Попсицле Бридге

Материјали за израду (за сваки тим)

Потребни материјали

• 200 штапића од попсуле
• Лепак за дрво или занат

Материјали за испитивање

• Тежина од 5 килограма (за млађе ученике) и 20 килограма (за старије студенте)
• (вреће шећера или брашна, 16 оз. конзерве хране, 72 оз. боца детерџента за веш, тег за вежбање или други тег)
• 2 столице, столови или мали столови (довољно високи да омогуће да се дизајни окаче 1 стопа изнад пода)

Materijali

• Тежина од 5 килограма (за млађе ученике) и 20 килограма (за старије студенте)
• (вреће шећера или брашна, 16 оз. конзерве хране, 72 оз. боца детерџента за веш, тег за вежбање или други тег)
• 2 столице, столови или мали столови (довољно високи да омогуће да се дизајни окаче 1 стопа изнад пода)

Процес

• Поставите две столице или столове (равне површине) најмање 2 ”једна од друге
• Окачите или залепите мост на висину од 1 стопа изнад пода на врху столица / столова
• Ставите унапред одређену тежину на мост на један пуни минут
  • У зависности од врсте одабране тежине, може се поставити на врх дизајна или окачити одоздо.
• Циљ тестирања дизајна да задовољи минимално оптерећење. Међутим, забавно је и даље додавати тежину конструкцији како би се задовољило критично оптерећење што резултира пропадањем моста! 

Суђење дизајна

• Као час разговарајте о томе шта мост чини естетски пријатним
  • Израдите листу својстава у припреми за оцењивање
• Затим процените сваки дизајн моста због његове естетске вредности
  • Користите скалу од 1-5, при чему 1 представља „нимало привлачно“, а 5 „веома привлачно“.
• Дајте 1 позитиван коментар и 1 предлог за побољшање за сваки дизајн.

Небески пешачки мост Лангкави - Малезија

• Дугачка 125, а широка 1.8 метара
• Дизајниран као закривљена стаза за максимализовање доживљаја гледања.
• Израђени од челичних и бетонских плоча постављених на врх обрнуте троугаоне решетке.
• Висећи са 8 каблова са 81.5 м високог појединачног пилона и виси на око 100 м изнад земље.
• Дизајниран за максимални капацитет од 250 људи.

Извор: Википедиа

Урушавање пешачког моста Универзитета Флорида

Лош дизајн довео је до урушавања пешачког моста у изградњи у ФИУ 2018. Инжењери су погрешно израчунали количину напрезања коју би структура могла да поднесе.

Извор: УСА Тодаи

Дизајн изазов

Ви сте тим инжењера који раде на дизајнирању моста помоћу лепка и 200 штапића или мање. 

kriterijumi

• Мостови морају бити у стању да држе унапред одређену тежину 5 фунти или 20 килограма. Конструкција мора бити дугачка најмање 14 инча.

Ограничења

Може да користи највише 200 штапића.

1. Поделите класу на тимове од 2-4.
2. Поделите радни лист Дизајн сопственог моста, као и неке листове папира за скицирање дизајна.
3. Разговарајте о темама у одељку Позадински концепти.
4. Прегледајте поступак инжењерског дизајна, изазов за дизајн, критеријуме, ограничења и материјале. Ако време дозволи, прегледајте „Примене из стварног света“ пре него што спроведете изазов за дизајн.
5. Пре него што упутите студенте да почну мозгати и скицирају своје нацрте, замолите их да узму у обзир следеће:
   ● Различите врсте мостова
   ● Који облици су јачи од других?
   ● Количина тежине коју ваш дизајн мора да садржи 14 ”критеријума распона
   ● Естетика - будите креативни
   ● Ефикасност - потрудите се да не користите све штапиће од сладоледа
6. Обезбедите сваки тим својим материјалима.
7. Објасните да студенти морају да развију мост од попсицле од 200 штапића и лепка од попсицле. Мост мора бити у стању да прими унапред одређену тежину 5 фунти или 20 килограма. Конструкција мора бити дугачка најмање 14 инча.
8. Најавите колико им је времена потребно за дизајн и израду (препоручује се 1 сат).
9. 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.
10. Студенти се састају и развијају план за свој мост. Договарају се о материјалима који ће им требати, напишу / нацртају свој план и презентују свој план предавању.
11. Тимови граде своје дизајне.
12. Тестирајте дизајн моста тако што ћете суспендовати или залепити траку мостом 1 стопа изнад пода на врху столица / столова. Ставите унапред одређену тежину на мост на један пуни минут.
13. Тимови би требало да документују количину тежине коју би њихов мост могао да прими и број употријебљених штапића од естраде.
14. Као час, разговарајте о питањима за размишљање ученика.
15. За више садржаја о тој теми погледајте одељке „Апликације из стварног света“ и „Копање дубље“.

Варијација за старије ученике

• Дизајнирајте и направите мост од штапића и лепка од попсуле који могу да издрже тежину:
  • Двоје ученика
  • Три ученика
• Не заборавите имати на уму сигурност ако испробате ову варијацију

Рефлексија ученика (инжењерска свеска)

1. Да ли сте успели да направите мост који је држао потребну тежину пуних минута? Ако не, зашто није успео?
2. Да ли сте одлучили да ревидирате свој оригинални дизајн док сте били у фази изградње? Зашто?
3. Колико штапића од естраде сте на крају користили? Да ли се овај број разликовао од вашег плана? Ако јесте, шта се променило?
4. Који је био просечни естетски резултат за ваш мост? Како се ово упоредило са остатком разреда? Који елементи дизајна осталих мостова су вам се највише свидели?
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 или методе сте видели да су други тимови покушали за које сте мислили да добро функционишу?
8. Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните…
9. Шта мислите какву врсту компромиса инжењери праве између функционалности, сигурности и естетике када граде прави мост?

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.

• Абутмент: Део конструкције која прима притисак
• Естетска: Захвалност лепом изгледу
• Свод: Закривљени облик. Лучни мост је обликован као лук и природно је јак
• Сноп: Дуг комад тешког често квадратног дрвета или челика за употребу у грађевинарству. Мостови од греда су водоравне греде које на сваком крају носе стубови.
• кабл: Снажно жичано уже или метални ланац. Кабловски мост се држи кабловима.
• Конзола: Хоризонталне греде које су ослоњене на само један крај. Конзолни мостови се граде помоћу конзола.
• Ограничења: Ограничења у погледу материјала, времена, величине тима итд.
• kriterijumi: Услови које дизајн мора да задовољи попут његове укупне величине итд.
• Критично оптерећење: Тежина при којој зграда или конструкција пропада
• Инжењери: Изумитељи и светски решавачи проблема. Двадесет пет главних специјалности препознато је у инжењерству (види инфографику).
• Процес инжењерског дизајна: Процесни инжењери користе за решавање проблема.
• Инжењерске навике ума (ЕХМ): Шест јединствених начина на који инжењери размишљају.
• Итерација: Тестирање и редизајн су једна понављања. Поновите (вишеструке итерације).
• Оптерећење: Тег или извор притиска који се врши на предмет
• Прототип: Радни модел решења које треба тестирати.
• Распон: Ширење или опсег између потпора
• Суспензија: Висио у ваздуху. Висећи мостови су окачени на каблове и обично су дуги.
• Стрес: Притисак или напетост на материјални предмет

Интернет Цоннецтионс

• Историја Харбоур Бридгеа у Сиднеју
• Грађење великих мостова

Рецоммендед Реадинг

• Мостови света: њихов дизајн и конструкција (ИСБН: 0486429954)
• Мостови: Невероватне структуре за пројектовање, изградњу и тестирање (ИСБН: 1885593309)

Писање активности

Напишите есеј или одломак о томе како су нови инжењерски материјали утицали на дизајн мостова током прошлог века.

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 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 
• Разумевање науке и технологије 

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 А: Наука као упит

Као резултат активности, сви ученици би требало да се развијају

• Способности неопходне за научно испитивање 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке

Као резултат својих активности, сви ученици треба да развију разумевање

• Покрети и силе 

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

• Историја науке 

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 

САДРЖАЈ СТАНДАРД Б: Физичке науке 

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

• Покрети и силе 

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

• 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 

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

Кретање и стабилност: Силе и интеракције

Студенти који покажу разумевање могу:

• 3-ПС2-1. Планирајте и спроведите истрагу како бисте пружили доказе о ефектима уравнотежених и неуравнотежених сила на кретање предмета. 

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)

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.

Стандарди за технолошку писменост - сва доба

Природа технологије

• Стандард 1: Студенти ће развити разумевање карактеристика и домета технологије.

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 6: Студенти ће развити разумевање улоге друштва у развоју и употреби технологије.
• 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.
• 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 11: Студенти ће развити способности за примену процеса дизајнирања.

Дизајнирани свет

• Стандард 20: Студенти ће развити разумевање и моћи ће да бирају и користе грађевинске технологије.

Део сте тима инжењера који су добили изазов да осмисле мост од до 200 штапића и лепка. Мостови морају бити у стању да држе одређену тежину (ваш наставник ће одлучити који ће тежински циљ бити за ваш тим). Мост мора бити дугачак најмање 14 центиметара. Али, мора бити дужи од 14 инча, јер ће се, када буде изграђен, поставити између две столице, тако да буде најмање једно стопало изнад пода за испитивање носивости. Поред задовољавања структурних и тежинских захтева, мост ће се оцењивати и по својој естетици, зато будите креативни! И охрабрени сте да користите најмањи број естрих да бисте постигли свој циљ.

Фаза планирања

Састаните се као тим и разговарајте о проблему који треба да решите. Затим развијте и договорите дизајн вашег моста. Мораћете да одредите колико штапића од естраде ћете користити (до 200) - и кораке које ћете предузети у процесу производње. Размислите о томе који обрасци могу бити најјачи ... али вас такође оцењују по естетици вашег моста! Нацртајте свој дизајн у доњем пољу и обавезно назначите број штапића које предвиђате да користите. Представите свој дизајн разреду. Можете изабрати да ревидирате план својих тимова након што добијете повратну информацију од предавања.

Фаза изградње

Изгради свој мост. Током градње можете одлучити да вам требају додатни штапићи (до 200) или да ваш дизајн треба променити. Ово је у реду - само направите нову скицу и ревидирајте листу материјала.

Естетски глас

Сваки студент ће гласати за изглед сваког моста. Скала је 1 - 5 - (1: нимало привлачна; 2: не привлачна; 3: неутрална / просечна; 4: донекле привлачна; 5: врло привлачна). Овај број је просечан да би се добио резултат за сваки мост. Ова оцена се не заснива на томе колико добро мост може држати тежину, већ на томе како изгледа.

Фаза тестирања

Сваки тим ће тестирати свој мост да би утврдио да ли може да издржи потребну тежину бар један пуни минут. Обавезно гледајте тестове осталих тимова и посматрајте како функционишу њихови различити дизајни.

Фаза евалуације

Оцените резултате својих тимова, попуните радни лист за евалуацију и представите своја сазнања предавању.

Користите овај радни лист за процену резултата вашег тима:

1) Да ли сте успели да направите мост који је држао потребну тежину пуних минута? Ако не, зашто није успео?

2) Да ли сте током фазе изградње одлучили да ревидирате свој оригинални дизајн? Зашто?

3) Колико штапића од естраде сте на крају користили? Да ли се овај број разликовао од вашег плана? Ако јесте, шта се променило?

4) Који је био просечни естетски резултат вашег моста? Како се ово упоредило са остатком разреда? Који елементи дизајна осталих мостова су вам се највише свидели?

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 или методе сте видели да су други тимови покушали за које сте мислили да добро раде?

8) Да ли мислите да бисте лакше могли да завршите овај пројекат да радите сами? Објасните ...

9) Какве компромисе мислите да инжењери праве између функционалности, сигурности и естетике када граде прави мост?

• Свахили