Mașină interactivă de gumball

Materiale de construcție (pentru fiecare echipă)

Materiale necesare pentru ambele activități 2 și 3 (Tabelul posibilităților)

• Cutii de carton  
• Sticle de plastic de 2 litri  
• Pahare de hârtie  
• bastoane popsicle  
• Dibluri 
• frigarui  
• Lut  
• Curățătoare de țevi  
• Scissors  
• Benzi de cauciuc 
• Şir  
• Agrafe  
• Agrafe  
• Dosare carton și / sau fișiere  
• Bucăți de carton (tăiați câteva cutii în bucăți de dimensiuni diferite)  
• Banda de mascare  
• 6 'Tubing (izolator de țeavă tăiat în jumătate pe lungime) - 1 per echipă  
• Cuțit Xacto (pentru profesor)   

Testarea materialelor

• Gumballs (sau baloane pentru a reprezenta gumballs dacă școala dvs. nu permite gumă)
• Pahare de hârtie
• Coș de gunoi (pentru studenții mai mici)

1. Divizați clasa în echipe de 3-4.
2. Înmânează foaia de lucru Interactive Gumball Machine, precum și câteva foi de hârtie pentru schițarea proiectelor.
3. Discutați subiectele în secțiunea Concepte de fundal.
   • Activitatea 1: Citiți istoria din spatele mașinilor de gumball și discutați ca un lider în provocarea principală de design. Întrebați elevii ce fel de automate au mai văzut și ce fel de automate ar dori să aibă la școală sau în orașul lor.
   • Activitatea 2: Diapozitiv Gumball - Explicați elevilor că vor explora gravitația și energia atunci când își vor face diapozitivul Gumball.
   • Activitatea 3: Gumball Machine - Luați timp pentru a discuta ce înseamnă interactiv sau interacțiune. Rugați elevii să o definească și apoi furnizați câteva exemple.
     • Interacțiunea - este un fel de acțiune care are loc pe măsură ce două sau mai multe obiecte au un efect unul asupra celuilalt.
     • Interactiv - acționând unul cu celălalt.
       • Exemplu: Jocuri video - interacțiunea dintre utilizator și joc. Este interactiv, deoarece necesită participarea utilizatorului pentru ca jocul să avanseze.
     • Pentru a-i determina pe elevi să se gândească la modul în care mașina lor de gumball va fi interactivă, puteți arăta fotografiile de mai jos: (Aduceți imagini)
4. Revedeți procesul de proiectare inginerească, provocarea de proiectare, criteriile, constrângerile și materialele pentru fiecare activitate.
5. Furnizați fiecărei echipe materialele lor.
6. Explicați că elevii trebuie să finalizeze 3 activități.
   • Activitatea 1: Aflați istoria aparatului de gumball.
   • Activitatea 2: Proiectați și construiți un diapozitiv de gumball.
   • Activitatea 3: Proiectați și construiți un aparat de gumball interactiv.
7. Anunțați timpul necesar pentru a proiecta și construi:
   • Activitatea 1: Istoria Mașinii Gumball (1/2 oră).
   • Activitatea 2: Gumball Slide (1 oră).
   • Activitatea 3: Mașină interactivă Gumball (1-2 ore).
8. Folosiți un cronometru sau un cronometru online (funcție de numărătoare inversă) pentru a vă asigura că vă mențineți la timp. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Oferiți elevilor „verificări de timp” regulate, astfel încât să rămână în sarcină. Dacă se luptă, puneți întrebări care îi vor duce mai repede la o soluție.
9. Elevii se întâlnesc și dezvoltă un plan pentru activitatea 2: diapozitivul lor de gumball.
10. Echipele își construiesc toboganul.
11. Fiecare echipă își testează designul diapozitivelor plasând marmura în partea superioară a diapozitivului și lăsându-l să se rostogolească într-o ceașcă. Elevii pot decide unde ar dori să plaseze cupa. Elevii ar trebui să documenteze dacă marmura a rămas pe pistă și dacă a aterizat în cupă.
12. Puneți o discuție la clasă folosind următoarele întrebări:
    • Ce face ca gumball să înceapă să se deplaseze în jos pe tobogan? (Gravitatie)
    • Ce fel de energie are gumball înainte să o eliberezi? (Energie potențială)
    • Ce fel de energie are gumball după ce o eliberezi? (Energie kinetică)
    • Unde veți găsi cea mai mare cantitate de energie potențială? De ce? (Partea superioară a diapozitivului, deoarece este cel mai înalt punct al diapozitivului, PE = mgh)
    • Unde veți găsi cea mai mare cantitate de energie cinetică? De ce? (Partea de jos a diapozitivului, deoarece gumball se va deplasa cel mai rapid acolo, KE = 1 / 2mv2)
    • Gumballul merge? De ce? (Da, are forță care acționează asupra sa și se deplasează la o distanță în jos, W = fd)
    • Cum ți-ai făcut ca gumballul să meargă mai repede pe tobogan? (Măriți panta diapozitivului sau lungimea sau ambele.)
    • Unde îți vei așeza cupa pentru ca gumball să aterizeze în ea? (Acest lucru va fi diferit pentru fiecare echipă.)
    • De ce vrea gumball să continue? (Impuls)
    • Cum ai putea încetini gumball-ul? (Introduceți fricțiunea)
13. Elevii se întâlnesc și dezvoltă un plan pentru activitatea 3: mașina lor interioară de gumball.
14. Echipele își construiesc mașina interioară de gumball.
15. Fiecare echipă își testează designul mașinii de gumball plasând gumball la un punct de plecare în mașina lor și permițându-i să urmeze pista până când aterizează într-o ceașcă. Elevii ar trebui să demonstreze modul în care funcționează elementul interactiv și bucla (buclele). Elevii ar trebui să documenteze cât durează gumballul până la punctul de plecare până la ceașcă. Pentru studenții mai tineri, folosiți un coș de hârtie în loc de cupe pentru a prinde gumballs.
16. Ca o clasă, discutați întrebările de reflecție ale elevilor.
17. Pentru mai mult conținut pe această temă, consultați secțiunea „Săpând mai adânc”.

Reflecția studenților (caiet de inginerie)

1. Ce a mers bine?
2. Ce nu a mers bine?
3. Care este elementul tău preferat al mașinii tale interactive de gumball?
4. Dacă ai avea timp să te reproiectezi din nou, ce schimbări ai face?

Lecția poate fi făcută în cel puțin o perioadă de clasă pentru elevii mai mari. Cu toate acestea, pentru a ajuta elevii să se simtă grăbiți și pentru a asigura succesul elevilor (în special pentru elevii mai tineri), împărțiți lecția în două perioade, oferindu-le elevilor mai mult timp pentru a face brainstorming, pentru a testa ideile și pentru a finaliza proiectarea lor. Efectuați testarea și descrierea în următoarea perioadă de curs.

• Accelerație: viteza cu care un obiect își schimbă viteza. Un obiect accelerează dacă își schimbă viteza sau direcția. Un obiect accelerează dacă își schimbă viteza (atât accelerează cât și încetinește). 
• Constrângeri: Limitări cu material, timp, dimensiunea echipei etc.
• Criterii: Condiții pe care proiectul trebuie să le îndeplinească, cum ar fi dimensiunea sa totală etc.
• Energie: capacitatea de a lucra. Lucrezi atunci când folosești o forță (împingere sau tragere) pentru a provoca mișcare.  
• Ingineri: Inventori și soluționatori de probleme ai lumii. Douăzeci și cinci de specialități majore sunt recunoscute în inginerie (vezi infografic).
• Procesul de proiectare inginerească: inginerii de proces îl folosesc pentru a rezolva probleme. 
• Obiceiuri de inginerie ale minții (EHM): șase moduri unice în care gândesc inginerii.
• Forță: O împingere sau tragere asupra unui obiect rezultată din interacțiunea unui obiect cu un alt obiect.  
• Frecare: O forță care rezistă la mișcarea unui obiect.
• Gravitație: Forța de atracție prin care obiectele tind să cadă spre centrul pământului.  
• Interacțiune: un fel de acțiune care are loc când două sau mai multe obiecte au un efect unul asupra celuilalt.  
• Interactiv: Acționează unul cu celălalt. 
• Energia cinetică: energia mișcării. Toate obiectele în mișcare au energie cinetică. Cantitatea de energie cinetică depinde de masa și viteza unui obiect. Formula pentru energia cinetică este KE=1/2mv2. [m = masa obiectului, v = viteza obiectului]
• Iterație: Testarea și reproiectarea este o singură iterație. Repetați (mai multe iterații).
• Masa: cantitatea de materie dintr-un corp.  
• Mișcare: O schimbare a poziției unui corp în raport cu timpul, măsurată de un anumit observator într-un cadru de referință. 
• Energie potențială: Energia poziției. Cantitatea de energie potențială depinde de masa și înălțimea unui obiect. Formula pentru energia potențială este PE=mgh. [m = masa obiectului, g = accelerația datorată gravitației (9.8 m/s2), h = înălțimea obiectului]  
• Prototip: Un model de lucru al soluției de testat.
• Viteză: cât de repede se mișcă un obiect.  
• Viteza: viteza cu care un obiect își schimbă poziția. Momentum: Masă în mișcare. Cantitatea de impuls depinde de cât de multe lucruri se mișcă și de cât de repede se mișcă lucrurile. 
• Greutate: Forța de atracție gravitațională a pământului asupra corpului.  
• Munca: Forța care acționează asupra unui obiect pentru a-l muta pe o distanță. Formula pentru lucru este W = fd. [f= forța aplicată obiectului, d = deplasarea obiectului].

Bibliografie

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

Activitate de scriere 

• Rugați elevii să scrie povestiri despre o „zi din viață” a mașinii de gumball. Cu cine se întâlnește mașina de gumball și ce se întâmplă? Cum schimbă mașina de gumball viața copiilor care primesc o gumball?  
• De asemenea, studenții ar putea crea un anunț pentru a atrage mai mulți clienți în magazinul de jucării. Ar trebui să conțină aparatul interactiv de gumball în anunț. De ce ar trebui să vină copiii la acest magazin de jucării? De ce este obligatoriu să vizitați mașina interioară de gumball?

Alinierea la cadrele curriculare

Notă: Planurile de lecție din această serie sunt aliniate la unul sau mai multe dintre următoarele seturi de standarde:  

• Standarde de educație științifică din SUA (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Standarde științifice de nouă generație din SUA (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standardele Asociației Internaționale de Educație Tehnologică pentru alfabetizare tehnologică (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Consiliul Național al SUA al Profesorilor de Matematică Principiile și standardele pentru matematica școlară (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Standardele comune de stat ale SUA pentru matematică (http://www.corestandards.org/Math)
• Asociația profesorilor de informatică K-12 Standarde de informatică (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Standarde naționale de educație științifică Clasele K-4 (vârste cuprinse între 4 și 9 ani)

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice 
• Înțelegerea despre cercetarea științifică 

STANDARDUL DE CONȚINUT B: Științe fizice

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte o înțelegere a acestora

• Lumina, căldura, electricitatea și magnetismul 

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie 

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Înțelegerea despre știință și tehnologie 

Standarde naționale de educație științifică Clasele 5-8 (vârstele 10-14)

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice 
• Înțelegeri despre ancheta științifică 

STANDARDUL DE CONȚINUT B: Științe fizice

Ca urmare a activităților lor, toți elevii ar trebui să dezvolte o înțelegere a acestora

• Proprietăți și modificări ale proprietăților în materie 
• Transferul de energie 

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Înțelegeri despre știință și tehnologie 

Următoarele generații de standarde științifice clasele 3-5 (vârste 8-11)

Materia și interacțiunile sale 

Elevii care demonstrează înțelegere pot:

• 2-PS1-2. Analizați datele obținute din testarea diferitelor materiale pentru a determina ce materiale au proprietățile cele mai potrivite pentru un scop intenționat.
• 5-PS1-3. Faceți observații și măsurători pentru a identifica materialele pe baza proprietăților lor

Standarde pentru alfabetizare tehnologică - Toate vârstele

Amenajări

• Standardul 10: Elevii vor dezvolta o înțelegere a rolului de depanare, cercetare și dezvoltare, invenție și inovație și experimentare în rezolvarea problemelor.

• Arabă
• Chineză
• Franceză
• Germană
• Japonez
• Portugheză
• Rusă
• Spaniolă