Патрола загађења
Ова лекција се фокусира на уређаје који се користе за откривање загађења ваздуха. Тимови ученика граде детекторе загађења ваздуха на отвореном од свакодневних материјала. Затим тестирају своје уређаје како би видели колико честица загађивача могу да ухвате.
Студенти ће:
- Дизајнирајте и направите спољни детектор загађења ваздуха
- Тестирајте и усавршите њихов дизајн
- Комуницирајте о њиховом процесу дизајнирања и резултатима
Старосни нивои: 8-18
Материјали за израду (за сваки тим)
Потребни материјали
- Грађевински папир
- Картон
- Пластична фолија
- Воштана хартија
- Тканина
- Низ или предиво
- Филц
- Филтери за кафу
- Индекс картице
- Папир Плоче
- Папирне чаше
- Двострани трака
- Вазелин
- Каро сируп
- Вјешалице
Материјали за испитивање
- Рука објектив
- Папир на коцкице
- низ
- Опционално: микроскоп или дигитални фотоапарат
Materijali
- Рука објектив
- Папир на коцкице
- низ
- Опционално: микроскоп или дигитални фотоапарат
Процес
Сваки тим тестира свој детектор загађења ваздуха постављањем на друго место око школе. После 72 сата требало би да провере да ли је њихов испитивач прикупио неке честице. Требали би да користе ручно сочиво, микроскоп или дигитални фотоапарат за испитивање сакупљених честица.
Тимови би требало да документују различите врсте честица које виде (нпр. Прашину, полен, прљавштину итд.), Као и њихову величину, боју, облик и текстуру. Затим би требало да користе низ да би креирали мрежу од квадрата од 1 цм преко подручја сакупљања уређаја, причвршћујући га траком.
Даље, упутите ученике да преброје број честица у пет случајних квадрата. Ако их има превише за рачунање, процените. Израчунајте просечан број честица по квадрату. Упоредите и графички прикажите налазе за различите локације тестиране у класи. Израдите скалу за оцењивање квалитета ваздуха / загађења ваздуха на локацијама које су тестиране око ваше школе.
Дизајн изазов
Ви сте тим инжењера који су добили изазов да осмисле уређај који може да детектује присуство загађивача честица изван ваше школе. Уређај мора имати равно подручје сакупљања најмање 5 цм к 5 цм. Уређај мора да има релативну заштиту од елемената и треба да буде у могућности да се осигура (тако да не пуше).
kriterijumi
- Мора имати равну површину за сакупљање која је најмање 5цм к 5цм.
- Мора бити у могућности да то осигура.
Ограничења
- Користите само достављене материјале.
- Тимови могу трговати неограниченим материјалом.
- Поделите класу на тимове од 2-3.
- Поделите радни лист Поллутион Патрол, као и неке листове папира за скицирање дизајна.
- Разговарајте о темама у одељку Позадински концепти. Замолите ученике да поделе неке изворе загађења ваздуха, како мисле да се мери и како утиче на друштво. Разговарајте о томе како инжењери дизајнирају инструменте који могу да открију присуство различитих врста загађивача у ваздуху.
- Прегледајте поступак инжењерског дизајна, изазов за дизајн, критеријуме, ограничења и материјале.
- Обезбедите сваки тим својим материјалима.
- Објасните да ученици морају да дизајнирају уређај за детекцију загађења ваздуха у облику честица. Мора имати равну површину за сакупљање која је најмање 5 цм к 5 цм. Уређај треба да има релативну заштиту од елемената и треба да има начин да се осигура.
- Најавите колико им је времена потребно за дизајн и израду (препоручује се 1 сат).
- 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.
- Студенти се упознају и развијају план за свој уређај за откривање загађења ваздуха. Договарају се о материјалима који ће им требати, напишу / нацртају свој план и презентују свој план предавању. Тимови могу да тргују неограничено са другим тимовима како би развили своју листу идеалних делова.
- Тимови граде своје дизајне.
- Сваки тим тестира свој детектор загађења ваздуха постављањем на друго место око школе. После 72 сата требало би да провере да ли је њихов испитивач прикупио неке честице. Требали би да користе ручно сочиво, микроскоп или дигитални фотоапарат за испитивање сакупљених честица.
Тимови би требало да документују различите врсте честица које виде (нпр. Прашину, полен, прљавштину итд.), Као и њихову величину, боју, облик и текстуру. Затим би требало да користе низ да би креирали мрежу од квадрата од 1 цм преко подручја сакупљања уређаја, причвршћујући га траком.
Даље, упутите ученике да преброје број честица у пет случајних квадрата. Ако их има превише за рачунање, процените. Израчунајте просечан број честица по квадрату. Упоредите и графички прикажите налазе за различите локације тестиране у класи. Израдите скалу за оцењивање квалитета ваздуха / загађења ваздуха на локацијама које су тестиране око ваше школе.
- Као час, разговарајте о питањима за размишљање ученика.
- За више садржаја о теми, погледајте одељак „Дубље копање“.
Рефлексија ученика (инжењерска свеска)
- Да ли сте успели да креирате детектор загађења ваздуха који би могао да детектује присуство честица у ваздуху? Ако не, зашто није успео?
- Да ли сте током фазе изградње одлучили да ревидирате свој оригинални дизајн или затражите додатне материјале? Зашто?
- Да ли сте преговарали о неким материјалним занатима са другим тимовима? Како вам је тај процес успео?
- Да сте могли да имате приступ материјалима који се разликују од понуђених, шта би ваш тим тражио? Зашто?
- Да ли мислите да инжењери морају да прилагоде своје првобитне планове током изградње система или производа? Зашто би могли?
- Ако бисте морали да поновите све изнова, како би се променио ваш планирани дизајн? Зашто?
- Које дизајне / методе сте видели да су други тимови покушали за које сте мислили да добро раде?
- Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните…
- Које врсте загађења честицама сте пронашли у највећој количини? Зашто мислите да је то тако?
- Шта мислите шта можете учинити да смањите загађење честицама око ваше школе?
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.
Zagađenje vazduha
Ваздух је неопходан за живот. Ваздух око нас састоји се првенствено од елемената азота и кисеоника. Када друге супстанце попут хемикалија, природних материјала или честица уђу у ваздух, то је познато као загађење ваздуха. Загађење ваздуха може се десити како у затвореном тако и на отвореном. Може имати природне узроке и узроке изазване човеком. Загађење ваздуха утиче на људе, животиње и животну средину на више различитих начина.
Загађење ваздуха може бити резултат низа различитих врста људских активности. Када се загађивачи димних домова и емисије аутомобила испуштају у ваздух, у атмосфери се јављају хемијске реакције које могу довести до низа проблема. Смог се јавља када се загађивачи у ваздуху помешају са озоном, узрокујући замагљене атмосферске услове и респираторне проблеме код људи. Смог се обично јавља у великим градовима или индустријским областима. Лондон, Лос Ангелес, Мекицо Цити и југоисточна Азија имају значајних проблема са смогом. Кисела киша се јавља када се загађивачи попут сумпорне киселине помешају са водом у ваздуху, узрокујући да киша и снег постану превише кисели. Ова киселост је веома штетна за животну средину и као резултат тога убија биљке, дрвеће, рибе и животиње. Када се горива изгарају за енергију у аутомобилима, фабрикама, каминима и роштиљима, ситне честице се испуштају у ваздух. Те честице чине оно што је познато као загађење честицама.
Честице
Загађење изазвано честицама, такође познатим као честице, састоји се од мешавине малих честица и капљица течности у ваздуху. Честице могу да садрже и грубе и фине честице. Грубе честице су веће од 2.5 микрона, али пречника мање од 10 микрона (људска коса је пречника отприлике 70 микрона). То може укључивати дим, прашину, плесни од прљавштине и полен. Фине честице су пречника мање од 2.5 микрона. Фине честице могу укључивати токсична једињења и тешке метале.
Загађење честицама, посебно финим честицама, веома је штетно за људе приликом удисања. Честичне материје ремете екосистеме. Честице у ваздуху такође узрокују магловите атмосферске услове. Количина честица у ваздуху варира у зависности од доба године и времена. На пример, количина чврстих честица може бити већа зими због повећаног коришћења камина и пећи на дрва. Загађење честицама такође је категорисано према извору. Примарне честице могу се директно пратити до њихових извора, попут димњака, празних возила или електрана. С друге стране, секундарне честице настају реакцијама у атмосфери и због тога им је много теже ући у траг.
Узоркивачи и бројачи честица
Узоркивачи честица сакупљају честице како би утврдили колико је у ваздуху и како би се честице касније могле испитати у лабораторији. Једна врста узоркивача честица увлачи ваздух кроз филтер причвршћен за стаклену цев. Тежина филтера узима се пре него што се узме узорковање. Након што филтер сакупи неке честице, поново се измери. Количина честица се израчунава на основу тежине честица које сакупља филтер и количине узоркованог ваздуха. Друга врста узоркивача честица сакупља честице на колуту филтер траке, која се вага пре и после узорковања.
Инструменти познати као бројачи честица откривају и броје број честица у ваздуху. Аеросолни бројачи честица броје број честица у ваздуху и мере њихову величину. Бројачи честица који блокирају светлост откривају количину честица у ваздуху пролазећи светлост кроз узорак ваздуха и мерећи колико те светлости честице блокирају. Овом методом се могу проценити честице веће од 1 микрометара. Мање честице (веће од .05 микрометара) могу се открити методом расејања светлости. Овом методом се мери колико се светлости распршује честицама у узорку ваздуха. Ласери се такође могу користити за осветљавање узорка ваздуха, тако да се силуете честица могу снимати дигиталним фотоапаратом за увећање и испитивање.
Оцена квалитета ваздуха
Светска здравствена организација успоставила је смернице за квалитет ваздуха засноване на негативним здравственим ефектима загађења на људе. Многе земље су успоставиле скале које оцењују квалитет ваздуха у одређеном региону у датом тренутку. Ове скале оцењују квалитет ваздуха на основу концентрације загађивача у ваздуху, али се разликују у зависности од локације и врсте загађења коју процењују. Упркос доказима о негативном утицају загађења ваздуха на здравље, многе земље још увек не прате и не оцењују квалитет ваздуха.
У Мексико Ситију, Атмосферицо де ла Циудад де Мекицо (СИМАТ) користи систем оцењивања познат као Индице Метрополитано де ла Цалидад дел Аире (ИМЕЦА) за мерење концентрација загађујућих материја, укључујући ситне честице, угљен моноксид, сумпор диоксид, азот диоксида и озона. Рејтинг скала од 200 поена која се састоји од пет категорија, у распону од „буена“ (добра) до „ектремадаменте мала“ (изузетно лоша), користи се за оцењивање и опис стања квалитета ваздуха. У Сједињеним Државама Агенција за заштиту животне средине користи индекс квалитета ваздуха који испитује концентрације истих загађивача и додељује оцену на скали од 0 до 500. У оквиру ове скале постоји шест категорија које описују квалитет ваздуха у распону од „ Добро ”у„ Опасно ”. Одељење за заштиту животне средине у Хонг Конгу такође оцењује загађење ваздуха на скали од 500 поена, са пет категорија у распону од „ниског“ до „озбиљног“ на основу концентрације загађивача у ваздуху. У марту 2010. године, загађење ваздуха у Хонг Конгу достигло је рекордне нивое (преко 500!) Након озбиљне пешчане олује на југу Кине.
- Бројач честица аеросола: Пребројите број честица у ваздуху и измерите њихову величину
- Квалитет ваздуха: Мера колико је ваздух чист или загађен.
- 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 (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).
- Бројачи честица које блокирају светлост: Откријте количину честица у ваздуху пропуштањем светлости кроз узорак ваздуха и мерењем колико те светлости блокирају честице.
- Метода расејања светлости: Мери колико светлости расипају честице у узорку ваздуха.
- Бројачи честица: Детектује и броји број честица у ваздуху.
- Узорковач честица: Прикупите честице да бисте утврдили колико их има у ваздуху и како би се честице касније могле испитати у лабораторији.
- Загађење: Контаминирано окружење или запрљано отпадом, хемикалијама и другим штетним супстанцама. Постоје три главна облика загађења: ваздух, вода и земљиште.
- Прототип: Радни модел решења за тестирање.
Интернет Цоннецтионс
Рецоммендед Реадинг
- Загађење ваздуха. (ИСБН: 9780761432203)
- Загађење ваздуха: мерење, моделирање и ублажавање (ИСБН: 978-0415479325)
Писање активности
Напишите писмо локалном политичару о начинима на које се загађење ваздуха може смањити у вашој заједници.
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
САДРЖАЈ СТАНДАРД Д: Наука о Земљи и свемиру
Као резултат активности, сви ученици треба да развију разумевање
- Промене на земљи и небу
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
- Лично здравље
- Промене у окружењу
- Наука и технологија у локалним изазовима
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
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
- Лично здравље
- Становништво, ресурси и окружење
- Наука и технологија у друштву
Национални стандарди научног образовања Разреди 9-12 (узраст 14-18 година)
САДРЖАЈ СТАНДАРД А: Наука као упит
Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају
- Способности неопходне за научно испитивање
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, ученици би требало да развију разумевање
- Здравље личности и заједнице
- Квалитет животне средине
- Природне и од човека изазване опасности
- Наука и технологија у локалним, националним и глобалним изазовима
Научни стандарди следеће генерације, разреди 3-5 (узраст 8-11)
Земља и људска активност
Студенти који покажу разумевање могу:
- 4-ЕСС3-2. Генеришите и упоредите више решења за смањење утицаја природних земаљских процеса на људе.
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- 3-5-ЕТС1-1.Дефинишите једноставан дизајн проблем који одражава потребу или потребу која укључује одређене критеријуме за успех и ограничења на материјале, време или трошкове.
- 3-5-ЕТС1-2. Генеришите и упоредите више могућих решења проблема на основу тога колико је вероватно да ће свако од њих испунити критеријуме и ограничења проблема.
- 3-5-ЕТС1-3.План и извршити фер испитивања у којима се контролишу променљиве и узимају у обзир тачке отказа како би се идентификовали аспекти модела или прототипа који се могу побољшати.
Научни стандарди следеће генерације, разреди 6-8 (узраст 11-14)
Земља и људска активност
Студенти који покажу разумевање могу:
- Применити научне принципе за дизајнирање методе за надгледање и минимизирање утицаја човека на животну средину.
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- МС-ЕТС1-1 Дефинишите критеријуме и ограничења проблема дизајна са довољно прецизношћу да обезбедите успешно решење, узимајући у обзир релевантне научне принципе и потенцијалне утицаје на људе и природну средину који могу ограничити могућа решења.
- МС-ЕТС1-2 Процените конкурентска решења дизајна користећи систематски поступак да бисте утврдили колико добро испуњавају критеријуме и ограничења проблема.
Научни стандарди следеће генерације - разреди 9-12 (узраст 14-18)
Инжењеринг дизајн
Студенти који покажу разумевање могу:
- ХС-ЕТС1-2.Дизајнирајте решење сложеног стварног света тако што ћете га разбити на мање проблеме којима се лакше може управљати и који се могу решити инжењерингом.
Принципи и стандарди за школску математику
Број и оперативни стандард
- Наставни програми од предшколског вртића до 12. разреда треба да омогуће свим ученицима:
- Рачунајте течно и донети разумне процене
Меасуремент Стандард
- Наставни програми од предшколског вртића до 12. разреда треба да омогуће свим ученицима:
- Примените одговарајуће технике, алати и формуле за одређивање мерења.
Анализа података и стандард вероватноће
- Наставни програми од предшколског вртића до 12. разреда треба да омогуће свим ученицима:
- Формулишите питања који се могу адресирати подацима и прикупљати, организовати и приказивати релевантне податке како би се на њих одговорило
- Изаберите и користите одговарајуће статистичке методе за анализу података
- Развити и проценити закључивања и предвиђања која се заснивају на подацима
Стандард процеса (представљање)
- Наставни програми од предшколског вртића до 12. разреда треба да омогуће свим ученицима:
- Створите и користите репрезентације за организовање, бележење и комуникацију математичких идеја
- Користите репрезентације за моделирање и тумачење физичких, социјалних и математичких појава
Уобичајени основни државни стандарди за школску математику, разреди 2-8 (узраст 7-14 година)
Мерење и подаци
- Измерите и процените дужине у стандардним јединицама.
- ЦЦСС.Матх.Цонтент.2.МД.А.1 Измерите дужину предмета избором и употребом одговарајућих алата као што су лењири, аршини, мерни штапићи и мерне траке.
- ЦЦСС.Матх.Цонтент.2.МД.А.3 Процените дужине користећи јединице инча, стопе, центиметре и метре.
Уобичајени основни државни стандарди за школску математику: Садржај (узраст од 7 до 10 година)
Статистика и вероватноћа
- Користите насумично узорковање да бисте извукли закључке о популацији.
- ЦЦСС.Матх.Цонтент.7.СП.А.2 На основу података из случајног узорка извуците закључке о популацији са непознатом карактеристиком која вас занима. Генеришите више узорака (или симулираних узорака) исте величине како бисте измерили варијације у проценама или предвиђањима.
Стандарди за технолошку писменост - сва доба
Дизајн
- Стандард 8: Студенти ће развити разумевање својстава дизајна.
- Стандард 9: Студенти ће развити разумевање инжењерског дизајна.
- Стандард 10: Студенти ће развити разумевање улоге решавања проблема, истраживања и развоја, проналаска и иновација и експериментисања у решавању проблема.
Ви сте тим инжењера који су добили изазов да осмисле уређај који може да детектује присуство загађивача честица изван ваше школе. Уређај мора имати равно подручје сакупљања најмање 5 цм к 5 цм. Уређај треба да има релативну заштиту од елемената и треба да буде у могућности да се осигура (тако да се не одува).
Фаза планирања
Састаните се као тим и разговарајте о проблему који треба да решите. Затим израдите и договорите дизајн вашег детектора загађења ваздуха. Мораћете да одредите које материјале желите да користите.
Нацртајте свој дизајн у доњем пољу и обавезно наведите опис и број делова које планирате да користите. Представите свој дизајн предавању.
Можете изабрати да ревидирате план својих тимова након што добијете повратну информацију од предавања.
|
Фаза изградње
Направите свој детектор загађења ваздуха. Током градње можете одлучити да су вам потребни додатни материјали или да ваш дизајн треба променити. Ово је у реду - само направите нову скицу и ревидирајте листу материјала.
Фаза тестирања
Сваки тим ће тестирати свој детектор загађења ваздуха постављањем на друго место око своје школе. После 72 сата проверите да ли је тестер прикупио неке честице. Помоћу сочива, микроскопа или дигиталног фотоапарата прегледајте сакупљене честице. Документујте различите врсте честица које видите (нпр. Прашину, полен, прљавштину итд.), Као и њихову величину, боју, облик и текстуру.
Помоћу низа направите мрежу од квадрата од 1 цм преко подручја сакупљања уређаја, причвршћујући га траком. Пребројите број честица у пет случајних квадрата. Ако их има превише за рачунање, процените. Израчунајте просечан број честица по квадрату. Упоредите и графички прикажите налазе за различите локације тестиране у класи. Израдите скалу за оцењивање квалитета ваздуха / загађења ваздуха на локацијама које су тестиране око ваше школе.
Фаза евалуације
Оцените резултате својих тимова, попуните радни лист за евалуацију и представите своја сазнања предавању.
Користите овај радни лист да бисте оценили резултате свог тима у лекцији „Патрол Патрол“:
1. Да ли сте успели да креирате детектор загађења ваздуха који би могао да детектује присуство честица у ваздуху? Ако не, зашто није успео?
2. Да ли сте током фазе изградње одлучили да ревидирате свој оригинални дизајн или затражите додатне материјале? Зашто?
3. Да ли сте преговарали о било каквом занату материјала са другим тимовима? Како је тај процес успео за вас?
4. Да сте могли да имате приступ материјалима који се разликују од понуђених, шта би тражио ваш тим? Зашто?
5. Да ли мислите да инжењери морају да прилагоде своје првобитне планове током изградње система или производа? Зашто би могли?
6. Ако бисте морали да поновите све изнова, како би се променио ваш планирани дизајн? Зашто?
7. Које дизајне / методе сте видели да су други тимови испробали за које сте мислили да добро раде?
8. Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните…
9. Које врсте загађења честицама сте пронашли у највећој количини? Зашто мислите да је то тако?
10. Шта мислите шта можете учинити да смањите загађење честицама око ваше школе?