Denge Sorunu
Bu ders, imalat mühendisleri tarafından tartıların kullanımına ve ölçümüne odaklanmaktadır. Öğrenci ekipleri, kavanozları bilye veya ataç gibi belirli bir ağırlık veya ürün sayısıyla doldurmak için bir sistem geliştirme zorluğuyla karşı karşıyadır.
- İmalat mühendisliği hakkında bilgi edinin.
- Üretim sistemleri hakkında bilgi edinin.
- Ağırlık paketleme ve tutarlılık hakkında bilgi edinin.
- Takım çalışması ve gruplar halinde çalışma hakkında bilgi edinin.
Yaş seviyeleri: 11-18
Materyal Oluşturma (Her ekip için)
Gerekli malzemeler
- Tahta dübeller
- Plastik kaseler veya kağıt bardaklar
- Tel
- bant
- dizi
- Dört konserve kavanozu veya küçük boş kutular
Test Malzemeleri
- ölçek
- Boyut ve şekil bakımından tutarlı bilyeler, ataçlar veya diğer öğelerden oluşan kutular
Malzemeler
- ölçek
- Boyut ve şekil bakımından tutarlı bilyeler, ataçlar veya diğer öğelerden oluşan kutular
İşlem
Seçtiğiniz öğeye (mermer, ataç) ve kağıt bardakların veya kullanılan diğer malzemelerin gücüne bağlı olarak her takım için hedef ağırlık / sayının ne olduğuna karar vermeniz gerekir.
Ekipler, sistemlerini çalıştırarak ve dört ürünü "paketleyerek" tasarımlarını test eder. Paketleme sürecini izleyin ve hedef ağırlığa veya sayıya yakın olduklarından emin olmak için tüm kavanozları tartın. Bazı farklılıklar olacaktır, ancak ağırlık her biri için aynı olduğu varsayılarak, fark bir veya iki bilyeden fazla olmamalıdır.
Tasarım Yarışması
Siz, dört kutu veya kavanozdan oluşan bir dizi mermerler veya diğer öğeleri tutarlı bir ağırlık veya sayıda sunmak için bir üretim sistemi tasarlama ve ardından bir üretim sistemi oluşturma zorluğu verilen bir üretim mühendisleri ekibisiniz.
Kriterler
- Dört kutu kavanozdan oluşan bir seriye tutarlı bir ağırlık veya misket sayısı teslim etmelidir
Kısıtlamalar
- Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın.
- Sınıfı 2-3 kişilik takımlara ayırın.
- Bir Denge Sorusu çalışma sayfasının yanı sıra tasarımların eskizlerini çizmek için bazı kağıtları dağıtın.
- Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın.
- Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin.
- Her takıma malzemelerini sağlayın.
- Öğrencilerin, eşit ağırlıkta veya sayıdaki bir ürünün (mermerler, ataçlar, vb.) Dört paketini (kutu veya kavanoz) "üretmek" için bir sistem tasarlamaları ve inşa etmeleri gerektiğini açıklayın. Buradaki fikir, sistemlerinin tutarlı son paketler üretmesidir. Öğrenciler, şekeri son pakete ulaştırmak için rampalar veya konveyör bantları, devirme mekanizmaları veya başka yöntemler geliştirmek isteyebilirler.
Seçtiğiniz öğeye (mermer, ataç) ve kağıt bardakların veya kullanılan diğer malzemelerin gücüne bağlı olarak her takım için hedef ağırlık / sayının ne olduğuna karar vermeniz gerekir.
Üretim sistemlerini kullanarak dört kavanoz / kutu arasında sonuçlanmasını bekledikleri sayı varyansını tahmin etmelidirler. Bu dört paket arasında ağırlık veya sayı açısından izin verilen veya beklenen fark nedir?
- Tasarlamaları ve inşa etmeleri gereken süreyi duyurun (1 saat önerilir).
- Zamanında kalmanızı sağlamak için bir zamanlayıcı veya çevrimiçi bir kronometre (geri sayım özelliği) kullanın. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Öğrencilere, görevde kalmaları için düzenli "zaman kontrolleri" verin. Mücadele ediyorlarsa, onları daha hızlı çözüme götürecek sorular sorun.
- Öğrenciler buluşur ve üretim sistemleri için bir plan geliştirirler.İhtiyaç duyacakları malzemeler üzerinde anlaşırlar, planlarını yazarlar / çizerler ve planlarını sınıfa sunarlar. Takımlar, ideal parça listelerini geliştirmek için diğer takımlarla sınırsız malzeme ticareti yapabilir.
- Takımlar tasarımlarını oluşturur.
- Seçtiğiniz öğeye (mermer, ataç) ve kağıt bardakların veya kullanılan diğer malzemelerin gücüne bağlı olarak her takım için hedef ağırlık / sayının ne olduğuna karar vermeniz gerekir. Ekipler, sistemlerini çalıştırarak ve dört ürünü "paketleyerek" tasarımlarını test eder. Paketleme sürecini izleyin ve hedef ağırlığa veya sayıya yakın olduklarından emin olmak için tüm kavanozları tartın. Bazı farklılıklar olacaktır, ancak ağırlık her biri için aynı olduğu varsayılarak, fark bir veya iki bilyeden fazla olmamalıdır.
- Sınıf olarak, öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
- Konuyla ilgili daha fazla içerik için "Daha Derin Kazma" bölümüne bakın.
Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)
- Bir üretim sistemi oluşturmayı başardınız mı? Değilse, neden başarısız oldu?
- Sistemi gerçekten oluştururken yazılı tasarımınızda değişiklik yapmak zorunda mıydınız? Öyleyse, inşaat aşamasında en çok değişikliği sistemin hangi bölümü gerektirdi?
- Çalışan mühendislerin üretim sürecinde orijinal planlarını uyarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Neden yapabilirler?
- Dört "paket" arasındaki gerçek ağırlık veya sayı nasıl değişiklik gösterdi? Bu sonuç, üretim öncesi tahmininizle nasıl karşılaştırıldı?
- Bu sürecin en çok hangi bölümünden zevk aldınız? Neden?
- Başka bir ekibin çalışmasında uygulandığını gördüğünüz fikri en yaratıcı buldunuz? Neden?
- Sınıfınızda proje hedefini karşılayan birçok tasarım olduğunu buldunuz mu? Bu size mühendislik planları hakkında ne söylüyor?
- Ekip olarak çalışmanın bu projeyi daha başarılı hale getirdiğini buldunuz mu? Değilse, neden olmasın? Varsa açıklayın.
- Gerçek bir üretim ortamında, “paket” in tasarımının - kutu, kavanoz veya çanta - ürünün geliştirilmesinden önce, sonra veya aynı zamanda geliştirildiğini düşünüyor musunuz? Size en mantıklı gelen nedir? Neden?
Zaman Değişikliği
Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.
Uygulamaları Ölçeklendir
Terazilerin Birçok Kullanımı Var
Tartılar birçok uygulamada kullanılır - kişisel ağırlığı belirlemenin ötesinde. Ürünlerin veya bileşenlerin ağırlığı, ürün veya hizmetlerin maliyetlerini etkilediğinden, birçok sistemin ayrılmaz bir parçasıdır. Örneğin, tüm dünyadaki posta sistemleri teslimat maliyetini taşınan mektubun veya paketin ağırlığına dayandırır. Marketler ve meyve pazarları, meyveler, sebzeler, kabuklu yemişler, tahıllar ve baharatlar için ne ücret alınacağını belirlemek için tartılar kullanır. Bu örneklerde, ağırlık herhangi bir zorluk yaratmadan şu ya da bu şekilde biraz düşük olabilir. Fazladan bir veya iki somun alabilir veya sonuç olmadan bir tutam daha az baharat elde edebilirsiniz.
Üretim Mühendisliği
Üretim mühendisleri, özellikle ilaç endüstrisindekiler için, ambalajlamadan önce ağırlıkların veya ürünlerin veya bileşenlerin doğru bir şekilde ölçülmesi kritik öneme sahiptir. İlaç üreticileri dozun kesin olduğundan emin olmalıdır - yakın olmak yeterince iyi değildir! Güvenlik, üretimin en önemli unsurudur!
Üretim mühendisleri, bitmiş ürünün planlamasından paketlenmesine kadar üretim süreciyle ilgilenir. Montaj, paketleme ve nakliye tesislerinde ince ayar yapmak için robotlar, programlanabilir ve sayısal kontrolörler ve görsel denetim sistemleri gibi araçlarla çalışırlar. Akışı ve üretim sürecini incelerler, üretimi düzene sokmanın, geri dönüşü iyileştirmenin ve maliyetleri düşürmenin yollarını ararlar. Odaklandıkları önlemlerden biri ağırlıktır. Bazen, bir kutudaki kurabiye sayısı gibi bir pakete giren ürünlerin sayısını saymak için kameralar kullanırlar, ancak söz verilen şeker, mısır gevreği ve hatta çivi miktarının pakete teslim edildiğinden emin olmak için çok sık ölçekler kullanırlar. bir kutu. Çalışan üretim sistemlerini gösteren birçok web sitesi vardır - farklı sistemlerin nasıl çalıştığını görmek için bunlardan bazılarını ziyaret edin! Örneğin Jelly Belly jelibonlar, üretim işlemleri sırasında bir huniye dökülür. Hazne, onları, tam olarak jöle çekirdeklerini tartan ve çantalar, kutular ve kavanozlar dahil olmak üzere farklı ambalaj türlerine dağıtan bir ölçek sistemine besler.
Önerilen Kaynaklar
- İmalat Mühendisliği ve Teknolojisi (ISBN: 0131489658)
- Ölçekler ve Teraziler (ISBN: 0747802270)
Yazma aktivitesi
Otomasyon süreçlerinin toplum üzerindeki etkileri hakkında bir makale veya paragraf yazın.
Müfredat Çerçevelerine Uyum
Not: Bu serideki ders planları, aşağıdaki standartlardan bir veya daha fazlasıyla uyumludur:
- S. Fen Bilimleri Eğitimi Standartları (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Yeni Nesil Bilim Standartları (http://www.nextgenscience.org/)
- Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği'nin Teknolojik Okuryazarlık Standartları (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Ulusal Matematik Öğretmenleri Konseyi'nin Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S.Matematik için Ortak Çekirdek Eyalet Standartları (http://www.corestandards.org/Math)
- Bilgisayar Bilimleri Öğretmenleri Derneği K-12 Bilgisayar Bilimleri Standartları (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 5-8. Sınıflar (10-14 yaş)
İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim
Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir
- Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler
- Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler
Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler bir anlayış geliştirmelidir.
- Hareketler ve kuvvetler
İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.
- Teknolojik tasarım yetenekleri
- Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Toplumda bilim ve teknoloji
Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 yaş)
İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim
Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir
- Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler
- Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler
Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Hareketler ve kuvvetler
İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir
- Teknolojik tasarım yetenekleri
- Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji
Yeni Nesil Bilim Standartları 3-5. Sınıflar (8-11 Yaş)
Mühendislik tasarımı
Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:
- 3-5-ETS1-1. Başarı için belirlenmiş kriterler ve malzemeler, zaman veya maliyet üzerindeki kısıtlamaları içeren bir ihtiyacı veya isteği yansıtan basit bir tasarım problemi tanımlayın.
- 3-5-ETS1-2. Sorunun kriterlerini ve kısıtlamalarını her birinin ne kadar iyi karşılayacağına bağlı olarak bir soruna birden çok olası çözüm üretin ve karşılaştırın.
- 3-5-ETS1-3. Bir modelin veya prototipin iyileştirilebilecek yönlerini belirlemek için değişkenlerin kontrol edildiği ve başarısızlık noktalarının dikkate alındığı adil testler planlayın ve uygulayın.
Yeni Nesil Bilim Standartları 6-8. Sınıflar (11-14 Yaş)
Mühendislik tasarımı
Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:
- MS-ETS1-2, problemin kriterlerini ve kısıtlamalarını ne kadar iyi karşıladıklarını belirlemek için sistematik bir süreç kullanarak rakip tasarım çözümlerini değerlendirin.
Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları (6 - 18 yaş)
Numara ve İşlemler Standardı
- Sayıları, sayıları temsil etme yollarını, sayılar arasındaki ilişkileri ve sayı sistemlerini anlayın
- Akıcı bir şekilde hesaplayın ve makul tahminlerde bulunun
Ölçüm Standardı
- Nesnelerin ölçülebilir niteliklerini ve ölçüm birimlerini, sistemlerini ve süreçlerini anlayın
- Ölçümleri belirlemek için uygun teknikleri, araçları ve formülleri uygulayın
Temsil
- Matematiksel fikirleri düzenlemek, kaydetmek ve iletmek için temsiller oluşturun ve kullanın
- Fiziksel, sosyal ve matematiksel olayları modellemek ve yorumlamak için temsilleri kullanın
Okul Matematiği için Ortak Çekirdek Eyalet Standartları: İçerik (7-10 yaş)
Ölçüm ve Veriler
- Ölçme ve tahmin içeren problemleri çözün.
- Matematik.İçerik.3.MD.A.2Standart gram (g), kilogram (kg) ve litre (l) birimlerini kullanarak sıvı hacimlerini ve nesnelerin kütlelerini ölçün ve tahmin edin. problemi temsil etmek için çizimler (örneğin, ölçüm ölçeğine sahip bir bardak gibi) kullanılarak aynı birimlerde verilmiştir.1
Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar
Teknolojinin Doğası
- Standart 1: Öğrenciler teknolojinin özellikleri ve kapsamı hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
- Standart 2: Öğrenciler teknolojinin temel kavramları hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
- Standart 3: Öğrenciler, teknolojiler arasındaki ilişkiler ve teknoloji ile diğer çalışma alanları arasındaki bağlantılar hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
Dizayn
- Standart 9: Öğrenciler bir mühendislik tasarımı anlayışı geliştireceklerdir.
- Standart 10: Öğrenciler sorun giderme, araştırma ve geliştirme, icat ve yenilik ve problem çözmede deney yapmanın rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
Teknolojik Bir Dünya İçin Yetenekler
- Standart 12: Öğrenciler teknolojik ürün ve sistemleri kullanma ve sürdürme becerilerini geliştireceklerdir.
- Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir.
Tasarlanmış Dünya
Standart 19: Öğrenciler, üretim teknolojileri hakkında bir anlayış geliştirecek ve bunları seçebilecek ve kullanabilecektir.
Siz, dört kutu veya kavanozdan oluşan bir dizi mermerler veya diğer öğeleri tutarlı bir ağırlık veya sayıda sunmak için bir üretim sistemi tasarlama ve ardından bir üretim sistemi oluşturma zorluğu verilen bir üretim mühendisleri ekibisiniz.
Araştırma / Hazırlık Aşaması
- Öğrenci Referans Sayfasını inceleyin. Mümkünse bazı sanal üretim web sitelerini ziyaret edin.
Ekip Olarak Planlama
- Ekibinize öğretmeniniz tarafından tahta dübeller, plastik kaseler veya kağıt bardaklar, tel, bant, ip, dört konserve kavanozu veya küçük boş kutular gibi bazı malzemeler sağlandı. Ayrıca, misketler, ataçlar veya öğretmeninizin seçtiği başka öğeler olabilecek büyük miktarda bir "ürününüz" var. İşiniz, belirli bir ürün miktarını tartıp dört kavanoz veya kutuya teslim edecek bir üretim sistemi tasarlamaktır. Ağırlığın veya sayının hedefte olduğundan ve bu dört paket arasında tutarlı olduğundan emin olmalısınız.
- Ekibinizle görüşerek ve bir sistem tasarımı üzerinde anlaşarak başlayın. Yaratıcı olun ve sürecin tadını çıkarın!
- Üretim sisteminizi kullanarak dört kavanoz / kutu arasında sonuçlanmasını beklediğiniz sayı varyansını tahmin edin. Bu dört paket arasında ağırlık veya sayı açısından izin verilen veya beklenen fark nedir?
- Planınızı aşağıdaki kutuya (veya ayrı bir kağıda) yazın veya çizin.
|
Yapı aşaması
- Üretim sisteminizi oluşturun.
- Diğer sınıf ekipleri tarafından oluşturulan sistemlere bir göz atın.
- Sisteminizi çalıştırın ve dört ürünü "paketleyin". Sisteminizin ne kadar iyi çalıştığını görebilmeniz için öğretmeniniz ekibiniz için her paketi tartacaktır.
- Ekiplerinizin sonuçlarını değerlendirin, değerlendirme çalışma sayfasını doldurun ve bulgularınızı sınıfa sunun.
Büyük Bir Çember Oluşturun dersinde ekibinizin sonuçlarını değerlendirmek için bu çalışma sayfasını kullanın:
- Bir üretim sistemi oluşturmayı başardınız mı? Değilse, neden başarısız oldu?
- Sistemi gerçekten oluştururken yazılı tasarımınızda değişiklik yapmak zorunda mıydınız? Öyleyse, inşaat aşamasında en çok değişikliği sistemin hangi bölümü gerektirdi?
- Çalışan mühendislerin üretim sürecinde orijinal planlarını uyarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Neden yapabilirler?
- Dört "paket" arasındaki gerçek ağırlık veya sayı nasıl değişiklik gösterdi? Bu sonuç üretim öncesi tahmininizle nasıl karşılaştırıldı?
- Bu sürecin en çok hangi bölümünden zevk aldınız? Neden?
- Başka bir ekibin çalışmasında uygulandığını gördüğünüz fikri en yaratıcı buldunuz? Neden?
- Sınıfınızda proje hedefini karşılayan birçok tasarım olduğunu buldunuz mu? Bu size mühendislik planları hakkında ne söylüyor?
- Ekip olarak çalışmanın bu projeyi daha başarılı hale getirdiğini buldunuz mu? Değilse, neden olmasın? Varsa açıklayın.
- Gerçek bir üretim ortamında, “paket” in tasarımının - kutu, kavanoz veya çanta - ürünün geliştirilmesinden önce, sonra veya aynı zamanda geliştirildiğini düşünüyor musunuz? Size en mantıklı gelen nedir? Neden?
Ders Planı Tercümesi