Máquina de chicletes interativa

Materiais de construção (para cada equipe)

Materiais necessários para as atividades 2 e 3 (Tabela de possibilidades)

• Caixas de papelão  
• Garrafas de plástico de 2 litros  
• Copos de papel  
• picolés  
• Cavilhas 
• Espetos  
• argila  
• Limpadores de cano  
• Tesoura  
• Bandas de borracha 
• Tanga  
• Clipes de papel  
• Clipes de fichário  
• Cartolina e / ou pastas de arquivo  
• Pedaços de papelão (corte algumas caixas em pedaços de tamanhos diferentes)  
• Fita adesiva  
• Tubulação de 6 '(isolador de tubo cortado ao meio no sentido do comprimento) - 1 por equipe  
• Faca Xacto (para professor)   

Materiais de Teste

• Gumballs (ou mármores para representar chicletes se sua escola não permitir chicletes)
• Copos de papel
• Cesta de papéis (para alunos mais jovens)

1. Divida a classe em equipes de 3-4.
2. Distribua a planilha do Gumball Machine interativo, bem como algumas folhas de papel para esboços de projetos.
3. Discuta os tópicos da seção Conceitos básicos.
   • Atividade 1: Leia a história por trás das máquinas de chicletes e discuta como uma pista para o principal desafio do projeto. Pergunte aos alunos que tipo de máquina de venda automática eles viram antes e que tipo de máquina de venda automática eles gostariam de ter na escola ou em sua cidade.
   • Atividade 2: Slide de chiclete - Explique aos alunos que eles explorarão a gravidade e a energia ao fazer seu slide de chiclete.
   • Atividade 3: Máquina de chicletes - Reserve um tempo para discutir o que significa interativo ou interação. Peça aos alunos que o definam e depois forneçam alguns exemplos.
     • Interação - é um tipo de ação que ocorre quando dois ou mais objetos têm efeito um sobre o outro.
     • Interativo - agindo um com o outro.
       • Exemplo: Video Games - interação entre o usuário e o jogo. É interativo porque requer que o usuário participe para que o jogo avance.
     • Para fazer os alunos pensarem sobre como sua máquina de chicletes será interativa, você pode mostrar as fotos abaixo: (Traga as imagens)
4. Revise o Processo de Projeto de Engenharia, Desafio de Projeto, Critérios, Restrições e Materiais para cada Atividade.
5. Forneça a cada equipe seus materiais.
6. Explique que os alunos devem completar 3 atividades.
   • Atividade 1: Aprenda a história da máquina de chicletes.
   • Atividade 2: Projete e construa um slide de chiclete.
   • Atividade 3: Projete e construa uma máquina de chicletes interativa.
7. Anuncie a quantidade de tempo que eles têm para projetar e construir:
   • Atividade 1: História da máquina de chicletes (1/2 hora).
   • Atividade 2: Slide de chiclete (1 hora).
   • Atividade 3: Máquina de chicletes interativa (1-2 horas).
8. Use um cronômetro ou cronômetro on-line (recurso de contagem regressiva) para garantir que você se mantenha no tempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dê aos alunos “verificações de tempo” regulares para que eles permaneçam na tarefa. Se eles estiverem com dificuldades, faça perguntas que os levem a uma solução mais rápida.
9. Os alunos se encontram e desenvolvem um plano para a Atividade 2: seu slide de chiclete.
10. As equipes constroem seu slide de chicletes.
11. Cada equipe testa o design do slide, colocando a bola de gude no topo do slide e deixando-o rolar em um copo. Os alunos podem decidir onde gostariam de colocar o copo. Os alunos devem documentar se a bola de gude ficou na pista e se caiu na xícara.
12. Faça uma discussão em classe usando as seguintes perguntas:
    • O que faz o chiclete começar a descer no slide? (Gravidade)
    • Que tipo de energia o chiclete tem antes de você liberá-lo? (Energia potencial)
    • Que tipo de energia o chiclete possui depois de liberado? (Energia cinética)
    • Onde você encontrará a maior quantidade de energia potencial? Porque? (O topo do slide, porque é o ponto mais alto do slide, PE = mgh)
    • Onde você encontrará a maior quantidade de energia cinética? Porque? (A parte inferior do slide, porque o chiclete se moverá mais rápido lá, KE = 1 / 2mv2)
    • O chiclete está funcionando? Porque? (Sim, tem força atuando sobre ele e se move uma distância descendo o slide, W = fd)
    • Como você fez seu chiclete descer mais rápido no slide? (Aumente a inclinação do slide ou o comprimento ou ambos.)
    • Onde você colocará seu copo para que o chiclete caia nele? (Isso será diferente para cada equipe.)
    • Por que o chiclete quer continuar? (Momentum)
    • Como você poderia desacelerar o chiclete? (Introduzir atrito)
13. Os alunos se encontram e desenvolvem um plano para a Atividade 3: sua máquina de chicletes interativa.
14. As equipes constroem sua máquina de chicletes interativa.
15. Cada equipe testa seu projeto de máquina de chiclete, colocando-o em um ponto inicial dentro da máquina e permitindo que ele siga a trilha até que caia em um copo. Os alunos devem demonstrar como funcionam os elementos interativos e os loops. Os alunos devem documentar quanto tempo leva para o chiclete ir do ponto de partida até o copo. Para os alunos mais jovens, use uma cesta de lixo em vez de copos para pegar as bolas de chiclete.
16. Como classe, discuta as questões de reflexão do aluno.
17. Para obter mais conteúdo sobre o assunto, consulte a seção “Indo mais fundo”.

Reflexão do aluno (caderno de engenharia)

1. O que foi bem?
2. O que não correu bem?
3. Qual é o seu elemento favorito de sua máquina de chicletes interativa?
4. Se você tivesse tempo para redesenhar novamente, quais mudanças você faria?

A aula pode ser ministrada em apenas 1 período de aula para alunos mais velhos. No entanto, para ajudar os alunos a não se sentirem apressados ​​e para garantir o sucesso dos alunos (especialmente para alunos mais jovens), divida a aula em dois períodos, dando aos alunos mais tempo para debater, testar ideias e finalizar seu projeto. Conduza o teste e o interrogatório no próximo período de aula.

• Aceleração: a taxa na qual um objeto muda sua velocidade. Um objeto está acelerando se estiver mudando sua velocidade ou direção. Um objeto está acelerando se estiver mudando sua velocidade (ambos acelerando ou desacelerando). 
• Restrições: Limitações de material, tempo, tamanho da equipe, etc.
• Critérios: Condições que o projeto deve satisfazer, como seu tamanho geral, etc.
• Energia: Capacidade de fazer trabalho. Você trabalha quando usa uma força (empurrar ou puxar) para causar movimento.  
• Engenheiros: inventores e solucionadores de problemas do mundo. Vinte e cinco principais especialidades são reconhecidas em engenharia (ver infográfico).
• Processo de projeto de engenharia: os engenheiros de processo usam para resolver problemas. 
• Hábitos da mente em engenharia (EHM): seis maneiras exclusivas de pensar dos engenheiros.
• Força: um empurrão ou puxão em um objeto resultante da interação de um objeto com outro objeto.  
• Fricção: Força que resiste ao movimento de um objeto.
• Gravidade: a força de atração pela qual os objetos tendem a cair em direção ao centro da Terra.  
• Interação: um tipo de ação que ocorre quando dois ou mais objetos têm efeito um sobre o outro.  
• Interativo: Agindo uns com os outros. 
• Energia cinética: energia de movimento. Todos os objetos em movimento têm energia cinética. A quantidade de energia cinética depende da massa e da velocidade de um objeto. A fórmula para energia cinética é KE = 1 / 2mv2. [m = massa do objeto, v = velocidade do objeto]
• Iteração: Teste e redesenho são uma iteração. Repita (múltiplas iterações).
• Massa: a quantidade de matéria em um corpo.  
• Movimento: Uma mudança na posição de um corpo em relação ao tempo, medido por um observador particular em um referencial. 
• Energia potencial: Energia de posição. A quantidade de energia potencial depende da massa e da altura de um objeto. A fórmula para energia potencial é PE = mgh. [m = massa do objeto, g = aceleração devido à gravidade (9.8 m / s2), h = altura do objeto]  
• Protótipo: Um modelo de trabalho da solução a ser testada.
• Velocidade: a rapidez com que um objeto se move.  
• Velocidade: a taxa na qual um objeto muda sua posição. Momentum: Massa em movimento. A quantidade de impulso depende de quanto material está se movendo e quão rápido o material está se movendo. 
• Peso: A força da atração gravitacional da Terra no corpo.  
• Trabalho: Força que atua sobre um objeto para movê-lo à distância. A fórmula para o trabalho é W = fd. [f = força aplicada ao objeto, d = deslocamento do objeto].

Leitura recomendada

• Vending Machines: An American Social History (ISBN: 978-0786413690) Vending Machines (ISBN: 978-0981960012)

Atividade de escrita 

• Peça aos alunos que escrevam contos sobre um “dia na vida” de sua máquina de chicletes. Quem a máquina de chicletes encontra e o que acontece? Como a máquina de chicletes muda a vida das crianças que ganham chicletes com ela?  
• Os alunos também podem criar um anúncio para atrair mais clientes à loja de brinquedos. Eles devem apresentar a máquina de chicletes interativa no anúncio. Por que as crianças deveriam vir a esta loja de brinquedos? Por que a máquina de chicletes interativa é uma visita obrigatória?

Alinhamento a Estruturas Curriculares

Observação: Os planos de aula desta série estão alinhados a um ou mais dos seguintes conjuntos de padrões:  

• Padrões de educação científica dos EUA (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• US Next Generation Science Standards (http://www.nextgenscience.org/) 
• Padrões para Alfabetização Tecnológica da Associação Internacional de Educação em Tecnologia (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Princípios e Padrões para Matemática Escolar do Conselho Nacional de Professores de Matemática dos EUA (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Padrões Estaduais de Núcleo Comum dos EUA para Matemática (http://www.corestandards.org/Math)
• Padrões de ciência da computação do ensino fundamental e médio da Computer Science Teachers Association (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Padrões Nacionais de Educação Científica Série K-4 (idades de 4 a 9)

CONTEÚDO PADRÃO A: Ciência como investigação

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Habilidades necessárias para fazer investigação científica 
• Compreensão sobre investigação científica 

CONTEÚDO PADRÃO B: Ciências Físicas

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver uma compreensão de

• Luz, calor, eletricidade e magnetismo 

CONTEÚDO PADRÃO E: Ciência e Tecnologia 

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Compreensão sobre ciência e tecnologia 

Padrões Nacionais de Educação Científica Do 5º ao 8º anos (de 10 a 14 anos)

CONTEÚDO PADRÃO A: Ciência como investigação

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Habilidades necessárias para fazer investigação científica 
• Entendimentos sobre investigação científica 

CONTEÚDO PADRÃO B: Ciências Físicas

Como resultado de suas atividades, todos os alunos devem desenvolver uma compreensão de

• Propriedades e mudanças de propriedades na matéria 
• Transferência de energia 

CONTEÚDO PADRÃO E: Ciência e Tecnologia

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Noções sobre ciência e tecnologia 

Next Generation Science Standards Grades 3-5 (idades 8-11)

Matéria e suas interações 

Os alunos que demonstram compreensão podem:

• 2-PS1-2. Analise os dados obtidos a partir do teste de diferentes materiais para determinar quais materiais têm as propriedades mais adequadas para o propósito pretendido.
• 5-PS1-3. Faça observações e medições para identificar materiais com base em suas propriedades

Padrões para alfabetização tecnológica - todas as idades

Design

• Padrão 10: Os alunos desenvolverão uma compreensão do papel da solução de problemas, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e experimentação na solução de problemas.

• Arabe
• Chinês
• Francês
• Alemão
• Japonês
• Português
• Russo
• Espanhol