Filtrasyon Araştırması

Materyal Oluşturma (Her ekip için)

Gerekli Malzemeler (Ticaret / Olasılıklar Tablosu)

• Plastik veya kağıt bardaklar
• Kamışlar
• Karton
• Pamuk topları
• Kağıt havlu
• Plastik ambalaj
• Alüminyum folyo
• Lastik bantlar
• Kürdan
• Kum
• Akvaryum veya diğer küçük kayalar
• Mısır unu
• Un
• İsteğe bağlı: Kömür (daha genç öğrenciler için önerilmez)

Test Malzemeleri

• Her takım için 1 plastik kap (2 bardak filtrelenmiş su toplamak için)
• “Çamurlu su” temini (bir litre su alıp iki yemek kaşığı kir ekleyerek yapılır).

Malzemeler

• Her takım için 1 plastik kap (2 bardak filtrelenmiş su toplamak için)
• "Kirli su" temini (bir litre su alıp iki yemek kaşığı kir ilave ederek yapılır).

İşlem

Her takıma iki bardak “çamurlu” su verin. Her ekip, tasarımı plastik kabın üzerinde tutarak ve suyu yavaşça filtreleme sistemine dökerek tasarımlarını test eder. Takımlar arasında değerlendirme ve karşılaştırma yapmak için filtrelenmiş suyu kapta toplayın.

Sınıf olarak, her filtrelenmiş su numunesine bir "berraklık derecesi" atayın. Her takımın çalışmasının sonuçlarını belirlemek için aşağıdaki puanlamayı kullanın. Daha düşük puana sahip ekip, daha iyi filtreleme sistemlerine sahip.

• 0 = Tamamen temiz (içme suyu görünebileceği için)
• 1 = Kirin yaklaşık dörtte biri kaldı
• 2 = Kirin yaklaşık yarısı kaldı
• 3 = Kir kalıntısının yaklaşık dörtte üçü
• 4 = Tamamen çamurlu (orijinal kaynak suyu göründüğü için)

Tasarım Yarışması

Size verilen bir su örneğinden mümkün olduğunca fazla kir veya çamuru ortadan kaldırmak için bir filtreleme sistemi geliştirme zorluğu verilen bir mühendis ekibinin parçasısınız. Sisteminiz çalışıyorsa, tamamen berrak görünen su elde edersiniz. Görevi nasıl gerçekleştireceğiniz ekibinize bağlıdır! Suyu en temiz hale getiren ekip (görsel incelemeye dayalı olarak) sınıftaki en iyi filtreyi geliştirmiş olacaktır.

Kriterler

• Mümkün olduğunca çok kir veya çamuru ortadan kaldırmalıdır.

Kısıtlamalar

• Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın.
• Takımlar sınırsız malzeme ticareti yapabilir.

1. Sınıfı 2-3 kişilik takımlara ayırın.
2. Filtreleme Araştırması çalışma sayfasını ve tasarımların eskizini çizmek için bazı kağıtları dağıtın.
3. Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın. Öğrenci ekiplerine, filtre katmanlarının – veya belki de birçok filtreleme aşamasının – en etkili filtreleme sistemiyle sonuçlanabileceğini önerin. Öğrencilere, bir filtre düzeyinin en iyi sonucu mu yoksa birden çok katmanın mı daha iyi çalışacağını sormayı düşünün. Bir kahve filtresinin nasıl çalıştığını düşünmelerini sağlayın. Kahve öğütücülerinin suya girmesini nasıl engeller?
4. Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin.
5. Her takıma malzemelerini sağlayın.
6. Öğrencilerin, sağlanan su kaynağından olabildiğince fazla kir veya tortu çıkarmak için bir filtreleme sistemi tasarlamak için bir ekip olarak çalışması gerektiğini açıklayın. Suyu en temiz hale getiren ekip (görsel incelemeye dayalı olarak) sınıftaki en iyi filtreyi geliştirmiş olacaktır. Ne kadar berrak olursa olsun, "filtrelenmiş" suyun içmek için uygun olmadığını vurguladığınızdan emin olun.
7. Tasarlamaları ve inşa etmeleri gereken süreyi duyurun (1 saat önerilir).
8. 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.
9. Öğrenciler, filtreleme sistemleri için buluşur ve bir plan geliştirir. İhtiyaç duyacakları malzemeler üzerinde anlaşırlar, planlarını yazarlar / çizerler ve planlarını sınıfa sunarlar. Takımlar, ideal parça listelerini geliştirmek için diğer takımlarla sınırsız malzeme ticareti yapabilir.
10. Takımlar tasarımlarını oluşturur.
11. Her takıma iki bardak “çamurlu” su vererek filtrasyon sistemi tasarımlarını test edin. Her ekip, tasarımı plastik kabın üzerinde tutarak ve suyu yavaşça filtreleme sistemine dökerek tasarımlarını test eder. Takımlar arasında değerlendirme ve karşılaştırma yapmak için filtrelenmiş suyu kapta toplayın.
    Sınıf olarak, her filtrelenmiş su numunesine bir "berraklık derecesi" atayın. Her takımın çalışmasının sonuçlarını belirlemek için aşağıdaki puanlamayı kullanın. Daha düşük puana sahip ekip, daha iyi filtreleme sistemlerine sahip.
    • 0 = Tamamen temiz (içme suyu görünebileceği için)
    • 1 = Kirin yaklaşık dörtte biri kaldı
    • 2 = Kirin yaklaşık yarısı kaldı
    • 3 = Kir kalıntısının yaklaşık dörtte üçü
    • 4 = Tamamen çamurlu (orijinal kaynak suyu göründüğü için)
12. Takımlar puanlarını belgelemelidir.
13. Sınıf olarak, öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
14. Konuyla ilgili daha fazla içerik için "Daha Derin Kazma" bölümüne bakın.

Uzatma Fikri

Proje için bir bütçe belirlemeyi, her malzemeye bir maliyet atamayı ve ekiplerin filtreleme sistemlerini oluşturmaları için malzemeleri "satın almalarını" zorunlu kılmayı düşünün.

Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)

1. Kaynak suyundan geçen bir filtreleme sistemi oluşturmayı başardınız mı? Ne kadar "netlik" elde ettiniz?
2. Tasarımınızın hangi yönünün en çok işe yaradığını düşünüyorsunuz? Neden?
3. Daha fazla zaman verirseniz tasarımınızın hangi yönünü revize ederdiniz? Neden?
4. Bu zorlukta en iyi sonuçları veren sınıfınızdaki filtrasyon sisteminin tasarımında benzersiz olan neydi? Sizinkinden nasıl daha iyi çalıştı, işe yarasaydı ve kendi tasarımınızı geliştirmeden önce bu tasarımı görmüş olsaydınız neyi farklı yapardınız?
5. İnşaat aşamasında orijinal tasarımınızı revize etmeye karar verdiniz mi? Neden? Nasıl?
6. Mühendislerin sistemlerin veya ürünlerin yapımı sırasında orijinal planlarını uyarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Neden yapabilirler?
7. Filtrenizin içinden akan suya bir saat boyunca dayanabileceğini düşünüyor musunuz? Neden?
8. Yalnız çalışsaydın bu projeyi daha kolay tamamlayabilir miydin? Açıklamak…
9. Size sağlanmayan bir materyali veya materyalleri kullanmış olsaydınız, ne talep ederdiniz? Bu materyalin meydan okumaya neden yardımcı olabileceğini düşünüyorsunuz?
10. Meydan okumanın en sevdiğiniz kısmı neydi? Tasarım aşaması? İnşaat Aşaması? Test Aşaması? Neden?

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.

• Kısıtlamalar: Malzeme, zaman, ekibin büyüklüğü vb. ile ilgili sınırlamalar.
• Kriterler: Tasarımın genel boyutu vb. gibi karşılaması gereken koşullar.
• Mühendisler: Dünyanın mucitleri ve problem çözücüleri. Mühendislikte yirmi beş ana uzmanlık tanınır (infografiklere bakın).
• Mühendislik Tasarım Süreci: Süreç mühendisleri sorunları çözmek için kullanır. 
• Mühendislik Zihni Alışkanlıkları (EHM): Mühendislerin düşündüğü altı benzersiz yol.
• Filtre: Bir şeyden istenmeyen parçaları çıkarmak için kullanılan bir cihaz.
• Filtrasyon Sistemi: Bir sıvıdan, bir sıvıdan veya bir gazdan safsızlıkların veya parçacıkların uzaklaştırıldığı bir işlem.
• Yineleme: Test ve yeniden tasarım bir yinelemedir. Tekrarla (birden çok yineleme).
• Prototip: Test edilecek çözümün çalışan bir modeli.
• Aşamalı Filtre: Akışkan bir dizi farklı filtreden geçer. Birinci filtre daha büyük parçacıkları ortadan kaldırırken, ikinci, üçüncü veya dördüncü filtre giderek daha küçük tortu parçacıklarını ortadan kaldıracaktır.

İnternet Bağlantıları

• S. Çevre Koruma Kurumu - Yeraltı Suyu ve İçme Suyu
• Pasifik Enstitüsü - Dünyanın Suyu

Önerilen Kaynaklar

• Sıvı Filtreleme (ISBN: 1408626241) Suyun Yeniden Kullanımı (ISBN: 0071459278)

Yazma aktivitesi

Kampçıların suları biterse ve bilinmeyen saf su akışından içme suyunu düşünmeleri gerektiğinde kullanmaları gerekebilecek filtrasyon sistemleri hakkında bir makale veya bir paragraf yazın.

Müfredat Çerçevelerine Uyum

Not: Bu serideki ders planları, aşağıdaki standartlardan bir veya daha fazlasıyla uyumludur:  

• ABD Bilim Eğitimi Standartları (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• ABD Yeni Nesil Bilim Standartları (http://www.nextgenscience.org/) 
• Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği'nin Teknolojik Okuryazarlık Standartları (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• ABD Ulusal Matematik Öğretmenleri Konseyi'nin Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Matematik için ABD 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 K-4 Sınıfları (4-9 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler bir anlayış geliştirmelidir.

• Nesnelerin ve malzemelerin özellikleri 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji 

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Kaynak türleri 
• Yerel zorluklarda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim 

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 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler

Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler bir anlayış geliştirmelidir.

• Maddedeki özelliklerin özellikleri ve değişiklikleri 

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,

• Nüfuslar, kaynaklar ve ortamlar 
• Toplumda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim 

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 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler 

Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Maddenin yapısı ve özellikleri 
• 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,

• Kişisel ve toplum sağlığı 
• Doğal Kaynaklar 
• Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim 

Yeni Nesil Bilim Standartları 2-5. Sınıflar (7-11 Yaş)

Madde ve Etkileşimleri 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• 2-PS1-2. Hangi malzemelerin amaçlanan bir amaca en uygun özelliklere sahip olduğunu belirlemek için farklı malzemelerin test edilmesinden elde edilen verileri analiz edin.

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.

Yeni Nesil Bilim Standartları 6-8. Sınıflar (11-14 Yaş)

Mühendislik tasarımı 

• MS-ETS1-3. Başarı kriterlerini daha iyi karşılamak için yeni bir çözümde birleştirilebilecek her birinin en iyi özelliklerini belirlemek için çeşitli tasarım çözümleri arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları belirlemek için testlerden elde edilen verileri analiz edin.

Yeni Nesil Bilim Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 Yaş)

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• HS-ETS1-2. Karmaşık bir gerçek dünya sorununa, mühendislik yoluyla çözülebilecek daha küçük, daha yönetilebilir sorunlara bölerek bir çözüm tasarlayın.

Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar

Teknolojinin Doğası

• Standart 1: Öğrenciler teknolojinin özellikleri ve kapsamı hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknoloji ve Toplum

• Standart 6: Öğrenciler, teknolojinin geliştirilmesi ve kullanımında toplumun rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 7: Öğrenciler teknolojinin tarih üzerindeki etkisine dair bir anlayış geliştirecekler.

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 11: Öğrenciler tasarım sürecini uygulama becerilerini geliştireceklerdir.
• Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir.

• Arapça