Адаптивни дизајн уређаја
Ова лекција се фокусира на инжењеринг адаптивних или помоћних уређаја, као што су протетски уређаји, инвалидска колица, наочаре, решетке, слушни апарати, лифтови, протезе итд. Студенти у тимовима раде на дизајнирању побољшања постојећег адаптивног уређаја или новог уређај који решава одређени проблем.
- Сазнајте више о прилагодљивим уређајима.
- Сазнајте о томе како су трајне промене на прилагодљивим уређајима утицале на свакодневни живот.
- Сазнајте више о тимском раду и процесу решавања / дизајнирања инжењерских проблема.
Старосни нивои: 8-18
Материјали за израду (за сваки тим)
Потребни материјали
- Један пар наочара или сунчаних наочара (старих или јефтиних нових)
- Комплет за поправку наочара (укључујући мини одвијач, резервне завртње и, ако је могуће, лупу)
Дизајн изазов
Ви сте тим инжењера који има изазов да научи о прилагодљивим уређајима. Прво ћете раставити и поново саставити наочаре или сунчане наочаре како бисте стекли боље разумевање материјала и дизајна. Затим ћете дизајнирати побољшање постојећег адаптивног уређаја или нови уређај како бисте решили проблем са којим се суочавају људи (или животиње) и представити га класи.
kriterijumi
- Радите тимски како бисте препознали физички изазов који ће ваш дизајн помоћи да ублажи.
- Представите свој дизајн предавању:
- Опишите како ваш уређај технички функционише, речима ... укључите материјале од којих мислите да би био направљен и шта мислите да би производ могао коштати.
- Покажите скицу коначног дизајна или ситуације у којој се користи.
- Опишите како ваш тим верује да су инжењери утицали на свет.
Ограничења
Користите само достављене материјале.
- Поделите класу на тимове од 3-4.
- Поделите радни лист Адаптиве Девице Десигн, као и неке листове папира за скицирање дизајна.
- Разговарајте о темама у одељку о основним концептима. Размислите о томе да питате ученике шта је то адаптивни уређај.
- Прегледајте поступак инжењерског дизајна, изазов за дизајн, критеријуме, ограничења и материјале.
- Обезбедите сваки тим својим материјалима.
- Објасните да ће ученици испуњавати задатке на студентским радним листовима.
- Замолите студенте да попуне прве ученичке листове расправљајући о производима приказаним на листу, утврђујући да ли је производ прилагодљиви уређај и који је циљ инжењера.
- Замолите ученике да попуне други радни лист растављањем и поновним састављањем старих пар наочара или сунчаних наочара како би проценили материјале и дизајн.
- Замолите ученике да попуне трећи радни лист радећи као тим како би дизајнирали побољшање постојећег адаптивног уређаја или дизајнирали нови уређај који решава проблем за људе (или животиње). Они треба:
- Утврдите физички изазов који ће њихов уређај помоћи да ублажи (на пример, пас који је оперисан на леђима и даље треба да може да иде у шетњу).
- Скицирајте нови прилагодљиви уређај или побољшани уређај.
- Представите своје идеје предавању у три облика:
- Опишите како њихов уређај технички функционише, речима ... укључите материјале од којих мисле да би био направљен и шта мисле да би производ могао коштати.
- Покажите скицу или њиховог коначног дизајна, или ситуације у којој се користи.
- Опишите како тим верује да су инжењери утицали на свет.
- Као час, разговарајте о питањима за размишљање ученика.
- За више садржаја о теми, погледајте одељак „Дубље копање“.
Рефлексија ученика (инжењерска свеска)
Корак 1 - Демонтажа:
- Колико сте саставних делова пронашли?
- Које су различите врсте материјала (пластика, метали, стакло) биле део завршног пара наочара?
- Ако бисте реинжењерирали ове наочаре како бисте их учинили сигурнијима, да ли бисте променили облик било ког делова? Зашто? Што да не?
- Ако бисте реинжењерирали ове наочаре како бисте их учинили сигурнијима, да ли бисте променили материјале који се користе за производњу било ког компонентног дела? Зашто? Што да не?
- Који је био најтежи део поступка поновне монтаже? Зашто?
Корак 2 - Поновна монтажа
- Да ли мислите да би машином било лакше управљати монтажом? Зашто? Што да не?
- Шта мислите, колико би било тешко особи са артритисом у рукама да поново састави наочаре?
Модификација времена
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.
Коме требају адаптивни уређаји?
Прилагодљиви или помоћни уређаји су развијени како би помогли особама са широким спектром инвалидитета да побољшају своју способност да живе здраво и самостално. Процењује се да 54 милиона Американаца има неки степен инвалидитета. Као што је дефинисано америчком Анкетом о приходима и учешћу у програму, за особе старије од 15 година утврђено је да имају инвалидитет ако испуњавају неки од следећих критеријума:
- Користио инвалидска колица, штап, штаке или шетач
- Имали сте потешкоћа у обављању једне или више функционалних активности (виђење, слушање, говор, подизање / ношење, коришћење степеница, ходање или хватање малих предмета)
- Имао је потешкоћа са једном или више свакодневних активности. (АДЛ-ови укључују кретање по кући, улазак или излазак из кревета или столице, купање, облачење, јело и тоалет.)
- Имао је потешкоћа са једном или више свакодневних инструменталних активности. (ИАДЛ-ови су подразумевали излазак ван куће, праћење новца и рачуна, припремање оброка, лагане кућне послове, узимање лекова на рецепт у правом износу у право време и коришћење телефона.)
- Имали су један или више наведених услова (сметња у учењу, ментална заосталост или друга развојна сметња, Алзхеимер-ова болест или нека друга врста менталног или емоционалног стања)
- Имао ментално / емоционално стање које је озбиљно ометало свакодневне активности
- Имао је стање које је ограничавало могућност рада по кући
- Ако су узраст од 16 до 67 година имали стање које је отежавало рад на послу или послу
- Примио савезне бенефиције САД-а на основу неспособности за рад
Према недавним статистикама за Сједињене Државе:
- 25 милиона је имало потешкоћа да хода четврт миље или се попело на 10 степеништа или је користило амбулантно помагало, попут инвалидских колица (2.2 милиона), штапа, штака или ходалице (6.4 милиона).
- Око 18 милиона имало је потешкоћа са подизањем и ношењем вреће намирница од 10 килограма или хватањем ситних предмета.
- Око 14.3 милиона је имало менталне сметње, укључујући 1.9 милиона са Алцхајмеровом болешћу, сенилношћу или деменцијом; и 3.5 милиона са сметњама у учењу.
- Око 8.0 милиона је имало потешкоћа да чује оно што је речено у нормалном разговору са другом особом (чак и када носи слушни апарат).
- Око 7.7 милиона имало је потешкоћа да види речи и слова у обичном штампаном тиску (чак и са наочарима); од тога 1.8 милиона није могло да види речи и слова у обичном штампаном издању новина.
Разматрања дизајна инвалидских колица
Инвалидска колица Историја
Грчке вазе из 530. пне показују точкове уграђене у намештај. А, 535. године наше ере, на гравури су приказана инвалидска колица, а шпански краљ Филип ИИ имао је инвалидска колица 1595. године - тако да потреба за употребом точкова за олакшавање кретања сеже у далеку прошлост.
Шта је ново?
У новије време материјали попут титана користе се за побољшање тежине и управљивости инвалидских колица. А како су спортови у инвалидским колицима постали популарни, инжењери су морали да дизајнирају додатне функције и могућности спортских инвалидских колица како би удовољили потребама корисника који се на столицу ослањају на брзину и тачност кретања.
Компромиси за материјал / дизајн
Инжењери морају узети у обзир различита разматрања приликом дизајнирања инвалидских колица. На пример, они знају да је титанијум најбољи материјал у погледу односа чврстоће и масе - али је изузетно скуп материјал. С друге стране, угљенична влакна су јефтинија и издржљива. Различити купци могу преферирати различите материјале. Инжењери би могли тражити да развију најлакша инвалидска колица - лакша столица потенцијално би смањила количину повреда зглоба, јер би купац имао лакшу столицу за маневрисање. Инжењери ће можда морати да размотре врсту гума које су за инвалидска колица имале највише смисла. Такође, важан је и кочиони систем - колико је лако кочионици неко ко има смањену покретљивост? Који тип мотора би најбоље одговарао моторизованој столици - колико је брз пребрз? Да ли ће се нови дизајн инвалидских колица уклопити на стандардне рампе за инвалидска колица? Инжењери би морали потпуно редизајнирати инвалидска колица за употребу код деце која могу имати другачије потребе и способности кочења од одраслих. И трошак је увек велика брига - ако инжењери осмисле најбоља инвалидска колица, али то кошта више него што би већина људи могла да приушти, производ ће пропасти.
истраживање
У развоју нових дизајна, инжењери би такође могли да спроведу анкете корисника како би открили који тип столице је најудобнији, најлакши за покретање, најлакши за кочење. Поред тога, раде се студије како би се утврдила количина кисеоника коју купац користи за померање столице, као показатељ колико енергије се троши на кретање столице напред. Нека моторизована инвалидска колица крећу се тако брзо да се врши испитивање судара како би се утврдило како би столица заштитила купца у случају судара.
- Адаптивни или помоћни уређај: Развијен да помогне појединцима са широким спектром инвалидитета да побољшају своју способност да живе здраво и независно.
- Ограничења: Ограничења у погледу материјала, времена, величине тима итд.
- Критеријуми: Услови које дизајн мора да задовољи као његова укупна величина итд.
- Раставити: Раставити нешто.
- Инжењери: проналазачи и решавачи проблема света. У инжењерству је признато двадесет пет главних специјалности (погледајте инфографику).
- Процес инжењерског пројектовања: Процесни инжењери користе за решавање проблема.
- Инжењерске навике ума (ЕХМ): Шест јединствених начина на које инжењери размишљају.
- Итерација: Тестирање и редизајн су једна итерација. Поновите (више понављања).
- Протетски уређај: Уређај дизајниран да замени део тела који недостаје или да учини да део тела боље функционише.
- Прототип: Радни модел решења за тестирање.
- Поново саставите: да поново саставите делове нечега.
Интернет Цоннецтионс
Рецоммендед Реадинг
- Дизајн свакодневних ствари, Доналд А. Норман (ИСБН: 978-0465050659)
- Дизајн и развој производа Улрицх Еппингер (ИСБН: 978-9352601851)
Писање активности
Напишите есеј или одломак у којем ћете описати који прилагодљиви уређај мислите да је најдраматичније утицао на свет. Дајте додатне детаље и предложите предлоге за даља побољшања овог уређаја.
Усклађивање са оквирним програмима
Напомена: Сви планови лекција у овој серији усклађени су са САД Национални стандарди научног образовања (произвео Национални савет за истраживање и које је одобрило Национално удружење наставника науке), и ако је примењиво, на Стандарде за технолошку писменост Међународног удружења за технолошко образовање и Национално веће наставника математике „Принципи и стандарди за школску математику“.
Национални стандарди научног образовања Разреди К-4 (узраст 4-9 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности у 5-8 разредима, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
- Разумевање науке и технологије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Ризици и користи
- Наука и технологија у друштву
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Наука као људски подухват
Национални стандарди научног образовања Разреди 5-8 (узраст 10-14 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности у 5-8 разредима, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
- Разумевање науке и технологије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Лично здравље
- Ризици и користи
- Наука и технологија у друштву
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Природа науке
- Историја науке
Национални стандарди научног образовања Разреди 9-12 (узраст 14-18 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности технолошког дизајна
- Разумевање науке и технологије
САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Здравље личности и заједнице
- Наука и технологија у локалним, националним и глобалним изазовима
САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Историјске перспективе
Стандарди за технолошку писменост - сва доба
Природа технологије
- Стандард 1: Студенти ће развити разумевање карактеристика и домета технологије.
- Стандард 3: Студенти ће развити разумевање односа између технологија и веза између технологије и других поља студија.
Технологија и друштво
- Стандард 4: Студенти ће развити разумевање културних, социјалних, економских и политичких ефеката технологије.
- Стандард 6: Студенти ће развити разумевање улоге друштва у развоју и употреби технологије.
- Стандард 7: Студенти ће развити разумевање утицаја технологије на историју.
Дизајн
- Стандард 10: Студенти ће развити разумевање улоге решавања проблема, истраживања и развоја, проналаска и иновација и експериментисања у решавању проблема.
Способности за технолошки свет
- Стандард 13: Студенти ће развити способности за процену утицаја производа и система.
Дизајнирани свет
- Стандард 17: Студенти ће развити разумевање и моћи ће да бирају и користе информационе и комуникационе технологије.
Индустријско инжењерство
Рачунарско инжењерствоКао тим попуните следећи радни лист наводећи који би се од производа у наставку сматрао „прилагодљивим уређајима“.
| производ | Адаптиве? Да или Не | Зашто или зашто не | Шта је био циљ инжењера? |
| Наочаре | |||
| Платформе | |||
| Колица за бебе |
|||
| Пази да говори време |
|||
| Шетач | |||
| Слушалице | |||
| Бацити |
Саставни дијелови
Први корак: Као тим раставите пар старих, неупотребљивих сунчаних наочара или наочара, користећи комплет за поправку наочара који сте добили.
Питања:
- Колико сте саставних делова пронашли?
- Које су различите врсте материјала (пластика, метали, стакло) биле део завршног пара наочара?
- Ако бисте реинжењерирали ове наочаре како бисте их учинили сигурнијима, да ли бисте променили облик било ког делова? Зашто? Што да не?
- Ако бисте реинжењерирали ове наочаре како бисте их учинили сигурнијима, да ли бисте променили материјале који се користе за производњу било ког компонентног дела? Зашто? Што да не?
Корак други: Саставите наочаре.
Питања:
- Који је био најтежи део поступка поновне монтаже? Зашто?
- Да ли мислите да би машином било лакше управљати монтажом? Зашто? Што да не?
- Шта мислите, колико би било тешко особи са артритисом у рукама да поново састави наочаре?
Током историје инжењери су решавали проблеме развијајући производе и системе који помажу људима. У области адаптивног инжењерског дизајна, циљ је створити производе који олакшавају живот, чине га здравијим и независнијим за оне који се суочавају са изазовима. Следи само кратка листа многих уређаја који су дизајнирани да помажу људима и животињама:
- инвалидски колица
- шетачи
- наочаре
- адаптивни алати за баштованство
- слушни апарати
- прилагодљива седишта за кану
- замјенски зглобови
- вештачки удови
- прилагодљиве водене скије
- помагала за облачење
- сигурносне решетке за каде
- адаптивна опрема за фитнес
- столице за туширање
- Алати за отварање тегли
- специјални рачунарски миш
- маска за апнеју током спавања
- адаптивни палице за голф
- волани
- адаптивни трицикли
- жичаре за коње
- штаке
- држачи карата за играње
- ограде за кревет
- осветљене лупе
- прекидачи великих светиљки
- адаптивни џојстик за видео игре
Ви сте инжењерски тим!
Ваш изазов је радити у тиму како бисте побољшали постојећи прилагодљиви производ или смислили нови који решава одређени проблем са којим се суочавају појединци (или животиње) који се суочавају са физичким изазовима.
Наведите проблеме:
- Утврдите физички изазов који ће ваш производ помоћи да ублажи (на пример, пас који је оперисан на леђима и даље треба да може да иде у шетњу).
- Као тим, развијте на папиру нови производ или развијте побољшање постојећег производа који задовољава потребе особе / животиње.
- Представите своје идеје предавању у три облика:
- опишите како ваш производ технички делује, речима ... укључите материјале од којих мислите да би био направљен и шта мислите да би производ могао коштати.
- нацртајте илустрацију вашег коначног производа или ситуације у којој се користи.
- опишите како ваш тим верује да су инжењери утицали на свет.
