Interaktiv Gumballmaskin

Byggmaterial (för varje lag)

Material som krävs för både aktivitet 2 och 3 (tabell över möjligheter)

• Kartonger  
• 2 liter plastflaskor  
• Pappersmuggar  
• isglasspinnar  
• Pluggar 
• grillspett  
• Ätbar lera  
• Rengöringsmedel  
• Sax  
• Gummiband 
• Sträng  
• Pappersklipp  
• Pärmklämmor  
• Kartong och/eller filmappar  
• Kartongbitar (skär upp några lådor i olika storlekar)  
• Maskeringstejp  
• 6 'slang (rörisolator halverad på längden) - 1 per lag  
• Xacto Knife (för lärare)   

Testmaterial

• Gumballs (eller kulor för att representera gumballs om din skola inte tillåter tuggummi)
• Pappersmuggar
• Papperskorg (för yngre studenter)

1. Dela upp klassen i lag om 3-4.
2. Dela ut det interaktiva Gumball Machine -arbetsbladet, liksom några pappersark för att skissa mönster.
3. Diskutera ämnena i avsnittet Bakgrundskoncept.
   • Aktivitet 1: Läs historien bakom gummibollsmaskiner och diskutera som en ledning till den huvudsakliga designutmaningen. Fråga eleverna vilken typ av automater de har sett förut och vilken typ av automater de skulle vilja ha i skolan eller i deras stad/stad.
   • Aktivitet 2: Gumball slide - Förklara för eleverna att de kommer att utforska tyngdkraft och energi när de gör sin gumball slide.
   • Aktivitet 3: Gumballmaskin - Ta dig tid att diskutera vad interaktiv eller interaktion betyder. Be eleverna definiera det och ge sedan några exempel.
     • Interaktion- är en slags handling som uppstår när två eller flera objekt påverkar varandra.
     • Interaktiv- agera med varandra.
       • Exempel: Videospel- interaktion mellan användare och spel. Det är interaktivt eftersom det kräver att användaren deltar för att spelet ska gå vidare.
     • För att få eleverna att tänka på hur deras gummibollmaskin kommer att vara interaktiv kan du visa bilderna nedan: (Ta med bilder)
4. Granska konstruktionsprocessen, designutmaningen, kriterier, begränsningar och material för varje aktivitet.
5. Ge varje lag sina material.
6. Förklara att eleverna måste slutföra tre aktiviteter.
   • Aktivitet 1: Lär dig gummibollsmaskinens historia.
   • Aktivitet 2: Designa och bygg en gummiboll.
   • Aktivitet 3: Designa och bygg en interaktiv gummibollsmaskin.
7. Meddela hur lång tid de har att designa och bygga:
   • Aktivitet 1: Gumballmaskinens historia (1/2 timme).
   • Aktivitet 2: Gumball Slide (1 timme).
   • Aktivitet 3: Interactive Gumball Machine (1-2 timmar).
8. Använd en timer eller ett online stoppur (nedräkningsfunktion) för att se till att du håller i tid. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Ge eleverna regelbundna "tidskontroller" så att de fortsätter med uppgiften. Om de kämpar, ställ frågor som leder dem till en lösning snabbare.
9. Eleverna träffas och utvecklar en plan för aktivitet 2: deras gummibollglas.
10. Lag bygger sin gumball -bild.
11. Varje lag testar sin bilddesign genom att placera marmorn högst upp på bilden och låta den rulla in i en kopp. Eleverna kan bestämma var de vill placera koppen. Eleverna ska dokumentera om marmorn stannade kvar på banan och om den landade i koppen.
12. Ha en klassdiskussion med hjälp av följande frågor:
    • Vad är det som får tuggummibollen att röra sig längs rutan? (Allvar)
    • Vilken typ av energi har tuggummibollen innan du släpper den? (Potentiell energi)
    • Vilken typ av energi har tuggummibollen efter att du släppt den? (Rörelseenergi)
    • Var hittar du den största mängden potentiell energi? Varför? (Överst på bilden, eftersom det är den högsta punkten på bilden, PE = mgh)
    • Var hittar du den största mängden rörelseenergi? Varför? (Botten av bilden, eftersom tuggummibollen kommer att gå snabbast där, KE = 1/2mv2)
    • Gummibollen fungerar? Varför? (Ja, den har kraft som verkar på den och rör sig en sträcka nerför bilden, W = fd)
    • Hur fick du din tuggummi att gå snabbare nerför rutschkanan? (Öka bildens lutning eller längden eller båda.)
    • Var ska du placera din kopp för att gummibollen ska landa i den? (Detta kommer att vara olika för varje lag.)
    • Varför vill tuggummi fortsätta? (Momentum)
    • Hur kan du sakta ner tandköttet? (Introducera friktion)
13. Eleverna träffas och utvecklar en plan för aktivitet 3: deras interaktiva gummibollsmaskin.
14. Lag bygger sin interaktiva gummibollsmaskin.
15. Varje lag testar sin gummibollsdesign genom att placera gummibollen vid en startpunkt i sin maskin och låta den följa spåret tills den hamnar i en kopp. Eleverna ska visa hur det interaktiva elementet och slingorna fungerar. Eleverna ska dokumentera hur lång tid det tar tuggummibollen att gå från startpunkten till cupen. För yngre studenter, använd en papperskorg istället för koppar för att fånga tuggummibollarna.
16. Som klass, diskutera studentens reflektionsfrågor.
17. För mer innehåll om ämnet, se avsnittet "Gräva djupare".

Studentreflektion (teknisk anteckningsbok)

1. Vad gick bra?
2. Vad gick inte bra?
3. Vilket är ditt favoritelement i din interaktiva gummibollsmaskin?
4. Om du hade tid att göra om igen, vilka förändringar skulle du göra?

Lektionen kan göras på så lite som 1 klassperiod för äldre elever. För att hjälpa eleverna från att känna sig förhastade och för att säkerställa elevernas framgångar (särskilt för yngre studenter), dela upp lektionen i två perioder och ge eleverna mer tid att brainstorma, testa idéer och slutföra sin design. Utför testningen och debriefen under nästa klassperiod.

• Acceleration: Den hastighet med vilken ett föremål ändrar sin hastighet. Ett föremål accelererar om det ändrar hastighet eller riktning. Ett föremål accelererar om det ändrar sin hastighet (både snabbare och sakta ner). 
• Begränsningar: Begränsningar med material, tid, lagstorlek, etc.
• Kriterier: Villkor som designen måste uppfylla som dess totala storlek etc.
• Energi: Förmågan att utföra arbete. Du arbetar när du använder en kraft (tryck eller drag) för att orsaka rörelse.  
• Ingenjörer: Världens uppfinnare och problemlösare. Tjugofem stora specialiteter är erkända inom teknik (se infografik).
• Engineering Design Process: Processingenjörer använder för att lösa problem. 
• Engineering Habits of Mind (EHM): Sex unika sätt som ingenjörer tänker.
• Kraft: Ett tryck eller ett drag på ett föremål som är ett resultat av ett föremåls interaktion med ett annat föremål.  
• Friktion: En kraft som motverkar rörelse av ett föremål.
• Gravitation: Den attraktionskraft med vilken föremål tenderar att falla mot jordens mitt.  
• Interaktion: En sorts handling som sker när två eller flera objekt påverkar varandra.  
• Interaktiv: Agerar med varandra. 
• Kinetisk energi: rörelseenergi. Alla rörliga föremål har kinetisk energi. Mängden kinetisk energi beror på ett föremåls massa och hastighet. Formeln för kinetisk energi är KE=1/2mv2. [m = objektets massa, v = objektets hastighet]
• Iteration: Test & redesign är en iteration. Upprepa (flera iterationer).
• Massa: Mängden materia i en kropp.  
• Rörelse: En förändring av en kropps position i förhållande till tiden mätt av en viss observatör i en referensram. 
• Potentiell energi: positionens energi. Mängden potentiell energi beror på massan och höjden på ett föremål. Formeln för potentiell energi är PE=mgh. [m = objektets massa, g = tyngdaccelerationen (9.8 m/s2 ), h = objektets höjd]  
• Prototyp: En fungerande modell av lösningen som ska testas.
• Hastighet: Hur snabbt ett föremål rör sig.  
• Hastighet: Den hastighet med vilken ett objekt ändrar sin position. Momentum: Massa i rörelse. Mängden momentum beror på hur mycket saker som rör sig och hur snabbt sakerna rör sig. 
• Vikt: Kraften från jordens gravitationella attraktion på kroppen.  
• Arbete: Tvinga att verka på ett föremål för att flytta det över en sträcka. Formeln för arbete är W = fd. [f= kraft som appliceras på objektet, d = objektets förskjutning].

Rekommenderad läsning

• Varuautomater: En amerikansk socialhistoria (ISBN: 978-0786413690) Varuautomater (ISBN: 978-0981960012)

Skrivverksamhet 

• Låt eleverna skriva noveller om en ”dag i livet” i sin gummibollsmaskin. Vem möter tuggummimaskinen och vad händer? Hur förändrar gummibollsmaskinen livet för barnen som får en tuggummiboll av den?  
• Studenter kan också skapa en annons för att locka fler kunder till leksaksaffären. De bör innehålla den interaktiva gumballmaskinen i annonsen. Varför ska barnen komma till denna leksaksaffär? Varför är den interaktiva gumballmaskinen ett måste att besöka?

Anpassning till läroplaner

Notera: Lektionsplaner i denna serie är anpassade till en eller flera av följande uppsättningar standarder:  

• Standarder för amerikansk vetenskapsutbildning (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• USA: s nästa generations vetenskapstandarder (http://www.nextgenscience.org/) 
• International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• USA: s nationella råd för lärare i matematikens principer och standarder för skolmatematik (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• US Common Core State Standards for Mathematics (http://www.corestandards.org/Math)
• Datavetenskapslärarförening K-12 Datavetenskapstandarder (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

National Science Education Standards Betyg K-4 (4-9 år)

INNEHÅLL STANDARD A: Vetenskap som förfrågan

Som ett resultat av aktiviteter bör alla elever utvecklas

• Förmågor som är nödvändiga för att göra vetenskapliga undersökningar 
• Förståelse om vetenskaplig utredning 

INNEHÅLL STANDARD B: Fysikalisk vetenskap

Som ett resultat av aktiviteterna bör alla elever utveckla en förståelse för

• Ljus, värme, elektricitet och magnetism 

INNEHÅLLSSTANDARD E: Vetenskap och teknik 

Som ett resultat av aktiviteter bör alla elever utvecklas

• Förståelse för vetenskap och teknik 

National Science Education Standards Klass 5-8 (åldrarna 10-14)

INNEHÅLL STANDARD A: Vetenskap som förfrågan

Som ett resultat av aktiviteter bör alla elever utvecklas

• Förmågor som är nödvändiga för att göra vetenskapliga undersökningar 
• Förståelser om vetenskaplig utredning 

INNEHÅLL STANDARD B: Fysikalisk vetenskap

Som ett resultat av sina aktiviteter bör alla elever utveckla förståelse för

• Egenskaper och ändringar av egenskaper i materia 
• Överföring av energi 

INNEHÅLLSSTANDARD E: Vetenskap och teknik

Som ett resultat av aktiviteter bör alla elever utvecklas

• Förståelser om vetenskap och teknik 

Nästa generations vetenskapsstandarder betyg 3-5 (åldrarna 8-11)

Materia och dess interaktioner 

Studenter som visar förståelse kan:

• 2-PS1-2. Analysera data från testning av olika material för att avgöra vilka material som har de egenskaper som är bäst lämpade för ett avsett ändamål.
• 5-PS1-3. Gör observationer och mätningar för att identifiera material baserat på deras egenskaper

Standarder för teknisk läskunnighet - alla åldrar

Designa

• Standard 10: Eleverna kommer att utveckla en förståelse för rollen som felsökning, forskning och utveckling, uppfinningar och innovation och experiment i problemlösning.

• arabiska
• Kinesiska
• franska
• tyska
• japanska
• portugisiska
• ryska
• spanska