Ви вмієте каное?

Цей урок досліджує, як техніка вплинула на виробництво каное з часом, включаючи розробку нових, міцних та легших матеріалів. Студенти працюють у командах для проектування та побудови власного каное.

Дізнайтеся про технологію матеріалів.
Дізнайтеся про інженерне проектування.
Дізнайтеся про планування та будівництво.
Дізнайтеся про командну роботу та роботу в групах

Вікові рівні: 8-18

Матеріали та підготовка

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Необхідні матеріали

Popsicle палички
Дерев'яні ложки
Маленькі шматочки дерева (бальза)
Згинається дріт (наприклад, флорист, ремісничий дріт чи очищувач труб)
рядок
Скріпки
Гумки
Зубочистки
Алюмінієва фольга
Пластикова плівка
Дерев'яні дюбелі
Клей

Випробувальні матеріали

вода
Великий таз або раковина
Мірний стакан або розливний пристрій

Випробувальні матеріали та процес

Матеріали

вода
Великий таз або раковина
Мірний стакан або розливний пристрій

Процес

Попередньо заповніть водяний басейн або раковину достатньою кількістю води, щоб каное плавало. Перевірте конструкцію каное кожної команди, встановивши таймер на 3 хвилини та помістивши його в тазик / раковину. Команди спостерігають за тим, що відбувається з конструкцією, і задокументують стан свого каное після 3-хвилинного тестування на плаву.

Виклик інженерного проектування

Design Challenge

Ви входите до команди інженерів, котра отримала завдання спроектувати власне каное з повсякденних матеріалів. Вашому каное потрібно буде плавати протягом трьох хвилин, не розвалюючись, не опускаючись і не перекидаючись. Вона також повинна мати мінімум 8 дюймів у довжину.

Критерії

Повинен плавати протягом 3 хвилин.
Довжина повинна бути не менше 8 дюймів.

Обмеження

Використовуйте лише надані матеріали.
Команди можуть торгувати необмеженою кількістю матеріалів.

Інструкції та процедури діяльності

Розбийте клас на команди 2-3.
Роздайте Can You Canoe? робочий аркуш, а також деякі аркуші паперу для накидання конструкцій.
Обговоріть теми в розділі Основні поняття. Спитайте студентів, чи були вони коли-небудь на каное. Обговоріть, що потрібно робити на каное, щоб воно не перекинулося, і як змусити його рухатися вперед.
Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами.
Надайте кожній команді свої матеріали.
Поясніть, що студенти повинні спроектувати та побудувати каное з повсякденних матеріалів. Каное потрібно буде плавати протягом трьох хвилин, не розвалюючись, не опускаючись і не перекидаючись. Пам'ятайте, майте на увазі, що багато деталей будуть піддані дії води.
Повідомте, скільки часу їм потрібно на проектування та побудову (рекомендується 1 година).
Використовуйте таймер або онлайн секундомір (функція зворотного відліку), щоб забезпечити своєчасне виконання. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте студентам регулярні «перевірки часу», щоб вони продовжували виконувати завдання. Якщо вони борються, задайте питання, які приведуть їх до рішення швидше.
Студенти зустрічаються і розробляють план свого каное. Вони узгоджують необхідні матеріали, пишуть / малюють свій план та представляють свій план класу. Команди можуть торгувати необмеженими матеріалами з іншими командами, щоб скласти свій список ідеальних деталей.
Команди будують свої конструкції.
Попередньо заповніть водяний басейн або раковину достатньою кількістю води, щоб каное плавало. Перевірте конструкцію каное кожної команди, встановивши таймер на 3 хвилини та помістивши його в тазик / раковину.
Команди спостерігають за тим, що відбувається з конструкцією, і задокументують стан свого каное після 3-хвилинного тестування на плаву.
Під час занять обговоріть запитання студентів щодо роздумів.
Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, дивіться розділ “Копати глибше”.

Ідея розширення

Для старших учнів вимагайте від команд розробити каное, яке може плавати, утримуючи вантаж, наприклад стос монет.

Роздуми студентів (інженерний зошит)

Чи вдалося вам створити каное, яке плавало три хвилини? Якщо ні, чому це не вдалося?
Ви вирішили переглянути свій оригінальний дизайн або подати запит на додаткові матеріали на етапі будівництва? Чому?
Чи домовлялися ви про будь-які матеріальні угоди з іншими командами? Як цей процес працював для вас?
Якби у вас був доступ до матеріалів, які відрізнялися від наданих, що б вимагала ваша команда? Чому?
Чи вважаєте ви, що інженерам доводиться адаптувати свої початкові плани під час побудови систем чи виробів? Чому вони можуть?
Якби вам довелося робити все заново, як змінився б ваш запланований дизайн? Чому?
Які проекти чи методи ви бачили, як намагалися інші команди, які, на вашу думку, працювали добре?
Як ви думаєте, чи змогли б ви легше виконати цей проект, якби працювали на самоті? Поясніть…
Якби ви розробляли нове, повномасштабне каное - які особливості ви хотіли б спроектувати? Чи потрібні для цього нові матеріали?

Модифікація часу

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.

Процес інженерного проектування

Фонові поняття

Структура каное та матеріали

Частини каное

Лук
Кормовий
корпус
Сидіння
Thwart - горизонтальна поперечина біля вершини корпусу
Gunwale - верхній край корпусу
Палуба

Перші матеріали для каное

Найдавніші каное виготовляли з доступних, природних та, як правило, місцевих матеріалів. Найдавніші каное виготовляли з дерева, іноді видовбані стовбури дерев. Дерев’яні каное частіше виготовляють у процесі «дерев’яної смуги», де дерев’яні смуги згинаються і кріпляться, утворюючи каркас. Спочатку каркас був би покритий березовою корою або іншими природними матеріалами. Багато корінних народів Америки будували каное з кори дерева, зашивали корінням дерев і заклеювали смолою. Корінне населення Амазонки часто використовувало дерева Гіменеї. У помірній Північній Америці білий кедр використовували для каркасу та кори паперової берези для зовнішньої обробки, а вугілля та жири, змішані в смолі, допомагали їй гідроізолювати. Цей тип каное і сьогодні виготовляється вручну, а для деяких є кращим каное. Є деякі, які все ще покриваються корою, а інші використовують замість них полотно. Однак кількість часу та майстерність, необхідні для побудови дерев’яного каное, можуть зробити кінцевий продукт дуже дорогим. Їх можна вважати витворами мистецтва!

Нові матеріали

Протягом багатьох років багато компаній розробляли або впроваджували нові матеріали, що допомагають поліпшити довговічність, зменшити вагу та змінити ефективність каное. Вперше алюмінієві каное були виготовлені компанією Grumman у 1944 році, коли попит на літаки для Другої світової війни почав падати. Алюмінієві каное були набагато легшими і потенційно довговічними, ніж дерев’яні каное. Але і алюміній теж мав недоліки! Перевернуті алюмінієві каное потонуть, якщо кінці не заповнені флотаційними матеріалами. А алюмінієві каное можуть бути дуже галасливими і відлякують дику природу і навіть ускладнюють розмову з оточуючими.

Структура каное та матеріали

Інженерні матеріали

Близько п’ятдесяти років тому в будівництві каное почали використовувати нові матеріали, такі як склопластик, кевлар та вуглецеві волокна. Нові інженерні матеріали були набагато легші за дерево, дуже міцні, і в результаті вийшло каное, яким було легше маневрувати. Крім того, були досягнуті різні ширини та глибини, що дозволило використовувати каное, призначені для різних функцій. Наприклад, більш широкі та легкі каное можуть бути обрані рекреаційними каное з невеликим досвідом - більш широке каное буде стабільнішим та рідше перекинеться. Також були розроблені більш обтічні версії для перегонів або сильніші досвідченіші каноери. Нові матеріали також були більш стійкими до погоди і могли переносити сувору зиму, залишену поза дверима. Також були недоліки нових матеріалів. Наприклад, склопластик може тріснути при ударі. Але ... склопластик теж можна відремонтувати! Часто ремкомплекти беруть із собою під час поїздок по пересіченій місцевості.

Для поліпшення ефективності каное, зниження витрат та підвищення безпеки використано багато матеріалів та нових методів. Але, деякі компанії все ще пропонують як ручні дерев'яні, так і полотняні каное поряд з новими матеріалами. Наприклад, Old Town Canoes (Старе місто, штат Мен, США) займається бізнесом більше століття, але нещодавно представив нову інновацію в композитних каное. За словами компанії, новий “Koru” ™ поєднує в собі характеристики експлуатації мисливських каноетів з корінних американців з аерокосмічною композитною технологією та сучасними конструктивними особливостями. "Кору" можна зіткнутися, а потім повернеться у початкову форму. Він також може бути виготовлений з дуже різкими точками входу та виходу, які роблять каное швидшим у воді, ніж інші форми. Запроектовані матеріали дозволяли каное довжиною 17.5 футів, але при цьому важить лише 50 фунтів.

Розроблені фігури!

І ... інженерія не обмежується новими матеріалами! Наприклад, хоча багато людей люблять привозити своїх домашніх тварин на човнах, одна поїздка на байдарці була трохи складною. Але нещодавно дизайнери Old Town Canoe представили те, що вони називають "Sidekick" - супутникова платформа для пасажирів, які не греблять - з двома або чотирма ногами.

Словник

Лук: передня частина корпусу корабля або човна.
Каное: вузький безкільовий човен із загостреними кінцями, який приводиться в рух веслом або веслами.
Обмеження: обмеження в матеріалах, часі, розмірі команди тощо.
Критерії: умови, яким має задовольняти проект, як-от його загальний розмір тощо.
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.
Планшир: верхній край корпусу.
Халл: Водонепроникний корпус корабля, човна або літаючого човна.
Ітерація: тестування та редизайн – це одна ітерація. Повторити (кілька ітерацій).
Прототип: робоча модель рішення для тестування.
Корма: Задня частина корабля або човна.
Перепон: горизонтальна поперечина біля верхньої частини корпусу.

Dig Deeper

Інтернет-з'єднання

Рекомендована література

Будівництво стрип-каное (ISBN: 978-1565234833)
Це старе каное: Як відновити каное з дерев’яного полотна (ISBN: 978- 0994863300)

Письмова діяльність

Напишіть есе або абзац про те, як інженерія змінила вантажні судна за останні 100 років.

Вирівнювання навчальної програми

Вирівнювання навчальних програм

Примітка: Усі плани уроків у цій серії узгоджуються з Національні стандарти наукової освіти які були вироблені Національна наукова рада та затверджена Національною асоціацією викладачів наук, а за необхідності - також стандартами Міжнародної асоціації технологічної освіти для технологічної грамотності або Національною радою принципів та стандартів викладачів математики для шкільної математики.

Національні стандарти наукової освіти Класи K-4 (віком 4 - 9)

ЗМІСТ СТАНДАРТ А: 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

ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Наука і технології в місцевих викликах

ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Наука як зусилля людини

Національні стандарти наукової освіти 5-8 класи (10-14 років)

ЗМІСТ СТАНДАРТ А: Наука як запит

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

Здатності, необхідні для наукового дослідження
Розуміння щодо наукового дослідження

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка

В результаті діяльності в 5-8 класах всі учні повинні розвиватися

Здібності технологічного проектування
Розуміння про науку і техніку

ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Ризики та переваги
Наука і техніка в суспільстві

ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Наука як зусилля людини
Історія науки

Національні стандарти наукової освіти 9-12 класи (14-18 років)

ЗМІСТ СТАНДАРТ А: Наука як запит

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

Здатності, необхідні для наукового дослідження
Розуміння щодо наукового дослідження

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

Здібності технологічного проектування
Розуміння про науку і техніку

ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Особисте та громадське здоров’я
Наука та технології у місцевих, національних та глобальних викликах

ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

Природа наукових знань
Історичні перспективи

Стандарти технологічної грамотності - всі віки

Природа технологій

Стандарт 1: Студенти розвинуть розуміння характеристик та обсягу технології.

Технологія та суспільство

Стандарт 4: Студенти розвинуть розуміння культурних, соціальних, економічних та політичних наслідків технології.
Стандарт 6: Студенти розвинуть розуміння ролі суспільства у розвитку та використанні технологій.
Стандарт 7: Студенти розвинуть розуміння впливу технології на історію.

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.

Здібності для технологічного світу

Стандарт 13: Студенти розвиватимуть здібності оцінювати вплив продуктів та систем.

Створений світ

Стандарт 17: Студенти розвинуть розуміння та зможуть обирати та використовувати інформаційно-комунікаційні технології.

Студентський робочий лист

Ви входите до команди інженерів, котра отримала завдання спроектувати власне каное з повсякденних предметів. Ваше каное повинно витримати трихвилинний тест води, не опускаючись і не перекидаючись. Вам дали вибір матеріалів, з яких можна побудувати своє каное. Ви можете обмінюватися матеріалами з іншими командами, якщо хочете.

Етап планування

Зустріньтесь командою та обговоріть проблему, яку потрібно вирішити. Тоді розробіть та узгодьте дизайн вашого каное. Вам потрібно буде визначити, які матеріали ви хочете використовувати - і кроки, які ви будете робити в процесі виробництва. Майте на увазі, що багато ваших частин будуть піддані дії води. Намалюйте свій дизайн у полі нижче та обов’язково вкажіть опис та кількість деталей, які плануєте використовувати. Представте свій дизайн класі. Ви можете переглянути план своїх команд після отримання відгуку від класу.

Необхідні матеріали:

Етап будівництва

Побудуй своє каное. Під час будівництва ви можете вирішити, що вам потрібні додаткові матеріали або що ваш дизайн потрібно змінити. Це нормально - просто зробіть новий ескіз і перегляньте свій список матеріалів.

Етап тестування

Кожна команда випробує своє каное в басейні класу. Обов’язково слідкуйте за тестами інших команд та спостерігайте, як працювали їхні різні конструкції.

Етап оцінки

Оцініть результати своїх команд, заповніть аркуш оцінювання та презентуйте свої висновки класу.

Використовуйте цей аркуш для оцінки результатів своєї команди: