Човен і Жук

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Необхідні матеріали

• Ліплення з глини / пластиліну
• Вага, щоб розбити модельну глину на шматки
• Іграшкові човни / кораблі
• Кольорові олівці та розмальовки на тему човна

Випробувальні матеріали

• Надувний ігровий басейн / резервуар або велика чаша води
• Пластикове покриття столу

Матеріали

• Надувний ігровий басейн / резервуар або велика чаша води
• Пластикове покриття столу 

Процес

Поки студенти ліплять свої човни, дозвольте їм перевірити, наскільки добре плаває їх дизайн. Потім вони можуть змінити (перепроектувати) свій човен і знову випробувати, поки у них не з’явиться конструкція, яка плаває.

Design Challenge

Ви інженер, якому дано завдання побудувати човен із глини для ліплення. Намалюйте зображення вашого запланованого дизайну, виліпіть свій човен, випробуйте його, плаваючи на воді. Якщо воно потоне, змініть (перепроектуйте) свій човен і протестуйте його знову, поки ваш човен не попливе. 

Критерії 

• Намалюйте малюнок дизайну
• Ліпи човен із глини для ліплення

Обмеження

• Для побудови човна ви можете використовувати лише глину для ліплення

Перегляньте та поділіться темами на аркуші викладачів. Ознайомтеся з темами в розділі Фонові поняття. Наступну новелу можна використати як початкову для залучення студентів до практичних занять.

Колись давно був жук, який любив розповідати всім, як швидко він може бігати. "Я найшвидша комаха в парку", - сказав би він. Його повільний і стійкий друг, равлик, втомившись слухати, як він хвалиться, викликав його до перегонів. "Ха, - подумав собі жук, - жоден спосіб, яким равлик ніколи не зміг би перемогти мене".

У день перегонів усі комахи в парку зібрались спостерігати. Сороконіжка розмахувала картатим прапором, щоб розпочати перегони. Жук наближався до стартової лінії якомога швидше, в той час як равлик обережно просувався вперед. Жук закричав: "Ви ніколи не виграєте цю гонку в тому повільному, повільному темпі".

Задихнувшись від бігу, жук врешті дійшов до невеликого водойми. Він подумав: «У мене досить часу. Я просто обійду ставок ". Жук розігнався на своєму шляху.

Дюйм на дюйм равлик повзав стежкою. Діставшись ставка, вона подумала: "Це було б набагато коротше, якби я міг якось плисти по воді". Можливо, я міг побудувати човен. 

Равлик зібрав трохи листя, гілочок та лози. Вона створила маленький човен, який допоміг їй плавно ковзати по воді ставка. Перебравшись на інший бік, вона стрибнула з човна і побачила всіх своїх друзів, які чекали її на фініші.

Поступово равлик повз по стежці, поки вона нарешті не перетнула фінішну пряму. Усі її друзі підбадьорились. "Ура для равлика!" вони плакали. Через мить жук набіг на фінішну пряму. "Я не можу повірити, що ти побив мене!" він сказав. "Знаєш, - відповів равлик з посмішкою, - бути найшвидшим - це не завжди все". "Іноді, якщо ви просто на хвилину сповільнитесь і задумаєтесь про свою проблему, ви можете придумати чудові рішення".

1. Розбийте клас на 2-3 менші групи. 
2. Налаштуйте свій клас, щоб Група 1 мала доступ до води та ліплення для глини. Група 2 намалює та розфарбує свої заплановані проекти.Ви можете вибрати третю групу, яка може брати участь у ігрових заходах із іграшковими човнами / кораблями або розфарбовувати аркуші з водною тематикою (розфарбувати вітрило на вітрильнику).
3. Далі встановіть робочий простір з басейном або резервуаром для води та пластиковим покриттям столу для захисту поверхонь від розливу.
4. Приготуйте кілька рівних грудочок з модельної глини однакового розміру та ваги, але залиште трохи непідготовленої глини. Поясніть студентам, чому грудочки глини однакові, щоб це було «справедливим випробуванням» для всіх студентів.
5. Дайте кожному студенту шматочок ліпильної глини, щоб ліпити свої човни. Можливо, ви захочете утримувати учнів у 2-3 невеликих групах, коли вони ліплять, щоб забезпечити кращий нагляд.
6. Попросіть учнів спочатку подумати, як буде виглядати їх човен. Вони повинні намалювати картину свого запланованого дизайну.
7. Після того, як вони намалюють запланований дизайн, студенти повинні виліпити свій човен. Поки вони створюють свої човни, надайте їм доступ до водного басейну, щоб перевірити, наскільки добре плаває їх човен. Кожного разу, коли вони тестують, вони можуть вносити зміни (перепроектувати) свій човен, щоб допомогти йому краще плавати.
8. Поки студенти планують і ліплять свої човни, використовуйте словникові слова під час взаємодії з ними:
   Поплавок - відпочинок на воді (або рідині)
   Раковина - опуститися нижче поверхні води
   Корпус - основна частина корабля або човна: палуба, борти і дно корабля або човна
   Зміщення - коли плавучий предмет фізично виштовхує воду з дороги
   Водотоннажність - об’єм або вага води, витісненої плаваючим тілом (як корабель) однакової ваги
   Плавучість - здатність предмета плавати по воді
9. Як тільки студенти успішно виліплять човен, який плаває, проведіть дискусію в класі та поговоріть про запитання щодо роздумів нижче.

Необов’язкове розширення

Попросіть учнів додати ваги до свого човна (маленькі іграшки, монети, предмети, що важать приблизно однакову кількість), щоб зробити вигляд, що в їх човні є равлик. Знову ж таки, нехай студенти тестують та вносять зміни (переробляють) свої човни на основі результатів.

Рефлексія студента

1. Ваш човен тонув чи плавав? Якщо він не плавав, як ви його змінили, щоб він витіснив більше води?
2. Скільки разів вам доводилося знову випробовувати та ліпити свій човен, перш ніж він попливе?
3. Вам доводилося змінювати форму корпусу човна?
4. Що сподобалось на човнах інших студентів?
5. Ви навчилися за допомогою плавучих засобів?

Урок можна зробити лише за 1 клас для старших учнів. Однак, щоб допомогти студентам почуватися поспішно і забезпечити успіх студентів (особливо для молодших школярів), розділіть урок на два періоди, що дає студентам більше часу на мозковий штурм, перевірку ідей та доопрацювання їх дизайну. Проведіть тестування та опис у наступному класі.

Поширені помилки

Поверхневий натяг - деякі діти будуть знайомі з помилками, які можуть «кататись» по поверхні води, використовуючи її поверхневий натяг, і дадуть це пояснення, чому човен може плавати. Можливо, вони бачили скріпку, яка «плаває» (насправді вона балансує, а не плаває) на меніску води. Знову ж таки, це поверхневий натяг. 

Жоден предмет із дірками в ньому не може плавати - деякі діти будуть думати, що оскільки корпус їхніх човнів не може залишатися плаваючим із зазорами в них, то це завжди буде так.

Легкі речі плавають, важкі речі тонуть - якщо ви дозволили дітям гратись у воді раніше (я сподіваюся, що це так !!!), вони вже будуть знайомі з принципами плавання та потоплення та матимуть деякі попередні знання. Це означає, що вони матимуть деякі ідеї, які вони могли б узагальнити та їх потрібно акуратно виправити.

Метал занадто важкий для плавання - тому що ми часто дозволяємо дітям експериментувати з матеріалами по-маленькому (перед тим, як попросити їх узагальнити свої ідеї, вони можуть висловити такі помилкові уявлення). Це пов’язано з вищезазначеною помилкою.

Поверхневий натяг - це справді особливий науковий принцип - молодець, знаючи про це, це дуже цікаво! Однак у випадку цієї діяльності ми порушуємо зв’язок між молекулами води і корпусом човна. Тож напруга втрачається, і човен раптово потоне ... як би скріпка або клоп, якби напруга була порушена краплею мила або великою хвилею.

Виправлення пояснень 

Жоден предмет з дірками в ньому не може плавати - у випадку човна, такого як ви зробили, це правда. Ми побачили, що це через переміщення. У човні з отвором у ньому вода не зміщується з дороги, вона витікає назад і заповнює корпус, і човен тоне. (Покажіть їм це за допомогою власного модельного човна. Пробийте в ньому розумний отвір, щоб він швидко працював.) 

АЛЕ в деяких предметах є дірки, і вони все одно плавають. Такі предмети, як пемза, губки та дерево. Це тому, що в них є кишені затриманого повітря. Це робить об'єкт набагато легшим за воду, тому вони все ще плавають у верхній частині (через плавучість). Деякі речі (наприклад, губка) заповнюють ці повітряні кишені водою і поступово тонуть, а інші, як деревина, ні. Ось чому багато людей роблять гребні човни та каное з дерева, це дуже плавуче. 

Легкі речі плавають, важкі речі тонуть - це справді гарне спостереження, оскільки це, як правило, правда. Попросіть дітей подумати про кілька прикладів, коли це правильно - наприклад, пробки, гумова качка, іграшкові човни проти каменів, тверді предмети, як виделка або ключ. Але, завдяки плавучості та переміщенню, ми можемо змусити важкі речі плавати, якщо ми спроектуємо та сформуємо їх так, як ви це робили в цій діяльності. Чи можуть діти розповісти про пором чи інший великий важкий предмет, який вони бачили або відчували на собі? Якщо ні, ви можете розповісти їм історію з власного досвіду круїзного судна чи іншої прогулянки на човні. 

Метал занадто важкий для плавання - скористайтеся наведеним вище поясненням, можливо, ви захочете доповнити це зображеннями великих металевих кораблів у морі, таких як танкери, авіаносці тощо.

• Корпус: основна частина корабля або човна: палуба, борти та дно корабля або човна
• Плавучість: здатність предмета плавати на воді
• Обмеження: обмеження в матеріалах, часі, розмірі команди тощо.
• Критерії: умови, яким має задовольняти проект, як-от його загальний розмір тощо.
• Зміщення - коли плавучий предмет фізично виштовхує воду з дороги
• Водотоннажність - об’єм або вага води, витісненої плаваючим тілом (як корабель) однакової ваги
• Поплавати: відпочити на поверхні води (або рідини)
• Інженери: винахідники та вирішувачі проблем світу. Двадцять п'ять основних спеціальностей визнані в інженерії (див. інфографіку).
• Процес інженерного проектування: інженери-технологи використовують для вирішення проблем. 
• Інженерні навички розуму (EHM): шість унікальних способів мислення інженерів.
• Ітерація: тестування та редизайн – це одна ітерація. Повторити (кілька ітерацій).
• Прототип: робоча модель рішення для тестування.
• Раковина: спускатися під поверхню води
• Поверхневий натяг: ефект, коли поверхня рідини є сильною.
  

Письмова діяльність 

• Намалюйте картину того, що сталося з вашим човном у басейні. (Це може бути використано як оцінка розуміння студентом діяльності). 
• Попросіть студента написати речення або слово (залежно від віку / можливостей), що описують діяльність поруч із їх малюнком: наприклад, «тонути» або «плавати». Деяким дітям знадобиться пунктирна модель, щоб простежити над словами: Мій човен плаває.

Вирівнювання навчальних програм 

Примітка: Плани уроків у цій серії узгоджуються з одним або кількома з наступних наборів стандартів:  

• Стандарти наукової освіти США  

(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962) 

• Наукові стандарти наступного покоління США (http://www.nextgenscience.org/)  • Стандарти Міжнародної асоціації технологічної освіти щодо технологічної грамотності (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf) 
• Принципи та стандарти шкільної математики Національної ради вчителів математики США (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909) • Загальноосновні державні стандарти США з математики  

(http://www.corestandards.org/Math) 

• Асоціація викладачів інформатики K-12 Стандарти комп'ютерних наук (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html) 

Національні стандарти наукової освіти Класи K-4 (віком 4 - 9) ЗМІСТ СТАНДАРТ A: Наука як запит

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися 

• Здатності, необхідні для наукового дослідження  
• Розуміння наукового дослідження  

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка  

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися 

• Здібності технологічного проектування  

Наукові стандарти наступного покоління - 3-5 класи (вік 8-11) Інженерне проектування

Студенти, які демонструють розуміння, можуть: 

• 3-5-ETS1-1. Визначте просту дизайнерську проблему, що відображає потребу або бажання, яка включає визначені критерії успіху та обмеження на матеріали, час або вартість. 
• 3-5-ETS1-2. Сформувати та порівняти декілька можливих варіантів вирішення проблеми, виходячи з того, наскільки кожен з них, ймовірно, відповідає критеріям та обмеженням проблеми. 
• 3-5-ETS1-3. Сплануйте та проведіть справедливі випробування, в яких контролюються змінні та враховуються точки відмов, щоб визначити аспекти моделі чи прототипу, які можна вдосконалити. 

Стандарти технологічної грамотності - всі віки

дизайн 

• Стандарт 8: Студенти розвинуть розуміння атрибутів дизайну.
• Стандарт 9: Студенти розвинуть розуміння інженерного проектування. 
• Стандарт 10: Студенти розвинуть розуміння ролі усунення несправностей, досліджень та розробок, винаходів та інновацій та експериментів у вирішенні проблем.

В одній потоковій системі вторинної переробки серія машин використовується для сортування змішаної вторинної сировини за їх правильними категоріями. У цій діяльності ви будете працювати в команді та як клас над розробкою системи для сортування змішаних вторинних сировинних матеріалів (пластмаси, скла, сталевих банок та паперу) за чотирма категоріями.

1) Працюючи в командах по 3 чи 4, обмірковуйте способи відокремлення кожного виду вторинної сировини від змішаного сміттєвого ящика. Ви повинні сміливо вставати та вивчати різні наявні матеріали. Ваша команда може допомогти запустити систему, діючи як частина машини (студенти можуть тягнути матеріали на конвеєр, набивати та перемішувати матеріали тощо), але ви не можете безпосередньо впоратися із вторсировиною. Папір, що підлягає вторинній переробці, також повинен залишатися сухим.

2) У команді виберіть найкращі ідеї для виділення кожного виду вторинної переробки. Потім об’єднайте ці ідеї разом, щоб створити повну систему сортування всього сміттєвого ящика.

3) Намалюйте свій дизайн і презентуйте плани вашої команди класу.

4) Клас проголосує за найкращі ідеї та створить новий, остаточний дизайн.

5) Призначений член кожної команди працюватиме над побудовою цієї системи, використовуючи наявні матеріали.

6) Будівельна команда перевірить систему. Подивіться, як працює система.

7) Обговоріть з класом, що працювало, а що ні. Мозковий штурм шляхів вдосконалення системи та прийняття рішення про необхідність змін.

8) Будівельна команда внесе зміни та протестує вдосконалену систему.

9) Обговоріть з класом, що працювало, а що ні. Які зміни допомогли вдосконалити систему? Які зміни не відбулися? Якби ви збиралися створити третю версію, які б інші зміни ви внесли?

2) Наскільки важливим, на вашу думку, будуть людські очі та руки для однопотокового процесу сортування? Як ви думаєте, коли і для яких матеріалів люди найбільше потрібні?

3) Враховуючи переваги та недоліки однопотокової переробки, чи вважаєте ви, що це варта система? Чому чи чому б ні?

4) Що, на вашу думку, можна зробити для поліпшення переробки там, де ви живете?

• суахілі