Век пластике

Ова лекција истражује како је развој пластике - и инжењерство пластичних компонената у свакодневне производе - утицао на свет. Студенти уче о историји пластике, шта инжењери пластике раде и колико производа је побољшано додавањем пластичних компонената. Студенти раде у тимовима како би идентификовали производе без пластике и производе за које мисле да не би могли постојати у предпластичном свету. Они раде као тимови „инжењера“ да би видели да ли могу да редизајнирају производ тако да користи 50% мање пластичних компонената него у тренутном дизајну. 

  • Сазнајте о пластикама.  
  • Сазнајте о томе како је пластика створена у толико уобичајених производа.  
  • Сазнајте више о тимском раду и процесу решавања / дизајнирања инжењерских проблема.

 Старосни нивои: 8-18

Материјали и припрема

Грађевински материјали (за сваког ученика)

Потребни материјали

  • Студентски листови 
  • Одељак позадинских тема

Изазов инжењерског дизајна

Дизајн изазов

Ви сте тим инжењера пред изазов који доноси списак од четири машине или производа за које мислите да би били немогући без проналаска пластике. Тада ћете одлучити које ћете пластичне делове заменити у неком од тих производа или машина како бисте олакшали рециклирање. Које ћете материјале користити уместо тога и како ће то утицати на перформансе, цену или естетику?

Упутства и поступци активности

  1. Поделите класу на тимове од 3-4.
  2. Поделите радни лист Центури оф Пластицс и испис одељка Бацкгроунд Цонцептс. 
  3. Разговарајте о темама у одељку Позадински концепти
  4. Прегледајте поступак инжењерског дизајна, изазов за дизајн, критеријуме, ограничења и материјале. 
  5. Упутите студенте да раде тимски како би попунили први студентски радни лист - Пластиц Хунт !: 
    • Размислите о предметима које можете пронаћи у свом дому, учионици или на игралишту. Идентификујте и документујте све предмете који немају саставне делове од пластике.
  6. Као разред, разговарајте о питањима за размишљање:
    • Да ли је било теже него што сте мислили да пронађете производе који не садрже пластику?
    • Шта је заједничко од производа које сте пронашли без пластике?
    • Ако бисте реинжењерингали један од производа који сте пронашли, да ли бисте се променили
    •  било који саставни део за пластику? Зашто? Што да не?                                                             
    •  Да ли мислите да би ЦД-ови били могући без пластике? Зашто? Што да не?    
    •  Зашто је рециклажа важна?
  7. Упутите ученике да раде као тим за довршавање Први корак другог студентског радног листа - Ти буди инжењер:
    • Дођите са списком од четири машине или производа за које мислите да би били немогући без проналаска пластике. За свако одговорите на следећа питања:
      • Који% производа је пластика?
      • Зашто би ово било немогуће без пластике?
      • Како је ова машина или производ утицао на свет?
  8. Упутите ученике да раде као тим за довршавање Други корак другог студентског радног листа - Ти буди инжењер:
    • Замените део пластике у било који од четири производа или машине које сте идентификовали у првом делу како бисте их лакше рециклирали. Разговарајте о томе које ћете материјале користити уместо тога, како ће то утицати на перформансе, цену или естетику. Затим представите своје идеје предавању: 
      • Опишите шта ваш производ ради и колики проценат производа сматрате пластичним.
      • Објасните које ћете компоненте заменити другим материјалима; опишите како сте одабрали заменске материјале и како ће нови материјали утицати на тежину, цену и функционалност производа.
      • Предвидите да ли ће овај производ бити ефикасан као и тренутни дизајн, да ли би га производња можда коштала више и како би га било лакше рециклирати.
      • Опишите како ваш тим верује да је инжењеринг пластике у уобичајене производе утицао на свет.
  9. За више садржаја о теми, погледајте одељак „Дубље копање“.

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.

Позадине

Шта је пластика?  

Век пластике 

19. век је доживео огроман напредак у хемији полимера. Међутим, био је потребан увид хемијских инжењера током 20. века да би масовно произведени полимери постали одржива економска реалност. Када је пластика названа Бакелит представљена 1908. године, покренула је „Пластично доба“. Бакелит је конструисан у многе производе од електричних утикача, преко четки за косу, радија, сатова, па чак и накита. Бакелитни производи из ове ере сада су веома колекционарски! Данас се пластика налази у скоро сваком производу. Тешко је наћи много машина које не садрже неколико врста пластике.  

Шта је пластика? 

Пластика је полимер: дуги ланци атома повезани један за други. Пластика је термин који заправо покрива врло широк спектар синтетичких или полусинтетичких производа полимеризације. Састоје се од органске кондензације или додатних полимера и могу садржати друге супстанце да би их учинили погоднијим за примену са разликама у толеранцији топлоте, њеној тврдоћи, боји и флексибилности. Пластика се може обликовати или обликовати у одређене тврде облике или развити у облику филма или влакана. У некој фази производње свака пластика може да тече. Реч пластика потиче из чињенице да су многи облици гипки и имају својство пластичности. Инжењери се често обраћају пластици као компонентним деловима многих производа, јер је лагана, релативно јефтина и издржљива. Смањила је трошкове многих производа, а многи производи данас не би постојали без пластике.  

Инжењери пластике 

Развој пластике покренуо је ново поље рада: Инжењери пластике! Проучавају својства полимерних материјала и развијају машине које могу обликовати пластичне делове. Истражују начине за обликовање пластике како би се задовољиле потребе других инжењера којима су потребни делови, као што су маске за мобителе, ђонови ципела и точкови руксака. Такође раде на побољшању перформанси пластике, тражећи нове материјале који боље реагују на високе или ниске температуре или понављајућа кретања.  

Кратка временска црта 

  • 1907: Лео Хендрик Баекеланд створио је прву пластику на бази синтетичког полимера - бакелит. Бакелит је прва изумљена пластика која је задржала облик након загревања. 
  • 1908: Швајцарски хемичар Јацкуес Бранденбергер открио је целофан. 
  • 1920-те: Производе се целулозни ацетат, акрили (луцит и плексиглас) и полистирен. 
  • 1957: Генерал Елецтриц развија поликарбонатну пластику. 
  • 1968: Потрошња вештачких влакана прекрива природна влакна у САД-у 
  • 1987: Нипон Зеон развија пластику са „меморијом“, тако да се може савијати и увијати на ниским температурама, али када се загреје изнад 37 Целзијуса, враћа се у првобитни облик! 
  • Деведесете: Програми рециклирања пластике су уобичајени, нудећи нову употребу старе пластике

Предпластична историја свакодневних предмета   

сангриана-бигстоцк.цом

Четкица за зубе 

Најранија позната четкица за зубе била је „штапић за жвакање“ од жваканих или пасираних гранчица. Овај стил хигијене зуба датира хиљадама година. У новије време израђивале су се четкице за зубе са коштаним дршкама са чекињама или длаком свиња намотаних жицом. Овај стил је био популаран већ од 1600-их па све до средине 1800-их, иако је дршка понекад била од дрвета. Следећа велика промена дизајна подстакнута је увођењем најлона. Овај синтетички материјал први пут је нанет на четкицу за зубе око 1938. До 1939. године инжењери су почели да развијају електричне четкице за зубе како би побољшали ефикасност четкања. Прва права електрична четкица за зубе развијена је у Швајцарској 1939. године. У Сједињеним Државама Скуибб је електричну четкицу представио 1960. године, а затим је Генерал Елецтриц представио пуњиву бежичну четкицу за зубе 1961. године. Чак ни зубни конац, који је првобитно био направљен од свилених конца, није није популаран до појаве пластике и синтетичких материјала.  

бм_пхото-бигстоцк.цом

Перо 

Прве три хиљаде година од проналаска папира, инструмент за писање који је већина људи користила био је перо птице - обично гуске - која је била умочена у бунар са мастилом. Масовно произведене челичне оловке почеле су да се појављују почетком 1800-их, што је пружало већу контролу над линијом. Током Првог светског рата оловке су почеле да се израђују од тврде, обично црне, гумене супстанце познате као вулканит. Рана обојена пластика уведена је 1920-их. Слобода је представила оловке од целулоида различитих боја. Биле су веома скупе, али показале су се толико популарним да је у року од неколико година већина произвођача наливпера нудила оловке у новом синтетичком материјалу, замењујући неке металне и дрвене дизајне. Међутим, широко распрострањена употреба пластике и инжењеринг хемијске оловке која није пропустила срушила је трошкове финих инструмената за писање на дохват већини људи. До шездесетих година прошлог века завладале су хемијске оловке за једнократну употребу, и док наливпери остају на располагању, данас имају само врло мали удео на тржишту.  

биг8183-бигстоцк.цом

Наочаре 

Наочаре су првобитно биле израђене од метала и стакла. Ако би некоме био потребан посебно снажан рецепт, чаша би се врло тешко наслањала на нос. Пластика је револуционисала наочаре заменом стаклених сочива материјалом лакше тежине и заменом већине метала у оквирима лакшом, разнобојном пластиком. Међутим, у оквиру још увек постоји метал, јер је већина шарки још увек направљена од метала. И, наравно, не би било контактних сочива без развоја синтетичких материјала.

речник

  • Ограничења: Ограничења у погледу материјала, времена, величине тима итд.
  • Критеријуми: Услови које дизајн мора да задовољи као његова укупна величина итд.
  • 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.
  • Итерација: Тестирање и редизајн су једна итерација. Поновите (више понављања).
  • Прототип: Радни модел решења за тестирање.
  • Рециклирање: Процес узимања материјала спремних за бацање и претварање (промена) у материјале за вишекратну употребу.

Копајте дубље

Интернет Цоннецтионс

Рецоммендед Реадинг

  • Америчка пластика: Културна историја, Јеффреи Л. Меикле (ИСБН: 978-0813522357) Инжењеринг пластике, РЈ Цравфорд (ИСБН: 978-0750637640)

Писање активности 

  • Напишите есеј или одломак у коме ћете описати да ли мислите да би свемирски летови били могући без увођења пластике. Наведите примере који подржавају ваше становиште.  
  • Напишите есеј или одломак који описује како рециклажа функционише у вашем граду. Наведите примере како инжењери уграђују рециклиране материјале у нове производе.

Усклађивање наставног програма

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 Б: Физичке науке

Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање

  • Особине предмета и материјала 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Е: Наука и технологија 

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

  • Способности технолошког дизајна 
  • Способност разликовања природних предмета од предмета које су направили људи 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Ф: Наука у личној и социјалној перспективи

Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање

  • Врсте ресурса 
  • Промене у окружењу 

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 Б: Физичке науке

Као резултат својих активности, сви ученици треба да развију разумевање

  • Особине и промене својстава у материји 

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

  • Ризици и користи 
  • Наука и технологија у друштву 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Г: Историја и природа науке

Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање

  • Историја науке 

Национални стандарди научног образовања Разреди 9-12 (узраст 14-18 година)

САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке 

Као резултат својих активности, сви ученици би требало да развију разумевање

  • Структура и својства материје 

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

  • Квалитет животне средине 

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 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 5: Студенти ће развити разумевање ефеката технологије на животну средину.
  • Стандард 7: Студенти ће развити разумевање утицаја технологије на историју.

Дизајн

  • Стандард 8: Студенти ће развити разумевање својстава дизајна.
  • Стандард 9: Студенти ће развити разумевање инжењерског дизајна.

Способности за технолошки свет

  • Стандард 13: Студенти ће развити способности за процену утицаја производа и система.

Дизајнирани свет

  • Стандард 19: Студенти ће развити разумевање и моћи ће да бирају и користе производне технологије.

Студентски радни лист

Пластични лов!

Први корак: Као тим размишљајте о стварима које можете пронаћи у свом дому, учионици или на игралишту. Можете ли препознати било који предмет који нема саставне делове од пластике?

Кухињски предмети Предмети за купатило Предмети у учионици   Спортска опрема
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Питања:

  1. Да ли је било теже него што сте мислили да пронађете производе који не садрже пластику?

 

 

 

 

  1. Шта је заједничко од производа које сте пронашли без пластике?

 

 

 

 

  1. Ако бисте реинжењерингали један од производа који сте пронашли, да ли бисте неки од делова мењали у пластични? Зашто? Што да не?

 

 

 

 

  1. Да ли мислите да би ЦД-ови били могући без пластике? Зашто? Што да не?

 

 

 

 

  1. Зашто је рециклажа важна?

 

 

 

 

Први корак: Као тим израдите листу од четири машине или производа за које мислите да би били немогући без проналаска пластике. За свако одговорите на доња питања:

 

  Који% производа је пластика? Зашто би ово било немогуће без пластике? Како је ова машина или производ утицао на свет?
1-

 

 

 

 

 
2-

 

 

 

 

 
3-

 

 

 

 

 
4-

 

 

 

 

 

 

Корак други: Ваш изазов је да радите као тим „инжењера“ како бисте заменили део пластике у било којем од четири производа или машина које сте идентификовали у првом делу овог радног листа како бисте их лакше рециклирали. Разговарајте о томе које ћете материјале користити уместо тога, како ће то утицати на перформансе, цену или естетику. Затим представите своје идеје предавању у три облика:

  • опишите чиме се ваш производ бави и проценат производа за који мислите да је пластичан.
  • објасните које ћете компоненте заменити другим материјалима; опишите како сте одабрали заменске материјале и како ће нови материјали утицати на тежину, цену и функционалност производа.
  • предвидети да ли ће овај производ бити ефикасан као и тренутни дизајн, да ли би га производња могла коштати више и како би га било лакше рециклирати.
  • опишите како ваш тим верује да је инжењеринг пластике у уобичајене производе утицао на свет.
Принт Фриендли, ПДФ и е-поштаШтампај ПДФ
Одштампајте или преузмите ПДФ план лекције
 

Учитавање студентских потврда о завршеном студију