ich tak wielu, jak chcesz.

kryteria

• Postępuj zgodnie z instrukcjami zawartymi w Arkuszu Ucznia, aby zbudować model

ograniczenia

• Używaj tylko dostarczonych materiałów

1. Podziel klasę na zespoły składające się z 2 osób.
2. Rozdaj arkusz Clipper Creations.
3. Omów tematy w sekcji Koncepcje tła. Wyróżnij typy prostych maszyn, zwracając szczególną uwagę na „dźwignię”. Poinstruuj uczniów, aby korzystali z Arkusza pracy ucznia jako przewodnika przy składaniu modeli obcinaczy do paznokci.
4. Przejrzyj proces projektowania inżynierskiego, wyzwanie projektowe, kryteria, ograniczenia i materiały.
5. Dostarcz każdemu zespołowi swoje materiały.
6. Wyjaśnij, że uczniowie muszą zbudować działający model zestawu obcinaczy do paznokci.
7. Ogłoś, ile czasu mają na budowę (zalecana 1 godzina).
8. Użyj timera lub stopera on-line (funkcja odliczania), aby mieć pewność, że zdążysz na czas. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Daj uczniom regularne „kontrole czasu”, aby mogli kontynuować zadanie. Jeśli mają problemy, zadawaj pytania, które szybciej doprowadzą ich do rozwiązania.
9. Uczniowie spotykają się i budują swoje modele, korzystając z instrukcji i diagramów przedstawionych w Arkuszu pracy ucznia
10. Zespoły budują swoje projekty.
11. Zespoły testują swoje projekty, symulując sposób, w jaki obcinacz do paznokci będzie obcinał paznokcie.
12. Po zakończeniu budowy modelu poinstruuj zespoły uczniów, aby opracowały plan za pomocą prostych maszyn, aby przenieść książkę telefoniczną z jednej strony klasy na drugą bez dotykania książki. W swoim rozwiązaniu muszą używać co najmniej jednej prostej maszyny… ale mogą korzystać z wielu, ile chcą. Powinni naszkicować swój plan.
13. W klasie przedyskutujcie pytania uczniów do refleksji.
14. Więcej treści na ten temat można znaleźć w sekcji „Digging Deeper”.

Refleksja studencka (zeszyt inżynierski)

1. Jaka była najbardziej efektywna część twojego projektu — część, która działała zgodnie z planem?
2. Jaka była najmniej efektywna część twojego projektu — część, która sprawiała najwięcej problemów lub nie działała zgodnie z planem?
3. Gdybyś mógł przerobić swój pierwotny plan, co byś zmienił?
4. Czy myślisz, że inżynierowie muszą zaprojektować, przeprojektować i przeprojektować, aby wymyślić najlepszy produkt lub proces? Podaj przykład produktu lub procesu, który zmienił się w czasie (np. telefony lub samoloty).

W przypadku starszych uczniów lekcję można przeprowadzić już za 1 lekcję. Jednak, aby pomóc uczniom w pośpiechu i zapewnić uczniom sukces (zwłaszcza młodszym uczniom), podziel lekcję na dwa okresy, dając uczniom więcej czasu na burzę mózgów, testowanie pomysłów i sfinalizowanie ich projektu. Przeprowadź test i podsumowanie w następnej lekcji.

Zasoby dla nauczycieli

Zazwyczaj maszyny mają na celu zmniejszenie siły potrzebnej do przemieszczenia przedmiotu. Ale w tym procesie odległość się zwiększa. Rampa dla wózków inwalidzkich jest łatwym do zobrazowania przykładem tego związku. Podczas gdy ilość wysiłku i siły jest zmniejszona (siła), rzeczywista odległość znacznie się zwiększa. Dlatego ilość faktycznej pracy jest taka sama. Podczas gdy typowym zastosowaniem maszyn jest zmniejszenie wysiłku lub siły, istnieją ważne zastosowania maszyn, w których nie ma to żadnej korzyści – to znaczy siła nie jest zmniejszona, lub w rzeczywistości występuje zmniejszenie przewagi – to znaczy siła jest zwiększona. Najlepszym przykładem maszyny, która nie daje żadnych korzyści, jest proste lub pojedyncze koło pasowe. Pojedyncze koło pasowe zmienia tylko kierunek siły wysiłku. Przykładem jest zaciąganie zasłony.

Obcinacz do paznokci to przykład dźwigni. Siła wywierana na rączkę maszynki do strzyżenia ściska ostrza maszynki tak, że ostrza dotykają i przycinają gwóźdź. W obcinaczu do paznokci punkt podparcia jest przegubem obrotowym między dwiema częściami obcinacza.

Wprowadzenie do prostych maszyn

Proste maszyny są „proste”, ponieważ większość ma tylko jedną ruchomą część. Kiedy połączysz proste maszyny, otrzymasz złożoną maszynę, taką jak kosiarka, samochód, a nawet elektryczna trymer do włosów w nosie! Pamiętaj, że maszyna to każde urządzenie ułatwiające pracę. W nauce „praca” oznacza wprawianie czegoś w ruch. Ważne jest, aby wiedzieć, że korzystając z prostej maszyny, w rzeczywistości wykonujesz taką samą ilość pracy — wydaje się to po prostu łatwiejsze. Prosta maszyna zmniejsza ilość wysiłku potrzebnego do przemieszczenia czegoś, ale kończysz na przeniesieniu jej na większą odległość, aby wykonać tę samą ilość pracy. Pamiętaj więc, że przy korzystaniu z prostych maszyn istnieje kompromis w zużyciu energii.

Zazwyczaj maszyny mają na celu zmniejszenie siły potrzebnej do przemieszczenia przedmiotu. Ale w tym procesie odległość się zwiększa. Rampa dla wózków inwalidzkich jest łatwym do zobrazowania przykładem tego związku. Podczas gdy ilość wysiłku i siły jest zmniejszona (siła), rzeczywista odległość znacznie się zwiększa. Dlatego ilość faktycznej pracy jest taka sama. Podczas gdy typowym zastosowaniem maszyn jest zmniejszenie wysiłku lub siły, istnieją ważne zastosowania maszyn, w których nie ma to żadnej korzyści – to znaczy siła nie jest zmniejszona, lub w rzeczywistości występuje zmniejszenie przewagi – to znaczy siła jest zwiększona. Najlepszym przykładem maszyny, która nie daje żadnych korzyści, jest proste lub pojedyncze koło pasowe. Pojedyncze koło pasowe zmienia tylko kierunek siły wysiłku. Przykładem jest zaciąganie zasłony.

Obcinacz do paznokci to przykład dźwigni. Siła wywierana na rączkę maszynki do strzyżenia ściska ostrza maszynki tak, że ostrza dotykają i przycinają gwóźdź. W obcinaczu do paznokci punkt podparcia jest przegubem obrotowym między dwiema częściami obcinacza.

Rodzaje prostych maszyn

Istnieją cztery typy prostych maszyn, które stanowią podstawę wszystkich maszyn mechanicznych:

Dźwignia

Spróbuj wyciągnąć z ziemi naprawdę uparte chwasty. Używając tylko gołych rąk, może to być trudne lub nawet bolesne. Z narzędziem, takim jak ręczna łopata, powinieneś jednak wygrać bitwę. Każde narzędzie, które coś luźno podważa, to dźwignia. Dźwignia to ramię, które „skręca się” (lub obraca) w stosunku do „punktu podparcia” (lub punktu). Pomyśl o szponiastym końcu młotka, którego używasz do podważania gwoździ. To dźwignia. To zakrzywione ramię, które opiera się o punkt na powierzchni. Gdy obracasz zakrzywione ramię, odrywa gwóźdź od powierzchni. A to ciężka praca! Istnieją trzy rodzaje dźwigni:

• Dźwignia pierwszej klasy – gdy punkt podparcia znajduje się między ramieniem siłowym a ramieniem dźwigni, dźwignia jest opisana jako dźwignia pierwszej klasy. W rzeczywistości wielu z nas zna ten rodzaj dźwigni. Jest to klasyczny przykład balansowania – lub obcinacz do paznokci.
• Dźwignia drugiej klasy – W dźwigni drugiej klasy ramię nośne znajduje się między punktem podparcia a ramieniem siłowym. Dobrym przykładem tego typu dźwigni jest taczka.
• Dźwignia trzeciej klasy – W tej klasie dźwigni ramię siłowe znajduje się między punktem podparcia a ramieniem nośnym. Z powodu tego układu do przesunięcia ładunku potrzebna jest stosunkowo duża siła. Jest to skompensowane faktem, że możliwe jest wywołanie ruchu ładunku na dużą odległość przy stosunkowo niewielkim ruchu ramienia siłowego. Pomyśl o wędce!

Równia pochyła

Samolot to płaska powierzchnia. Na przykład gładka deska to samolot. Jeśli samolot leży płasko na ziemi, prawdopodobnie nie pomoże ci w pracy. Jednak gdy ta płaszczyzna jest nachylona lub pochylona, ​​może pomóc w przenoszeniu obiektów na duże odległości. I to jest praca! Wspólną płaszczyzną nachyloną jest rampa. Podnoszenie ciężkiego pudła na dok załadunkowy jest znacznie łatwiejsze, jeśli wsuniesz pudło na rampę – prostą maszynę.

klin

• Zamiast używać gładkiej strony pochyłej płaszczyzny, możesz również użyć spiczastych krawędzi do innych prac. Na przykład możesz użyć krawędzi, aby odsunąć rzeczy. Wtedy pochylona płaszczyzna jest klinem. Tak więc klin jest właściwie rodzajem nachylonej płaszczyzny. Ostrze topora to klin. Pomyśl o krawędzi ostrza. To krawędź gładkiej, skośnej powierzchni. To jest klin!

Wkręt

• Teraz weź pochyloną płaszczyznę i owiń ją wokół cylindra. Jej ostra krawędź staje się kolejnym prostym narzędziem: śrubą. Umieść metalową śrubę obok rampy i trudno jest dostrzec podobieństwa, ale śruba jest w rzeczywistości po prostu innym rodzajem pochyłej płaszczyzny. Jak śruba pomaga w pracy? Każdy obrót metalowej śruby pomaga przesunąć kawałek metalu przez drewnianą przestrzeń.

Koło i oś

Koło to okrągły dysk przymocowany do centralnego pręta, zwanego osią. Kierownica samochodu to koło i oś. Sekcja, na której kładziemy ręce i przykładamy siłę (moment obrotowy) nazywa się kołem, które obraca mniejszą oś. Śrubokręt to kolejny przykład koła i osi. Poluzowanie mocno dokręconej śruby gołymi rękami może być niemożliwe. Gruby uchwyt to koło, a metalowy wałek to oś. Im większy uchwyt, tym mniej siły potrzeba do przekręcenia śruby.

Krążek linowy

Zamiast osi koło mogłoby również obracać linę lub linkę. Ta odmiana koła i osi to koło pasowe. W kole pasowym linka owija się wokół koła. Gdy koło się obraca, linka porusza się w dowolnym kierunku. Teraz przymocuj haczyk do linki i możesz używać obrotu koła do podnoszenia i opuszczania obiektów. Na przykład na maszcie flagowym przymocowana jest lina do bloczka. Na linie są zwykle dwa haczyki. Sznur obraca się wokół bloczka i obniża haki, do których można przymocować flagę. Następnie obróć linkę, a flaga uniesie się wysoko na słupie.

Spis zalecanych lektur

• Wykonywanie mechanicznych cudów w drewnie (ISBN: 978-1626548862)
• Eksperymenty naukowe z prostymi maszynami (eksperymenty naukowe) autorstwa Sally Nankivell-Aston, Dorothy Jackson (ISBN: 978-0531154458)

Pisanie

Zidentyfikuj przykłady innych wzorów obcinaczy do paznokci. Napisz esej (lub akapit w zależności od wieku) o tym, jak różnią się projekty i jak różne projekty mogą wpłynąć na funkcję maszynki do strzyżenia.

Dostosowanie do ram programowych

Uwaga: Wszystkie plany lekcji w tej serii są dostosowane do Krajowe Standardy Edukacji Naukowej które zostały wyprodukowane przez  Krajowa Rada ds. Badań Naukowych i zatwierdzony przez National Science Teachers Association, a w stosownych przypadkach również przez International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy lub National Council of Teachers of Mathematics' Principles and Standards for School Mathematics.

Krajowe Standardy Edukacji Naukowej Klasy K-4 (w wieku 4 – 9) 

TREŚĆ STANDARD A: Nauka jako dochodzenie

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności niezbędne do prowadzenia badań naukowych
• Zrozumienie dociekań naukowych

TREŚĆ STANDARD E: Nauka i technologia

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności projektowania technologicznego

STANDARD TREŚCI F: Nauka z perspektywy osobistej i społecznej

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Nauka i technologia w lokalnych wyzwaniach

TREŚĆ STANDARD G: Historia i natura nauki

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Nauka jako ludzkie przedsięwzięcie

Krajowe Standardy Edukacji Naukowej Klasy 5-8 (wiek 10-14) 

TREŚĆ STANDARD A: Nauka jako dochodzenie

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności niezbędne do prowadzenia badań naukowych
• Zrozumienia dotyczące badań naukowych

TREŚĆ STANDARD E: Nauka i technologia

W wyniku zajęć w klasach 5-8 wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności projektowania technologicznego
• Zrozumienie nauki i technologii

STANDARD TREŚCI F: Nauka z perspektywy osobistej i społecznej

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Ryzyko i korzyści
• Nauka i technologia w społeczeństwie

TREŚĆ STANDARD G: Historia i natura nauki

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Nauka jako ludzkie przedsięwzięcie
• Historia nauki

Krajowe Standardy Edukacji Naukowej Klasy 9-12 (wiek 14-18)

TREŚĆ STANDARD A: Nauka jako dochodzenie

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności niezbędne do prowadzenia badań naukowych
• Zrozumienia dotyczące badań naukowych

TREŚĆ STANDARD E: Nauka i technologia

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Umiejętności projektowania technologicznego
• Zrozumienie nauki i technologii 

STANDARD TREŚCI F: Nauka z perspektywy osobistej i społecznej

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Zdrowie osobiste i społeczne
• Nauka i technologia a wyzwania lokalne, krajowe i globalne

TREŚĆ STANDARD G: Historia i natura nauki

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Natura wiedzy naukowej
• Perspektywy historyczne

Standardy alfabetyzacji technologicznej – w każdym wieku

Natura technologii

• Standard 1: Uczniowie zrozumieją cechy i zakres technologii.

Technologia i społeczeństwo

• Standard 4: Studenci rozwiną zrozumienie kulturowych, społecznych, ekonomicznych i politycznych skutków technologii.
• Standard 6: Studenci rozwiną zrozumienie roli społeczeństwa w rozwoju i wykorzystaniu technologii.
• Standard 7: Studenci rozwiną zrozumienie wpływu technologii na historię.

Wnętrze

• Standard 8: Uczniowie rozwiną zrozumienie atrybutów projektu.
• Standard 9: Studenci rozwiną zrozumienie projektowania inżynierskiego.
• Standard 10: Studenci rozwiną zrozumienie roli rozwiązywania problemów, badań i rozwoju, wynalazków i innowacji oraz eksperymentowania w rozwiązywaniu problemów.

Umiejętności dla technologicznego świata

• Standard 13: Uczniowie rozwiną umiejętności oceny wpływu produktów i systemów. 

Zaprojektowany świat

Standard 17: Uczniowie zrozumieją i będą w stanie wybrać i wykorzystać technologie informacyjne i komunikacyjne.

Zbuduj model obcinacza do paznokci

Lista materiałów

• Płyta z pianki
• taśma klejąca
• wykałaczki

Części modelu

• Dolna deska do strzyżenia
• Górna deska do strzyżenia
• Dźwignia ręczna do obsługi maszynki do strzyżenia
• Część ołówka służąca jako trzonek
• Klin płyty piankowej na końcu, w którym łączą się deski do strzyżenia (przycięte przez nauczyciela)
• Podwójnej grubości punkt podparcia dźwigni ręcznej
• 8 krawędzi maszynki do strzyżenia (oznacza krawędzie prawdziwej maszynki do strzyżenia)
• 10 wykałaczek do formowania końcówek trzonu ołówka

Instrukcje

Pracując w zespołach, zapoznaj się z poniższą ilustracją i połącz małe części w duże części z klejem. Pozwól klejowi wyschnąć. Następnie zmontuj model maszynki do strzyżenia taśmą na końcu krawędzi zarówno dolnej, jak i górnej deski do strzyżenia. Wsuń wykałaczki przez otwory w ołówku lub przyklej je do ołówka. Przetestuj swoje maszynki do strzyżenia!

Jesteś inżynierem! Pracuj w zespole i opracuj plan za pomocą prostych maszyn, aby przenieść książkę telefoniczną z jednej strony klasy na drugą bez dotykania książki. Musisz użyć co najmniej jednej prostej maszyny w swoim rozwiązaniu… ale możesz użyć wielu, jeśli chcesz.

Krok pierwszy:

Narysuj maszynę lub rozwiązanie swojego zespołu w polu poniżej.

Krok drugi:

Wypróbuj plan swojego zespołu i sprawdź, czy działa!

pytania:

1. Jaka była najbardziej efektywna część twojego projektu — część, która działała zgodnie z planem?

2. Jaka była najmniej efektywna część twojego projektu — część, która sprawiała najwięcej problemów lub nie działała zgodnie z planem?

3. Gdybyś mógł przerobić swój pierwotny plan, co byś zmienił?

4. Czy myślisz, że inżynierowie muszą zaprojektować, przeprojektować i przeprojektować, aby wymyślić najlepszy produkt lub proces? Podaj przykład produktu lub procesu, który zmienił się w czasie (np. telefony lub samoloty).