Interaktívny gumball stroj

Stavať materiály (pre každý tím)

Požadované materiály pre aktivitu 2 aj 3 (tabuľka možností)

• Kartónové krabice  
• 2 litrové plastové fľaše  
• papierové poháre  
• zmrzlinu palice  
• Hmoždinky 
• špajle  
• Hlina  
• Čističe potrubí  
• Nožnice  
• Gumičky 
• Reťazec  
• Spinky  
• Spony na väzby  
• Karty a / alebo priečinky na spisy  
• Kartónové kúsky (nakrájajte niekoľko škatúľ na rôzne veľké kúsky)  
• Maskovacie pásky  
• 6 'hadice (izolátor potrubia pozdĺžne rozrezaný na polovicu) - 1 za tím  
• Xacto Knife (pre učiteľa)   

Skúšobné materiály

• Gumballs (alebo guličky, ktoré reprezentujú gumballs, ak vaša škola nepovoľuje gumu)
• papierové poháre
• Kôš na papier (pre mladších študentov)

1. Rozdeľte triedu do tímov po 3-4.
2. Rozdajte pracovný hárok Interactive Gumball Machine a niektoré listy papiera na skicovanie návrhov.
3. Diskutujte o témach v sekcii Koncepty pozadia.
   • Aktivita 1: Prečítajte si históriu strojov Gumball a diskutujte ako olovo v hlavnej výzve dizajnu. Spýtajte sa študentov, aké automaty už videli a aké automaty by chceli mať v škole alebo v ich meste.
   • Aktivita 2: Gumballova šmykľavka - Vysvetlite študentom, že pri výrobe svojho gumball sklzu budú skúmať gravitáciu a energiu.
   • Aktivita 3: Gumball Machine - Nájdite si čas na diskusiu o tom, čo znamená interaktivita alebo interakcia. Požiadajte študentov, aby to definovali, a potom poskytnite niekoľko príkladov.
     • Interakcia - je druh akcie, ktorá sa vyskytuje, keď dva alebo viac objektov na seba pôsobí.
     • Interaktívne - konajú navzájom.
       • Príklad: Videohry - interakcia medzi používateľom a hrou. Je interaktívny, pretože vyžaduje, aby sa používateľ mohol podieľať na ďalšom postupe v hre.
     • Ak chcete študentov prinútiť premýšľať o tom, ako bude ich prístroj gumball interaktívny, môžete ukázať tieto fotografie: (Prineste obrázky)
4. Pre každú aktivitu skontrolujte proces inžinierskeho návrhu, výzvu pri návrhu, kritériá, obmedzenia a materiály.
5. Poskytnite každému tímu svoje materiály.
6. Vysvetlite, že študenti musia absolvovať 3 aktivity.
   • Aktivita 1: Osvojte si históriu stroja Gumball.
   • Aktivita 2: Navrhnite a postavte šmýkačku.
   • Aktivita 3: Navrhnite a zostrojte interaktívny stroj gumball.
7. Oznámte, koľko času majú na navrhnutie a výrobu:
   • Aktivita 1: História stroja Gumball (1/2 hodiny).
   • Aktivita 2: Gumball Slide (1 hodina).
   • Aktivita 3: Interaktívny stroj Gumball (1 - 2 hodiny).
8. Použite časovač alebo online stopky (funkcia odpočítavania), aby ste si udržali čas. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Poskytnite študentom pravidelné „časové kontroly“, aby zostali na úlohe. Ak majú problémy, položte im otázky, ktoré ich rýchlejšie dovedú k riešeniu.
9. Študenti sa stretnú a vypracujú plán pre Aktivitu 2: ich gumball slide.
10. Tímy stavajú svoje gumballské kĺzačky.
11. Každý tím vyskúša svoj dizajn šmykľavky tak, že mramor umiestni na hornú časť šmýkačky a nechá ho kotúčiť do šálky. Študenti sa môžu rozhodnúť, kam by pohár chceli umiestniť. Študenti by mali zdokumentovať, či mramor zostal na koľajisku a či pristál v pohári.
12. Uskutočnite diskusiu v triede pomocou nasledujúcich otázok:
    • Čo spôsobuje, že sa gumball začína pohybovať po snímke? (Gravitácia)
    • Akú energiu má gumball predtým, ako ju uvoľníte? (Potenciálna energia)
    • Akú energiu má gumball po jeho uvoľnení? (Kinetická energia)
    • Kde nájdete najväčšie množstvo potenciálnej energie? Prečo? (Horná časť snímky, pretože je to najvyšší bod na snímke, PE = mgh)
    • Kde nájdete najväčšie množstvo kinetickej energie? Prečo? (Spodok snímky, pretože gumball sa tam bude pohybovať najrýchlejšie, KE = 1 / 2mv2)
    • Robí gumball prácu? Prečo? (Áno, pôsobí na ňu sila a pohybuje sa o vzdialenosť po snímke, W = fd)
    • Ako ste dosiahli, že váš gumball išiel po snímke rýchlejšie? (Zvýšte sklon snímky alebo dĺžku alebo oboje.)
    • Kam položíte svoj pohár, aby v ňom pristál gumball? (To sa bude líšiť pre každý tím.)
    • Prečo chce gumball pokračovať? (Spád)
    • Ako ste mohli spomaliť gumball? (Zaviesť trenie)
13. Študenti sa stretnú a vypracujú plán pre Aktivitu 3: svoj interaktívny automat na gumball.
14. Tímy zostavujú svoj interaktívny stroj gumball.
15. Každý tím otestuje svoj návrh stroja gumball tak, že gumball umiestni do východiskového bodu v rámci svojho stroja a umožní mu sledovať stopu, kým nepristane do pohára. Študenti by mali preukázať, ako interaktívne prvky a slučky fungujú. Študenti by mali zdokumentovať, ako dlho trvá gumballovi prejsť z východiskového bodu do pohára. Pre mladších študentov použite na zachytávanie žuvačiek namiesto pohárov kôš na papier.
16. Ako trieda diskutujte o otázkach reflexie študentov.
17. Viac obsahu k tejto téme nájdete v časti „Kopanie hlbšie“.

Reflexia študentov (technický zošit)

1. Čo dopadlo dobre?
2. Čo nedopadlo dobre?
3. Aký je váš obľúbený prvok vášho interaktívneho automatu na gumball?
4. Ak by ste mali čas znova navrhnúť, aké zmeny by ste urobili?

Hodinu je možné vykonať už za 1 hodinu pre starších študentov. S cieľom pomôcť študentom v náhlení a zabezpečiť úspech študentov (najmä u mladších študentov) však rozdeľte hodinu na dve obdobia, aby mali študenti viac času na brainstorming, testovanie nápadov a dokončenie svojho návrhu. Vykonajte testovanie a vysvetlenie v nasledujúcom seminárnom období.

• Zrýchlenie: Rýchlosť, ktorou objekt mení svoju rýchlosť. Objekt zrýchľuje, ak mení svoju rýchlosť alebo smer. Objekt sa zrýchľuje, ak mení svoju rýchlosť (oboje zrýchľuje aj spomaľuje). 
• Obmedzenia: Obmedzenia týkajúce sa materiálu, času, veľkosti tímu atď.
• Kritériá: Podmienky, ktoré musí návrh spĺňať, ako je jeho celková veľkosť atď.
• Energia: Schopnosť vykonávať prácu. Pracujete, keď na pohyb použijete silu (stlačenie alebo ťah).  
• Inžinieri: Vynálezcovia a riešitelia problémov sveta. V inžinierstve je uznávaných dvadsaťpäť hlavných špecialít (pozri infografiku).
• Proces inžinierskeho dizajnu: Procesní inžinieri používajú na riešenie problémov. 
• Inžinierske návyky mysle (EHM): Šesť jedinečných spôsobov myslenia inžinierov.
• Sila: Zatlačenie alebo potiahnutie objektu, ktoré je výsledkom interakcie objektu s iným objektom.  
• Trenie: Sila, ktorá bráni pohybu objektu.
• Gravitácia: Sila príťažlivosti, ktorou predmety majú tendenciu padať do stredu Zeme.  
• Interakcia: Druh akcie, ku ktorej dochádza, keď sa dva alebo viaceré objekty navzájom ovplyvňujú.  
• Interaktívne: Vzájomné jednanie. 
• Kinetická energia: Energia pohybu. Všetky pohybujúce sa objekty majú kinetickú energiu. Množstvo kinetickej energie závisí od hmotnosti a rýchlosti objektu. Vzorec pre kinetickú energiu je KE=1/2mv2. [m = hmotnosť objektu, v = rýchlosť objektu]
• Iterácia: Test & redizajn je jedna iterácia. Opakujte (viaceré iterácie).
• Hmotnosť: Množstvo hmoty v tele.  
• Pohyb: Zmena polohy telesa vzhľadom na čas meraná konkrétnym pozorovateľom v referenčnom rámci. 
• Potenciálna energia: Energia pozície. Množstvo potenciálnej energie závisí od hmotnosti a výšky objektu. Vzorec pre potenciálnu energiu je PE=mgh. [m = hmotnosť objektu, g = gravitačné zrýchlenie (9.8 m/s2 ), h = výška objektu]  
• Prototyp: Pracovný model riešenia, ktoré sa má testovať.
• Rýchlosť: Ako rýchlo sa objekt pohybuje.  
• Rýchlosť: Rýchlosť, ktorou objekt mení svoju polohu. Momentum: Hmotnosť v pohybe. Množstvo hybnosti závisí od toho, koľko vecí sa pohybuje a ako rýchlo sa veci pohybujú. 
• Hmotnosť: Sila gravitačnej príťažlivosti Zeme na teleso.  
• Práca: Sila pôsobiaca na objekt, aby sa posunul na určitú vzdialenosť. Vzorec pre prácu je W = fd. [f= sila pôsobiaca na objekt, d = posunutie objektu].

Odporúčaná literatúra

• Predajné automaty: Americká sociálna história (ISBN: 978-0786413690) Predajné automaty (ISBN: 978-0981960012)

Písanie 

• Vyzvite študentov, aby napísali poviedky o „dni v živote“ svojho stroja gumball. S kým sa strojček Gumball stretáva a čo sa stane? Ako mení stroj gumball život detí, ktoré z neho získajú gumball?  
• Študenti by tiež mohli vytvoriť reklamu, ktorá priláka viac zákazníkov do hračkárstva. V reklame by mali obsahovať interaktívny stroj gumball. Prečo by mali deti prichádzať do tohto hračkárstva? Prečo je interaktívny stroj gumball nevyhnutnosťou navštíviť?

Zosúladenie s rámcovými osnovami

Poznámka: Plány lekcií v tejto sérii sú zosúladené s jednou alebo viacerými z nasledujúcich skupín noriem:  

• Americké štandardy prírodovedného vzdelávania (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Americké vedecké štandardy novej generácie (http://www.nextgenscience.org/) 
• Normy technologickej gramotnosti v združení asociácie technologického vzdelávania (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Národná rada USA pre zásady a štandardy učiteľov matematiky pre školskú matematiku (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Spoločné základné štátne normy USA pre matematiku (http://www.corestandards.org/Math)
• Združenie učiteľov informatiky K-12 Normy počítačovej vedy (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Národné štandardy prírodovedného vzdelávania Ročníky K-4 (vo veku 4 - 9)

OBSAH NORMA A: Veda ako dopyt

Výsledkom činnosti by mali byť všetci študenti

• Schopnosti potrebné na vykonávanie vedeckého výskumu 
• Porozumenie vedeckému bádaniu 

OBSAH NORMA B: Fyzikálna veda

Výsledkom týchto aktivít je, aby si všetci študenti osvojili porozumenie

• Svetlo, teplo, elektrina a magnetizmus 

OBSAH NORMA E: Veda a technika 

Výsledkom činnosti by mali byť všetci študenti

• Pochopenie o vede a technike 

Národné štandardy prírodovedného vzdelávania Ročníky 5-8 (vo veku 10 - 14 rokov)

OBSAH NORMA A: Veda ako dopyt

Výsledkom činnosti by mali byť všetci študenti

• Schopnosti potrebné na vykonávanie vedeckého výskumu 
• Pochopenia o vedeckom výskume 

OBSAH NORMA B: Fyzikálna veda

V dôsledku svojich aktivít by všetci študenti mali porozumieť

• Vlastnosti a zmeny vlastností v hmote 
• Prenos energie 

OBSAH NORMA E: Veda a technika

Výsledkom činnosti by mali byť všetci študenti

• Pochopenie vedy a techniky 

Vedecké štandardy nasledujúcej generácie 3-5 (vek 8-11)

Hmota a jej interakcie 

Študenti, ktorí preukazujú porozumenie, môžu:

• 2-PS1-2. Analyzujte údaje získané z testovania rôznych materiálov a určte, ktoré materiály majú vlastnosti, ktoré sa najlepšie hodia na zamýšľaný účel.
• 5-PS1-3. Vykonajte pozorovania a merania na identifikáciu materiálov na základe ich vlastností

Normy pre technologickú gramotnosť - všetky vekové skupiny

dizajn

• Štandard 10: Študenti si osvoja pochopenie úlohy riešenia problémov, výskumu a vývoja, invencie a inovácií a experimentovania pri riešení problémov.

• arabčina
• čínsky
• francúzsky
• nemecký
• Japonský
• portugalský
• ruský
• španielsky