Obwód brzęczyka z dwoma przyciskami

Materiały budowlane (dla każdego zespołu)

Potrzebne materiały

• Cztery mniejsze kosze lub kartony do segregowania surowców wtórnych
• Połamane pudła kartonowe lub inne arkusze tektury
• Rolka papieru (zawijanie, grafika) lub arkusze wkładek do półek (używane do przenośnika taśmowego)
• Luźna siatka

Materiały opcjonalne

• Wentylatory lub suszarki do włosów
• Stołek drabinkowy lub schodkowy (umożliwiający zmiany wysokości zsypów itp.)
• Różdżki magnetyczne lub inne duże magnesy

Testowanie materiałów

• Różnorodność czystych, suchych materiałów nadających się do recyklingu (tworzywa sztuczne, szkło, puszki metalowe/aluminiowe i papier) w dużym pojemniku lub pudełku do recyklingu
• Długi stół lub kilka krótkich stołów ustawionych razem

Materiały

• Różnorodność czystych, suchych materiałów nadających się do recyklingu (tworzywa sztuczne, szkło, puszki metalowe/aluminiowe i papier) w dużym pojemniku lub pudełku do recyklingu
• Długi stół lub kilka krótkich stołów ustawionych razem

Przetwarzanie

Umieść projekt na długim stole (lub kilku krótkich stołach umieszczonych razem), dodaj do projektu materiały nadające się do recyklingu i udokumentuj, jak dobrze każdy projekt sortuje materiały nadające się do recyklingu do oddzielnych pojemników.

Wyzwanie projektowe

Jesteś zespołem inżynierów, którzy zmierzyli się z wyzwaniem narysowania schematu opracowania obwodu brzęczyka z dwoma przyciskami, który symulowałby, w jaki sposób dzwonki do drzwi na drzwiach przednich i tylnych mogą dzwonić brzęczykiem lub dzwonkiem do drzwi.

kryteria

• Musi narysować schemat.
• Brzęczyk powinien symulować dzwonek do drzwi.

ograniczenia

• Używaj tylko dostarczonych materiałów.

1. Podziel klasę na 3-4 osobowe zespoły.
2. Rozdaj arkusz obwodu brzęczyka z dwoma przyciskami, a także kilka kartek papieru do szkicowania projektów.
3. Omów tematy w sekcji Koncepcje tła. Omów, jak działa dzwonek do drzwi. Pokaż uczniom przykład brzęczyka z dwoma przyciskami.
4. Przejrzyj proces projektowania inżynierskiego, wyzwanie projektowe, kryteria, ograniczenia i materiały.
5. Dostarcz każdemu zespołowi swoje materiały.
6. Wyjaśnij, że uczniowie muszą narysować schematyczny diagram i zbudować brzęczyk z dwoma przyciskami.
7. Ogłoś, ile czasu mają na zaprojektowanie i zbudowanie (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. Poproś uczniów, aby przed rozpoczęciem budowania narysowali schematyczny diagram konfiguracji brzęczyka z dwoma przyciskami.
10. Zespoły budują swoje projekty.
11. Przetestuj projekty brzęczyka za pomocą baterii D.
12. W klasie przedyskutujcie pytania uczniów do refleksji.
13. Więcej treści na ten temat można znaleźć w sekcji „Digging Deeper”.

Pomysł na rozszerzenie

Uczniowie budują obwód brzęczyka z dwoma przyciskami, który dociera z jednej klasy do drugiej! 

Refleksja studencka (zeszyt inżynierski)

1. Czy istnieje ograniczenie liczby przełączników, które można połączyć ze sobą, aby wywołać dźwięk brzęczyka? Jeśli tak, dlaczego? Jeśli nie, dlaczego nie?
2. Czy ta sama koncepcja obwodu zadziałałaby w przypadku otwierania drzwi garażowych z dwoma przyciskami (jeden w samochodzie i jeden w garażu)? Czemu? Dlaczego nie?

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.

Co to jest prosty obwód? 

Prosty obwód Prosty obwód składa się z trzech minimalnych elementów, które są wymagane do ukończenia działającego obwodu elektrycznego: źródła energii elektrycznej (akumulatora), ścieżki lub przewodnika, po którym płynie prąd (drut) oraz rezystora elektrycznego (lampy), który jest dowolnym urządzeniem który wymaga energii elektrycznej do działania. Poniższa ilustracja przedstawia prosty obwód zawierający jedną baterię, dwa przewody, przełącznik i żarówkę. Przepływ energii elektrycznej odbywa się z wysokiego potencjału (+) zacisku akumulatora przez żarówkę (zapala się) i z powrotem do ujemnego (-) zacisku, w ciągłym przepływie, gdy przełącznik jest w pozycji włączonej, więc prąd może pływ.

Schemat ideowy prostego obwodu  

Poniżej znajduje się schematyczny diagram prostego obwodu przedstawiający elektroniczne symbole baterii, przełącznika i żarówki.

Symulowanie przełącznika 

Symulowanie przełącznika przez odłączenie przewodu lub dodanie ołówka

Istnieje kilka sposobów na symulację przełącznika w prostym obwodzie. Po prostu wyjęcie i wymiana przewodu z żarówki może służyć jako włącznik. Kolejny prosty przełącznik można wykonać, przyczepiając koniec jednego z przewodów do gumki na końcu ołówka za pomocą gumki. Następnie przymocuj kolejną gumkę do drugiego końca ołówka i po prostu kładąc drugi koniec na – a następnie na – przewodzie łączącym, stworzyłeś przełącznik. W konstrukcji przełączników można również stosować inne rodzaje przewodników, takie jak folia aluminiowa, spinki do włosów, spinacze do papieru, zapięcia do papieru i niektóre metalowe długopisy.

Spis zalecanych lektur

• Odczepić się od kogoś! Zbuduj własny dzwonek elektroniczny (Troll Assoc., ISBN: 0816761965)
• Seria DK naocznych świadków: Elektryczność (ISBN: 0751361321)
• Elektryczność naocznego świadka, Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
• Jak działa nauka, Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)

Pisanie

Napisz esej lub akapit opisujący inne przykłady dwóch przycisków (przełączników) obsługujących urządzenie elektryczne (brama garażowa, oświetlenie na klatce schodowej, komputer podłączony do listwy zasilającej). Czym te obwody różnią się od przykładowego brzęczyka?

Dostosowanie do ram programowych

Uwaga: Plany lekcji w tej serii są dostosowane do co najmniej jednego z następujących zestawów standardów:

• S. Standardy edukacji naukowej (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Standardy naukowe nowej generacji (http://www.nextgenscience.org/)
• Standardy Międzynarodowego Stowarzyszenia Edukacji Technologicznej dotyczące umiejętności technologicznych (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Krajowa Rada Nauczycieli Matematyki Zasad i Standardów Matematyki Szkolnej (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Wspólne podstawowe stanowe standardy matematyki (http://www.corestandards.org/Math)
• Stowarzyszenie Nauczycieli Informatyki K-12 Standardy Informatyki (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

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 B: Nauki fizyczne

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Światło, ciepło, elektryczność i magnetyzm

TREŚĆ STANDARD E: Nauka i technologia

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Zrozumienie nauki i technologii

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 B: Nauki fizyczne

W wyniku swoich działań wszyscy uczniowie powinni rozwinąć zrozumienie

• Transfer energii

TREŚĆ STANDARD E: Nauka i technologia

W wyniku zajęć wszyscy uczniowie powinni się rozwijać

• Zrozumienie nauki i technologii

Standardy naukowe nowej generacji klasy 3-5 (w wieku 8-11 lat)

Energia      

Uczniowie, którzy wykażą się zrozumieniem, mogą:

• 4-PS3-4. Zastosuj naukowe pomysły, aby zaprojektować, przetestować i udoskonalić urządzenie, które przekształca energię z jednej postaci w drugą.

Standardy naukowe nowej generacji klasy 3-5 (w wieku 8-11 lat)

Projektowanie inżynierskie

Uczniowie, którzy wykażą się zrozumieniem, mogą:

• 3-5-ETS1-1.Zdefiniuj prosty problem projektowy odzwierciedlający potrzebę lub chęć, który zawiera określone kryteria sukcesu i ograniczenia dotyczące materiałów, czasu lub kosztów.
• 3-5-ETS1-2. Wygeneruj i porównaj wiele możliwych rozwiązań problemu w oparciu o to, jak dobrze każde z nich może spełnić kryteria i ograniczenia problemu.

Standardy naukowe nowej generacji klasy 6-8 (w wieku 11-14 lat)

Projektowanie inżynierskie

Uczniowie, którzy wykażą się zrozumieniem, mogą:

• MS-ETS1-2 Oceń konkurencyjne rozwiązania projektowe przy użyciu systematycznego procesu, aby określić, jak dobrze spełniają one kryteria i ograniczenia problemu.

Standardy alfabetyzacji technologicznej – w każdym wieku

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.

Pracując jako zespół, musisz opracować obwód brzęczyka z dwoma przyciskami, który symulowałby, w jaki sposób dzwonki na drzwiach przednich i tylnych mogą dzwonić brzęczykiem lub dzwonkiem do drzwi. 

1. Przeczytaj arkusze referencyjne uczniów dostarczone twojemu zespołowi.
2. Narysuj schematyczny schemat konfiguracji brzęczyka z dwoma przyciskami poniżej.
3. Gdy Twój zespół będzie miał realny schemat, zbuduj swój obwód z części dostarczonych przez nauczyciela (przewód, bateria, dwa przyciski (przełączniki) i brzęczyk).
4. Odpowiedz na pytania, które znajdują się w tym arkuszu dla uczniów.
5. Prezentuje projekt Twojej grupy klasie po zakończeniu budowy.

Narysuj schemat obwodu brzęczyka z dwoma przyciskami w polu poniżej.

Czy istnieje ograniczenie liczby przełączników, które można połączyć ze sobą, aby wywołać dźwięk brzęczyka? Jeśli tak, dlaczego? Jeśli nie, dlaczego nie?

Czy ta sama koncepcja obwodu zadziałałaby w przypadku otwierania drzwi garażowych z dwoma przyciskami (jeden w samochodzie i jeden w garażu)? Czemu? Dlaczego nie?

Zaawansowany pomysł — zbuduj obwód brzęczyka z dwoma przyciskami, który dociera z jednej klasy do drugiej!