Интерактивни Гумбалл Мацхине

Материјали за израду (за сваки тим)

Потребни материјали за активност 2 и 3 (табела могућности)

• Картонске кутије  
• Пластичне флаше од 2 литра  
• Папирне чаше  
• штапићи  
• Типли 
• Скеверс  
• Глина  
• Цеви за чишћење  
• Маказе  
• Гумице 
• низ  
• Спајалице  
• Спајалице  
• Мапе са картицама и / или датотекама  
• Картонски комади (исеците неколико кутија на комаде различите величине)  
• Самолепљива трака  
• 6' Цеви (изолатор цеви пресечен на пола по дужини) – 1 по тиму  
• Ксацто нож (за наставника)   

Материјали за испитивање

• Жваке (или кликери који представљају жваке ако ваша школа не дозвољава жваке)
• Папирне чаше
• Корпа за отпад (за млађе ученике)

1. Поделите класу на тимове од 3-4.
2. Поделите радни лист Интерацтиве Гумбалл Мацхине, као и неколико листова папира за скицирање дизајна.
3. Разговарајте о темама у одељку Позадински концепти.
   • Активност 1: Прочитајте историју машина за гумене лоптице и дискутујте о главном изазову дизајна. Питајте ученике какве су аутомате раније видели и какве би аутомате желели да имају у школи или у свом граду/граду.
   • Активност 2: Гумбалл тобоган – Објасните ученицима да ће истраживати гравитацију и енергију када праве свој тобоган.
   • Активност 3: Гумбалл машина – Одвојите време да разговарате о томе шта значи интерактивност или интеракција. Замолите ученике да га дефинишу, а затим наведу неколико примера.
     • Интеракција - је врста радње која се јавља када два или више објеката утичу један на другог.
     • Интерактивно – међусобно деловање.
       • Пример: Видео игре – интеракција између корисника и игре. Интерактиван је јер захтева од корисника да учествује да би игра напредовала.
     • Да бисте навели ученике да размишљају о томе како ће њихова машина за жваке бити интерактивна, можете показати фотографије испод: (Унесите слике)
4. Прегледајте процес инжењерског пројектовања, изазов дизајна, критеријуме, ограничења и материјале за сваку активност.
5. Обезбедите сваки тим својим материјалима.
6. Објасните да ученици морају да изврше 3 активности.
   • Активност 1: Научите историју машине за жвакање.
   • Активност 2: Дизајнирајте и направите тобоган са лоптом.
   • Активност 3: Дизајнирајте и направите интерактивну машину за жваке.
7. Најавите колико времена им је потребно да дизајнирају и направе:
   • Активност 1: Историја Гумбалл машине (1/2 сата).
   • Активност 2: Гумбалл тобоган (1 сат).
   • Активност 3: Интерактивна машина за жвакање (1-2 сата).
8. Користите тајмер или он-лине штоперицу (функција одбројавања) како бисте били сигурни да држите време. (ввв.онлине-стопватцх.цом/фулл-сцреен-стопватцх). Дајте ученицима редовне „временске провере“ како би остали на задатку. Ако се муче, поставите питања која ће их брже довести до решења.
9. Ученици се састају и развијају план за активност 2: њихов тобоган.
10. Тимови праве свој тобоган.
11. Сваки тим тестира свој дизајн тобогана тако што ставља мермер на врх свог тобогана и пушта га да се котрља у шољу. Ученици могу да одлуче где желе да поставе шољу. Ученици треба да документују да ли је мермер остао на стази и да ли је пао у шољу.
12. Водите дискусију у разреду користећи следећа питања:
    • Шта тера куглицу да се креће низ тобоган? (гравитација)
    • Коју врсту енергије има куглица пре него што је ослободите? (Потенцијална енергија)
    • Какву енергију има куглица након што је пустите? (Кинетичке енергије)
    • Где ћете наћи највећу количину потенцијалне енергије? Зашто? (Врх слајда, јер је то највиша тачка на слајду, ПЕ=мгх)
    • Где ћете наћи највећу количину кинетичке енергије? Зашто? (Дно слајда, јер ће се тамо лоптица кретати најбрже, КЕ=1/2мв2)
    • Да ли куглица ради? Зашто? (Да, на њега делује сила и помера се на раздаљину низ тобоган, В= фд)
    • Како сте натерали да ваша лоптица брже иде низ тобоган? (Повећајте нагиб тобогана или дужину или обоје.)
    • Где ћете ставити своју шољу да би жвака слетела у њу? (Ово ће бити другачије за сваки тим.)
    • Зашто куглица жели да настави? (Моментум)
    • Како си могао да успориш гуму? (Увести трење)
13. Ученици се састају и развијају план за активност 3: њихову интерактивну машину за жваке.
14. Тимови граде своју интерактивну машину за жваке.
15. Сваки тим тестира свој дизајн машине за жвакање тако што поставља куглицу на почетну тачку унутар своје машине и дозвољава јој да прати стазу док не слети у шољу. Ученици треба да покажу како функционишу интерактивни елемент и петља(е). Ученици треба да документују колико је времена потребно куглици да пређе од почетне тачке до шоље. За млађе ученике, користите корпу за папир уместо шољица да ухватите куглице.
16. Као час, разговарајте о питањима за размишљање ученика.
17. За више садржаја о теми, погледајте одељак „Дубље копање“.

Рефлексија ученика (инжењерска свеска)

1. Шта је прошло добро?
2. Шта није добро прошло?
3. Који је ваш омиљени елемент ваше интерактивне машине за лоптице?
4. Да имате времена за поновни дизајн, које бисте промене унели?

Лекција се може изводити за само 1 час за старије ученике. Међутим, да бисте ученицима помогли да се осећају пожуривано и да би им осигурали успех (посебно за млађе ученике), поделите наставу на два периода дајући ученицима више времена за мозгање, тестирање идеја и дораду њиховог дизајна. Спроведите тестирање и извештавање у наредном периоду наставе.

• Убрзање: Брзина којом објекат мења своју брзину. Објекат убрзава ако мења своју брзину или правац. Објекат се убрзава ако мења своју брзину (и убрзава или успорава). 
• Ограничења: Ограничења у погледу материјала, времена, величине тима итд.
• Критеријуми: Услови које дизајн мора да задовољи као његова укупна величина итд.
• Енергија: способност за обављање посла. Радите када користите силу (гурање или повлачење) да изазовете кретање.  
• Инжењери: проналазачи и решавачи проблема света. У инжењерству је признато двадесет пет главних специјалности (види инфографику).
• Процес инжењерског пројектовања: Процесни инжењери користе за решавање проблема. 
• Инжењерске навике ума (ЕХМ): Шест јединствених начина на које инжењери размишљају.
• Сила: Гурање или повлачење објекта као резултат интеракције објекта са другим објектом.  
• Трење: сила која се опире кретању објекта.
• Гравитација: сила привлачења којом објекти имају тенденцију да падају према центру земље.  
• Интеракција: Врста радње која се јавља када два или више објеката утичу један на другог.  
• Интерактивно: глуме једни с другима. 
• Кинетичка енергија: Енергија кретања. Сви покретни објекти имају кинетичку енергију. Количина кинетичке енергије зависи од масе и брзине објекта. Формула за кинетичку енергију је КЕ=1/2мв2. [м = маса објекта, в = брзина објекта]
• Итерација: Тестирање и редизајн су једна итерација. Поновите (више понављања).
• Маса: Количина материје у телу.  
• Кретање: Промена положаја тела у односу на време које мери одређени посматрач у референтном оквиру. 
• Потенцијална енергија: Енергија положаја. Количина потенцијалне енергије зависи од масе и висине објекта. Формула за потенцијалну енергију је ПЕ=мгх. [м = маса објекта, г = убрзање услед гравитације (9.8 м/с2), х = висина објекта]  
• Прототип: Радни модел решења за тестирање.
• Брзина: Колико брзо се објекат креће.  
• Брзина: Брзина којом објекат мења своју позицију. Моментум: Маса у покрету. Количина замаха зависи од тога колико се ствари крећу и колико брзо се ствари крећу. 
• Тежина: сила гравитационог привлачења земље на тело.  
• Рад: Присилите дејство на објекат да бисте га померили на даљину. Формула за рад је В = фд. [ф= сила примењена на објекат, д = померање објекта].

Рецоммендед Реадинг

• Аутомати: Америчка друштвена историја (ИСБН: 978-0786413690) Аутомати за продају (ИСБН: 978-0981960012)

Писање активности 

• Нека ученици напишу кратке приче о „дану у животу“ њихове машине за жвакање. Кога сусреће машина за жвакање и шта се дешава? Како машина за жвакање мења животе деце која од ње добију жваку?  
• Ученици би такође могли да направе оглас како би привукли више купаца у продавницу играчака. Требало би да имају интерактивну машину за жвакање у огласу. Зашто би деца требало да долазе у ову продавницу играчака? Зашто морате посетити интерактивну машину за жваке?

Усклађивање са оквирним програмима

Белешка: Планови лекција у овој серији усклађени су са једним или више следећих скупова стандарда:  

• Амерички стандарди за научно образовање (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Амерички научни стандарди следеће генерације (http://www.nextgenscience.org/) 
• Стандарди за технолошку писменост Међународног удружења за технолошко образовање (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Амерички национални савет наставника математике „Принципи и стандарди за школску математику“ (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Заједнички основни амерички државни стандарди за математику (http://www.corestandards.org/Math)
• Удружење наставника информатике К-12 Стандарди рачунарске науке (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Национални стандарди научног образовања Разреди К-4 (узраст 4 - 9)

САДРЖАЈ СТАНДАРД А: Наука као упит

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

• Способности неопходне за научно испитивање 
• Разумевање научног испитивања 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке

Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање

• Светлост, топлота, електрицитет и магнетизам 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија 

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

• Разумевање науке и технологије 

Национални стандарди научног образовања Разреди 5-8 (узраст 10 - 14 година)

САДРЖАЈ СТАНДАРД А: Наука као упит

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

• Способности неопходне за научно испитивање 
• Разумевање научног испитивања 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке

Као резултат својих активности, сви ученици треба да развију разумевање

• Особине и промене својстава у материји 
• Пренос енергије 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

• Разумевање науке и технологије 

Научни стандарди следеће генерације, разреди 3-5 (узраст 8-11)

Материја и њене интеракције 

Студенти који покажу разумевање могу:

• 2-ПС1-2. Анализирајте податке добијене испитивањем различитих материјала како бисте утврдили који материјали имају својства која су најприкладнија за предвиђену намену.
• 5-ПС1-3. Извршите посматрања и мерења како бисте идентификовали материјале на основу њихових својстава

Стандарди за технолошку писменост - сва доба

Дизајн

• Стандард 10: Студенти ће развити разумевање улоге решавања проблема, истраживања и развоја, проналаска и иновација и експериментисања у решавању проблема.

• арапски
• кинески
• француски
• немачки
• јапански
• португалски
• руски
• шпански