Popsicle Bridge

Gradbeni materiali (za vsako ekipo)

Potrebni materiali

• 200 palčk za popsicle
• Lepilo za les ali obrt

Preskusni materiali

• 5 kilogramov teže (za mlajše študente) in 20 kilogramov teže (za starejše študente)
• (vrečke sladkorja ali moke, 16 oz. pločevinke hrane, 72 oz. steklenica detergenta za perilo, telesna teža ali druga teža)
• 2 stola, pisalne mize ali majhne mize (dovolj visoke, da omogočajo obešanje modelov 1 meter nad tlemi)

materiali

• 5 kilogramov teže (za mlajše študente) in 20 kilogramov teže (za starejše študente)
• (vrečke sladkorja ali moke, 16 oz. pločevinke hrane, 72 oz. steklenica detergenta za perilo, telesna teža ali druga teža)
• 2 stola, pisalne mize ali majhne mize (dovolj visoke, da omogočajo obešanje modelov 1 meter nad tlemi)

Proces

• 2 stola ali mize (ravna površina) postavite najmanj 14 ”drug od drugega
• Na vrhu stolov/miz obesite ali pritrdite most 1 čevljev nad tlemi
• Vnaprej določeno težo postavite na most za polno minuto
  • Odvisno od vrste izbrane teže jo lahko postavite na vrh konstrukcije ali obesite od spodaj.
• Cilj je preizkusiti zasnove, ki ustrezajo minimalni obremenitvi. Zabavno pa je, da nenehno dodajamo težo konstrukciji, da bi zadostili kritični obremenitvi, kar povzroči razpadajoči most! 

Presojanje modelov

• Kot razred se pogovorite, kaj naredi most estetsko prijeten
  • Pripravite seznam lastnosti v pripravi na ocenjevanje
• Nato ocenite vsako obliko mostu glede na njegovo estetsko vrednost
  • Uporabite lestvico 1-5, pri čemer je 1 "sploh ne privlačen", 5 pa "zelo privlačen".
• Dajte 1 pozitiven komentar in 1 predlog za izboljšavo za vsako zasnovo.

Nebesni most Langkawi Sky - Malezija

• Dolžina 125 metrov in širina 1.8 metra
• Zasnovan kot ukrivljen hodnik za največjo izkušnjo gledanja.
• Izdelana iz jeklenih in betonskih plošč, nameščenih na vrhu obrnjene trikotne rešetke.
• Viseči z 8 kabli iz 81.5 m visokega enojnega stebra in visi približno 100 m nad tlemi.
• Zasnovan je za največ 250 ljudi.

Vir: Wikipedia

Zrušitev mostu za pešce na univerzi Florida Int'l

Slaba zasnova je privedla do propada mostu za pešce, ki je bil v gradnji na FIU leta 2018. Inženirji so napačno izračunali količino stresa, ki bi ga konstrukcija lahko prevzela.

Vir: USA Today

Oblikovanje Challenge

Ste ekipa inženirjev, ki se ukvarjajo z načrtovanjem mostu z lepilom in 200 palicami za lončke ali manj. 

Merila

• Mostovi morajo biti sposobni držati vnaprej določeno težo 5 kilogramov ali 20 kilogramov. Struktura mora obsegati najmanj 14 centimetrov v dolžino.

Omejitve

Uporabite lahko največ 200 palic za popsicle.

1. Razdelite razred na skupine po 2-4.
2. Izročite delovni list Oblikujte svoj most in nekaj listov papirja za skiciranje modelov.
3. Pogovorite se o temah v razdelku Ozadje.
4. Preglejte postopek inženirskega oblikovanja, izziv oblikovanja, merila, omejitve in materiale. Če čas dopušča, pred izvedbo oblikovalskega izziva pregledajte »Aplikacije v resničnem svetu«.
5. Preden učencem naročite, naj začnejo razmišljati in skicirajo svoje načrte, jih prosite, naj razmislijo o naslednjem:
   ● Različne vrste mostov
   ● Katere oblike so močnejše od drugih?
   ● Količina teže, ki jo mora oblikovati, izpolnjuje merila razpona 14 ”
   ● Estetika - bodite ustvarjalni
   ● Učinkovitost - ne uporabljajte vseh palčk za popsicle
6. Vsaki ekipi zagotovite material.
7. Pojasnite, da morajo učenci iz 200 paličic in lepila razviti most za popsicle. Most mora biti sposoben držati vnaprej določeno težo 5 kilogramov ali 20 kilogramov. Konstrukcija mora obsegati najmanj 14 centimetrov v dolžino.
8. Objavite, koliko časa imajo za načrtovanje in gradnjo (priporočeno 1 uro).
9. Uporabite časovnik ali spletno štoparico (funkcija odštevanja), da zagotovite, da ste na tekočem. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Omogočite učencem redno preverjanje časa, da ostanejo pri nalogi. Če se mučijo, postavite vprašanja, ki jih bodo hitreje pripeljala do rešitve.
10. Učenci se srečajo in razvijejo načrt svojega mostu. Dogovorijo se o materialih, ki jih potrebujejo, napišejo/narišejo svoj načrt in razred predstavijo.
11. Ekipe oblikujejo svoje zasnove.
12. Preizkusite zasnove mostov tako, da most obesite ali prilepite 1 čevljev nad tlemi na vrhu stolov/miz. Vnaprej določeno težo postavite na most za polno minuto.
13. Ekipe bi morale dokumentirati težo, ki bi jo lahko nosil njihov most, in število uporabljenih palčk.
14. Kot razred se pogovorite o vprašanjih za razmislek učencev.
15. Za več vsebine na to temo glejte razdelka »Aplikacije v resničnem svetu« in »Kopanje globlje«.

Različica za starejše študente

• Oblikujte in zgradite most iz palic za mačke in lepila, ki lahko prenesejo težo:
  • Dva študenta
  • Trije učenci
• Če poskusite s to različico, ne pozabite na varnost

Razmišljanje študentov (inženirski zvezek)

1. Vam je uspelo ustvariti most, ki je imel potrebno težo celo minuto? Če ne, zakaj ni uspelo?
2. Ali ste se v fazi gradnje odločili za revizijo svojega prvotnega načrta? Zakaj?
3. Koliko paličic za popsicle ste na koncu uporabili? Ali se je ta številka razlikovala od vašega načrta? Če da, kaj se je spremenilo?
4. Kakšna je bila povprečna estetska ocena vašega mostu? Kako se je to primerjalo z ostalimi razredi? Kateri oblikovalski elementi drugih mostov so vam bili najbolj všeč?
5. Ali menite, da morajo inženirji pri gradnji sistemov ali izdelkov prilagoditi svoje prvotne načrte? Zakaj bi lahko?
6. Če bi morali ponoviti vse znova, kako bi se spremenila vaša načrtovana zasnova? Zakaj?
7. Kakšne zasnove ali metode ste videli, da so poskusile druge ekipe, za katere menite, da so delovale dobro?
8. Ali menite, da bi ta projekt lažje zaključili, če bi delali sami? Pojasni…
9. Kakšne kompromise menite, da inženirji delajo med funkcionalnostjo, varnostjo in estetiko pri gradnji pravega mostu?

Pouk je za starejše učence mogoče opraviti že v enem razredu. Da pa bi študentom pomagali, da se ne počutijo hitri, in da bi zagotovili uspeh študentov (zlasti za mlajše študente), razdelite lekcijo na dve obdobji, ki učencem dajo več časa za razmišljanje, preizkušanje idej in dokončanje njihove zasnove. V naslednjem razredu opravite testiranje in ponovni pregled.

• Opornik: Del strukture, ki je pod pritiskom
• Estetsko: Pohvala za lep videz
• Arch: Ukrivljena oblika. Ločni most je oblikovan kot lok in je naravno močan
• Širina: Dolg kos težkega lesa ali jekla, pogosto kvadratne oblike za uporabo v gradbeništvu. Nosilni nosilci so vodoravni nosilci, ki jih na vsakem koncu podpirajo pomoli.
• Cable: Močna žična vrv ali kovinska veriga. Kabelski most je pritrjen s kabli.
• Cantilever: Vodoravni nosilci, ki so podprti samo na enem koncu. Konzolni mostovi se gradijo s pomočjo konzol.
• Omejitve: Omejitve glede materiala, časa, velikosti ekipe itd.
• Merila: Pogoji, ki jih mora oblikovanje izpolnjevati, na primer njegova celotna velikost itd.
• Kritična obremenitev: Teža, pri kateri stavba ali zgradba odpove
• Inženirji: Izumitelji in svetovalci svetovnih reševalcev. Petindvajset glavnih posebnosti je priznanih v inženiringu (glej infografiko).
• Inženirski proces načrtovanja: Procesni inženirji uporabljajo za reševanje težav.
• Inženirske navade uma (EHM): Šest edinstvenih načinov razmišljanja inženirjev.
• Iteracija: Test in preoblikovanje je ena ponovitev. Ponovi (več ponovitev).
• Obremenitev: Utež ali vir pritiska na predmet
• Prototip: Delovni model rešitve, ki jo je treba preskusiti.
• Razpon: Razpon ali obseg med nosilci
• Podvozje: Visel v zraku. Viseči mostovi so obešeni na kable in so ponavadi dolgi.
• Stres: Pritisk ali napetost na materialni predmet

Internetne povezave

• Zgodovina pristaniškega mosta v Sydneyju
• Gradnja velikih - mostov

Priporočena Reading

• Mostovi sveta: njihova zasnova in konstrukcija (ISBN: 0486429954)
• Mostovi: neverjetne strukture za načrtovanje, gradnjo in preizkušanje (ISBN: 1885593309)

Pisateljska dejavnost

Napišite esej ali odstavek o tem, kako so novi inženirski materiali vplivali na oblikovanje mostov v zadnjem stoletju.

Usklajenost z okviri učnih načrtov

Opomba: Načrti pouka v tej seriji so usklajeni z enim ali več od naslednjih sklopov standardov:  

• Ameriški standardi znanstvenega izobraževanja (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Znanstveni standardi naslednje generacije ZDA (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standardi Mednarodnega združenja za tehnološko izobraževanje za tehnološko pismenost (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Načela in standardi ameriškega učitelja matematike za šolsko matematiko (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Ameriški skupni osnovni državni standardi za matematiko (http://www.corestandards.org/Math)
• Združenje učiteljev računalništva K-12 Standardi računalništva (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nacionalni standardi za izobraževanje o znanosti Razredi K-4 (stari od 4 do 9 let)

VSEBINSKI STANDARD A: Znanost kot poizvedba

Kot rezultat dejavnosti se morajo vsi učenci razvijati

• Sposobnosti, potrebne za znanstveno raziskovanje 

VSEBINA STANDARD B: Fizikalna znanost

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Lastnosti predmetov in materialov 

VSEBINA STANDARD E: Znanost in tehnologija 

Kot rezultat dejavnosti se morajo vsi učenci razvijati

• Sposobnosti tehnološkega oblikovanja 
• Razumevanje znanosti in tehnologije 

VSEBINA STANDARD G: Zgodovina in narava znanosti

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Znanost kot človeško prizadevanje 

Nacionalni standardi za izobraževanje o znanosti 5-8 razredi (stari 10-14)

VSEBINSKI STANDARD A: Znanost kot poizvedba

Kot rezultat dejavnosti se morajo vsi učenci razvijati

• Sposobnosti, potrebne za znanstveno raziskovanje 

VSEBINA STANDARD B: Fizikalna znanost

Kot rezultat svojih dejavnosti bi morali vsi učenci razviti razumevanje

• Gibanja in sile 

VSEBINA STANDARD E: Znanost in tehnologija
Kot rezultat dejavnosti v 5-8 razredih bi se morali vsi učenci razvijati

• Sposobnosti tehnološkega oblikovanja 
• Razumevanje znanosti in tehnologije 

VSEBINSKI STANDARD F: Znanost v osebni in družbeni perspektivi

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Tveganja in koristi 
• Znanost in tehnologija v družbi 

VSEBINA STANDARD G: Zgodovina in narava znanosti

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Zgodovina znanosti 

Nacionalni standardi za izobraževanje o znanosti 9-12 razredi (stari 14-18 let)

VSEBINSKI STANDARD A: Znanost kot poizvedba

Kot rezultat dejavnosti se morajo vsi učenci razvijati

• Sposobnosti, potrebne za znanstveno raziskovanje 

VSEBINA STANDARD B: Fizikalna znanost 

Kot rezultat svojih dejavnosti bi morali vsi učenci razviti razumevanje

• Gibanja in sile 

VSEBINA STANDARD E: Znanost in tehnologija

Kot rezultat dejavnosti se morajo vsi učenci razvijati

• Sposobnosti tehnološkega oblikovanja 
• Razumevanje znanosti in tehnologije 

VSEBINSKI STANDARD F: Znanost v osebni in družbeni perspektivi

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Znanost in tehnologija pri lokalnih, nacionalnih in svetovnih izzivih 

VSEBINA STANDARD G: Zgodovina in narava znanosti

Kot rezultat dejavnosti morajo vsi učenci razviti razumevanje

• Zgodovinske perspektive 

Znanstveni standardi naslednje generacije, razredi 3-5 (starost 8-11)

Gibanje in stabilnost: sile in interakcije

Učenci, ki pokažejo razumevanje, lahko:

• 3-PS2-1. Načrtujte in izvedite preiskavo, da zagotovite dokaze o učinkih uravnoteženih in neuravnoteženih sil na gibanje predmeta. 

Inženirsko oblikovanje 

Učenci, ki pokažejo razumevanje, lahko:

• 3-5-ETS1-1.Definirajte preprost projektni problem, ki odraža potrebo ali željo, ki vključuje določena merila za uspeh in omejitve glede materialov, časa ali stroškov.
• 3-5-ETS1-2.Ustvarite in primerjajte več možnih rešitev problema glede na to, kako dobro bo vsak izpolnjeval merila in omejitve problema.
• 3-5-ETS1-3. Načrtujte in izvedite poštene teste, v katerih se spremenljivke nadzirajo in upoštevajo točke napak, da se opredelijo vidiki modela ali prototipa, ki jih je mogoče izboljšati.

Znanstveni standardi naslednje generacije, razredi 6-8 (starost 11-14)

Inženirsko oblikovanje 

Učenci, ki pokažejo razumevanje, lahko:

• MS-ETS1-1 Dovolj natančno določite merila in omejitve oblikovalskega problema, da zagotovite uspešno rešitev, ob upoštevanju ustreznih znanstvenih načel in možnih vplivov na ljudi in naravno okolje, ki lahko omejijo možne rešitve.
• MS-ETS1-2 Ocenite konkurenčne oblikovalske rešitve s sistematičnim postopkom, da ugotovite, kako dobro ustrezajo merilom in omejitvam problema.

Standardi za tehnološko pismenost - vse starosti

Narava tehnologije

• Standard 1: Študenti bodo razvili razumevanje značilnosti in obsega tehnologije.

Tehnologija in družba

• Standard 4: Študenti bodo razvili razumevanje kulturnih, družbenih, ekonomskih in političnih učinkov tehnologije.
• Standard 5: Študenti bodo razvili razumevanje učinkov tehnologije na okolje.
• Standard 6: Študenti bodo razvili razumevanje vloge družbe pri razvoju in uporabi tehnologije.
• Standard 7: Študenti bodo razvili razumevanje vpliva tehnologije na zgodovino.

Oblikovanje

• Standard 8: Študenti bodo razvili razumevanje lastnosti oblikovanja.
• Standard 9: Študenti bodo razvili razumevanje inženirskega oblikovanja.
• Standard 10: Študenti bodo razvili razumevanje vloge odpravljanja težav, raziskav in razvoja, izumov in inovacij ter eksperimentiranja pri reševanju problemov.

Sposobnosti za tehnološki svet

• Standard 11: Študenti bodo razvili sposobnosti za uporabo procesa oblikovanja.

Oblikovani svet

• Standard 20: Študenti bodo razvili razumevanje in zmožnost izbire in uporabe gradbenih tehnologij.

Ste del ekipe inženirjev, ki so dobili izziv oblikovati most iz do 200 palčk in lepila. Mostovi morajo imeti določeno težo (vaš učitelj se bo odločil, kakšen bo cilj teže za vašo ekipo). Most mora biti dolg najmanj 14 centimetrov. Vendar pa mora biti daljši od 14 centimetrov, ker bo, ko je zgrajen, postavljen med dva stola, tako da je vsaj eno nogo nad tlemi za preskus nosilnosti. Poleg tega, da bo most izpolnjeval zahteve glede konstrukcije in nosilnosti, bo ocenjen tudi glede njegove estetike, zato bodite ustvarjalni! Vabimo vas, da za dosego svojega cilja uporabite najmanjše možno število čokolad.

Faza načrtovanja

Sestanite se kot ekipa in se pogovorite o problemu, ki ga morate rešiti. Nato razvijte in se dogovorite za zasnovo svojega mostu. Morali boste določiti, koliko palčk za popsicle boste uporabili (do 200) - in korake, ki jih boste izvedli v proizvodnem procesu. Pomislite, kateri vzorci so lahko najmočnejši ... vendar vas ocenjujejo tudi glede estetike vašega mostu! V spodnje polje narišite svoj dizajn in navedite število palic, ki jih predvidevate. Predstavite svoj dizajn razredu. Po prejemu povratnih informacij od razreda se lahko odločite za spremembo načrta vaših skupin.

Faza gradnje

Zgradite svoj most. Med gradnjo se lahko odločite, da potrebujete dodatne palice (do 200) ali da se mora vaša zasnova spremeniti. To je v redu - samo naredite novo skico in popravite seznam materialov.

Estetsko glasovanje

Vsak učenec bo glasoval o videzu vsakega mostu. Lestvica je 1 - 5 - (1: sploh ni privlačna; 2: ni privlačna; 3: nevtralna/povprečna; 4: nekoliko privlačna; 5: zelo privlačna). To število je povprečno, da se ustvari rezultat za vsak most. Ta ocena ne temelji na tem, kako dobro lahko most vzdrži težo, ampak na tem, kako izgleda.

Faza testiranja

Vsaka ekipa bo preizkusila svoj most, da preveri, ali lahko vzdrži zahtevano težo vsaj eno polno minuto. Oglejte si teste drugih ekip in opazujte, kako so delovali njihovi različni modeli.

Faza vrednotenja

Ocenite rezultate svojih skupin, izpolnite ocenjevalni delovni list in svoje ugotovitve predstavite razredu.

Za oceno rezultatov svoje ekipe uporabite ta delovni list:

1) Vam je uspelo ustvariti most, ki je imel potrebno težo celo minuto? Če ne, zakaj ni uspelo?

2) Ali ste se v fazi gradnje odločili za spremembo prvotne zasnove? Zakaj?

3) Koliko palčk za popsicle ste na koncu uporabili? Ali se je ta številka razlikovala od vašega načrta? Če da, kaj se je spremenilo?

4) Kakšna je bila povprečna estetska ocena vašega mostu? Kako se je to primerjalo z ostalimi razredi? Kateri oblikovalski elementi drugih mostov so vam bili najbolj všeč?

5) Ali menite, da morajo inženirji pri gradnji sistemov ali izdelkov prilagoditi svoje prvotne načrte? Zakaj bi lahko?

6) Če bi morali ponoviti vse znova, kako bi se spremenila vaša načrtovana zasnova? Zakaj?

7) Kakšne zasnove ali metode ste videli, da so preizkusile druge ekipe, za katere menite, da delujejo dobro?

8) Ali menite, da bi ta projekt lažje zaključili, če bi delali sami? Pojasnite ...

9) Kakšne kompromise menite, da inženirji delajo med funkcionalnostjo, varnostjo in estetiko pri gradnji pravega mostu?

• svahili