Століття пластики
Цей урок досліджує, як розвиток пластмас - і переробка пластмасових деталей у повсякденні вироби - вплинула на світ. Студенти дізнаються про історію пластмас, про те, що роблять інженери з пластмас, і про те, скільки продуктів вдосконалено завдяки додаванню пластикових компонентів. Студенти працюють у командах, щоб ідентифікувати вироби без пластмаси, і вироби, які, на їх думку, не можуть існувати у допластичному світі. Вони працюють командами «інженерів», щоб перевірити, чи зможуть вони переробити продукт на 50% менше пластикових компонентів, ніж у сучасних конструкціях.
- Дізнайтеся про пластмаси.
- Дізнайтеся про те, як пластмаси були розроблені настільки поширеними продуктами.
- Дізнайтеся про колективну роботу та інженерний процес вирішення / проектування.
Вікові рівні: 8-18
Будівельні матеріали (для кожного студента)
Необхідні матеріали
- Студентські робочі листи
- Розділ фонових тем
Design Challenge
Ви - команда інженерів, котра поставила перед собою завдання скласти список з чотирьох машин або виробів, які, на вашу думку, були б неможливими без винаходу пластмас. Потім ви вирішите, які пластикові деталі ви заміните в одному з цих продуктів або машин, щоб полегшити переробку. Які матеріали ви будете використовувати замість цього і як це вплине на продуктивність, ціну чи естетику?
- Розбийте клас на команди 3-4.
- Роздайте аркуш «Століття пластмас» та роздрукуйте розділ «Основні поняття».
- Обговоріть теми у Розділі фонових понять
- Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами.
- Доручити студентам працювати в команді, щоб заповнити перший робочий аркуш для студентів - Пластикове полювання !:
- Подумайте про предмети, які ви можете знайти у своєму будинку, класі чи на дитячому майданчику. Визначте та задокументуйте будь-які предмети, які не мають складових частин із пластику.
- Під час занять обговоріть питання для роздумів:
- Чи важче було, ніж ти думав, знайти продукти, які не містять пластику?
- Що спільного між продуктами, у яких ви не знайшли пластику?
- Якби ви реінжинірингували один із знайдених продуктів, чи змінили б ви
- будь-яка складова частина до пластику? Чому? Чому ні?
- Як ви гадаєте, компакт-диски стали б можливими без пластмас? Чому? Чому ні?
- Чому переробка важлива?
- Доручити учням працювати в команді, щоб завершити Крок перший другого робочого аркуша для студентів - You Be the Engineer:
- Складіть список із чотирьох машин або виробів, які, на вашу думку, були б неможливі без винаходу пластмас. Для кожного з них дайте відповіді на ці запитання:
- Який% продукту є пластиком?
- Чому це неможливо без пластику?
- Як ця машина чи виріб вплинули на світ?
- Складіть список із чотирьох машин або виробів, які, на вашу думку, були б неможливі без винаходу пластмас. Для кожного з них дайте відповіді на ці запитання:
- Доручити учням працювати в команді, щоб завершити Крок другий другого робочого аркуша для студентів - You Be the Engineer:
- Замініть частину пластику в будь-якому з чотирьох виробів або машин, які ви ідентифікували в першій частині, щоб полегшити їх переробку. Обговоріть, які матеріали ви будете використовувати замість цього, як це вплине на продуктивність, ціну чи естетику. Потім презентуйте свої ідеї класу:
- Опишіть, чим займається ваш продукт, і який відсоток його, на вашу думку, є пластиком.
- Поясніть, які компоненти ви заміните іншими матеріалами; опишіть, як ви вибрали замінні матеріали та як нові матеріали вплинуть на вагу, вартість та функціональність виробу.
- Прогнозуйте, чи буде цей продукт настільки ж ефективним, як нинішній дизайн, чи може його виготовлення коштувати дорожче, і як його буде легше переробити.
- Опишіть, як ваша команда вважає, що введення пластмас у загальні вироби вплинуло на світ.
- Замініть частину пластику в будь-якому з чотирьох виробів або машин, які ви ідентифікували в першій частині, щоб полегшити їх переробку. Обговоріть, які матеріали ви будете використовувати замість цього, як це вплине на продуктивність, ціну чи естетику. Потім презентуйте свої ідеї класу:
- Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, дивіться розділ “Копати глибше”.
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.
Що таке пластмаси?
Століття пластики
У 19 столітті в хімії полімерів відбувся величезний прогрес. Однак для того, щоб полімери масового виробництва стали життєздатною економічною реальністю, знадобилося розуміння інженерів-хіміків у 20-му столітті. Коли в 1908 році був представлений пластик під назвою бакеліт, це започаткувало «епоху пластику». Бакеліт був розроблений у багатьох продуктах: від електричних розеток, до щіток, радіоприймачів, годинників і навіть ювелірних виробів. Вироби з бакеліту цієї епохи тепер дуже колекційні! Сьогодні пластик зустрічається практично в кожному виробі. Важко знайти багато машин, які не містять кілька видів пластику.
Що таке пластмаси?
Пластмаси - це полімери: довгі ланцюги атомів, з’єднані між собою. Пластик - це термін, який насправді охоплює дуже широкий спектр синтетичних або напівсинтетичних продуктів полімеризації. Вони складаються з органічної конденсації або додаткових полімерів і можуть містити інші речовини, щоб зробити їх більш придатними для застосування з різними переносами теплостійкості, наскільки це твердо, колір і гнучкість. Пластмаси можуть бути відформовані або сформовані у особливі тверді форми або розроблені у вигляді плівок або волокон. На якомусь етапі його виготовлення кожен пластик здатний текти. Слово пластик походить від того, що багато форм пластичні, мають властивість пластичності. Інженери часто звертаються до пластику як складової частини багатьох виробів, оскільки він легкий, порівняно недорогий і довговічний. Це знизило вартість багатьох виробів, і багато продуктів сьогодні не існувало б без пластику.
Інженери-пластики
Розвиток пластмас відкрило нову сферу роботи: Інженери з пластмас! Вони вивчають властивості полімерних матеріалів та розробляють машини, які можуть формувати пластикові деталі. Вони вивчають способи формування пластмас для задоволення потреб інших інженерів, яким потрібні деталі, такі як чохли для мобільних телефонів, підошви взуття та колеса рюкзака. Вони також працюють над поліпшенням якості пластмас, шукаючи нові матеріали, які краще реагують на високу або низьку температуру або повторювані рухи.
Короткі терміни
- 1907: Лео Хендрік Бекеланд створив перший пластик на основі синтетичного полімеру - бакеліту. Бакеліт був першим винайденим пластиком, який тримав форму після нагрівання.
- 1908: швейцарський хімік Жак Бранденбергер відкрив целофан.
- 1920-ті рр .: Виробляються ацетат целюлози, акрили (люцит і оргскло) та полістирол.
- 1957: General Electric розробляє полікарбонатні пластмаси.
- 1968: Споживання штучних волокон перевищує природні волокна в США
- 1987: Nipon Zeon розробляє пластик із «пам’яттю», щоб його можна було згинати та скручувати при низьких температурах, але при нагріванні вище 37 за Цельсієм він повертається до початкової форми!
- 1990-ті: Поширеними є програми переробки пластмас, які пропонують нове використання старої пластмаси
Допластична історія повсякденних предметів
Зубна щітка
Найбільш ранньою відомою зубною щіткою була «жувальна паличка», зроблена з розжованих або розтертих гілочок. Цей стиль гігієни зубів налічує тисячі років тому. Зовсім недавно зубні щітки виготовляли з кістковими ручками зі щетиною або шерстю свиней, накручених разом за допомогою дроту. Цей стиль був популярний ще з 1600-х років до середини 1800-х років, хоча ручка іноді була дерев’яною. Наступна велика зміна дизайну була спричинена введенням нейлону. Цей синтетичний матеріал вперше був застосований до зубної щітки приблизно в 1938 році. До 1939 року інженери почали розробляти електричні зубні щітки для підвищення ефективності чищення зубів. Перша справжня електрична зубна щітка була розроблена в Швейцарії в 1939 році. У США Squibb представив електричну зубну щітку в 1960 році, а потім General Electric представив акумуляторну акумуляторну зубну щітку в 1961 році. Навіть зубна нитка, яка спочатку була виготовлена з шовкової нитки, не була не популяризувався до появи пластмас та синтетичних матеріалів.
Пен
Перші три тисячі років з моменту винаходу паперу більшістю людей користувались письмовим інструментом - пером птаха - зазвичай гусака - якого занурювали у криницю чорнила. На початку 1800-х років почали з'являтися серійні окуляри із сталевих ручок, які забезпечували більший контроль над лінією. Під час Першої світової війни ручки почали виготовляти з твердої, як правило, чорної гумової речовини, відомої як вулканіт. Ранні кольорові пластики були введені в 1920-ті роки. Шифер представив ручки, виготовлені з целулоїду різних кольорів. Вони були дуже дорогими, але виявилися настільки популярними, що протягом декількох років більшість виробників авторучок пропонували ручки з нового синтетичного матеріалу, замінюючи деякі конструкції з металу та дерева. Однак саме широке використання пластмас та конструкція кульової ручки, що не протікає, призвела до зниження вартості інструментів для тонкого письма і в межах досяжності більшості людей. До 1960-х років одноразові кулькові ручки взяли верх, і хоча авторучки залишаються в наявності, сьогодні вони мають лише дуже невелику частку ринку.
Окуляри
Окуляри спочатку виготовляли з металу та скла. Однак, якщо комусь потрібен був особливо сильний рецепт, скло було б дуже важким, спираючись на ніс. Пластики зробили революцію в окулярах, замінивши скляну лінзу на легший матеріал та замінивши більшу частину металу в оправах на більш легку, кольорову пластмасу. Однак у рамі все ще є метал, оскільки більшість петель все ще зроблені з металу. І, звичайно, не було б контактних лінз без розробки синтетичних матеріалів.
- 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.
- Ітерація: тестування та редизайн – це одна ітерація. Повторити (кілька ітерацій).
- Прототип: робоча модель рішення для тестування.
- Переробка: процес отримання матеріалів, готових до викидання, і перетворення (перетворення) їх на матеріали для повторного використання.
Інтернет-з'єднання
Рекомендована література
- Американська пластика: Культурна історія Джеффрі Л. Мейкла (ISBN: 978-0813522357) Інженерія пластмас Р. Дж. Кроуфорда (ISBN: 978-0750637640)
Письмова діяльність
- Напишіть есе або абзац, в якому опишіть, чи, на вашу думку, можливий космічний політ без введення пластмас. Наведіть приклади, що підтверджують вашу точку зору.
- Напишіть есе чи параграф, в якому опишеться, як утилізація працює у вашому місті. Наведіть приклади того, як інженери включають перероблені матеріали в нові продукти.
Вирівнювання навчальних програм
Примітка: Усі плани уроків у цій серії відповідають США Національні стандарти наукової освіти (виробляється Національна наукова рада та затверджено Національною асоціацією викладачів наук), а за необхідності - стандартами Міжнародної асоціації технологічної освіти щодо технологічної грамотності та Національною радою принципів та стандартів викладачів математики для шкільної математики.
Національні стандарти наукової освіти Класи K-4 (віком 4-9)
ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки
В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Властивості предметів та матеріалів
ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка
В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися
- Здібності технологічного проектування
- Здатності розрізняти природні об’єкти та об’єкти, виготовлені людиною
ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах
В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Види ресурсів
- Зміни в середовищі
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 B: Фізичні науки
В результаті своєї діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Властивості та зміни властивостей речовини
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
- Ризики та переваги
- Наука і техніка в суспільстві
ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки
В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Історія науки
Національні стандарти наукової освіти 9-12 класи (14-18 років)
ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки
В результаті своєї діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Будова та властивості речовини
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
- Якість навколишнього середовища
ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки
В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння
- Історичні перспективи
Стандарти технологічної грамотності - всі віки
Природа технологій
- Стандарт 3: Студенти розвинуть розуміння взаємозв’язків між технологіями та зв’язків між технологіями та іншими галузями дослідження.
Технологія та суспільство
- Стандарт 4: Студенти розвинуть розуміння культурних, соціальних, економічних та політичних наслідків технології.
- Стандарт 5: Студенти розвинуть розуміння впливу технологій на навколишнє середовище.
- Стандарт 7: Студенти розвинуть розуміння впливу технології на історію.
дизайн
- Стандарт 8: Студенти розвинуть розуміння атрибутів дизайну.
- Стандарт 9: Студенти розвинуть розуміння інженерного проектування.
Здібності для технологічного світу
- Стандарт 13: Студенти розвиватимуть здібності оцінювати вплив продуктів та систем.
Створений світ
- Стандарт 19: Студенти розвинуть розуміння та зможуть обирати та використовувати технології виробництва.
Промислове будівництво
Комп'ютерна інженеріяПластикове полювання!
Крок перший: Як команда обмірковуйте речі, які ви можете знайти у своєму будинку, класі або на дитячому майданчику. Чи можете ви визначити будь-які предмети, які не мають складових частин із пластику?
| Кухонні предмети | Предмети для ванної кімнати | Предмети в класі | Спортивне обладнання |
|
|
питання:
- Чи важче було, ніж ти думав, знайти продукти, які не містять пластику?
- Що спільного між продуктами, у яких ви не знайшли пластику?
- Якби ви реінжинірингували один із знайдених продуктів, чи змінили б ви якусь із складових частин на пластикову? Чому? Чому ні?
- Як ви гадаєте, компакт-диски стали б можливими без пластмас? Чому? Чому ні?
- Чому переробка важлива?
Крок перший: У команді складіть список із чотирьох машин або виробів, які, на вашу думку, були б неможливі без винаходу пластмас. Для кожного з них дайте відповіді на запитання нижче:
| Який% продукції становить пластик? | Чому це неможливо без пластику? | Як ця машина чи виріб вплинули на світ? | |
| 1-
|
|||
| 2-
|
|||
| 3-
|
|||
| 4-
|
Крок другий: Ваше завдання - працювати в команді "інженерів", щоб замінити частину пластику в будь-якому з чотирьох виробів або машин, які ви вказали в першій частині цього аркуша, щоб полегшити їх переробку. Обговоріть, які матеріали ви будете використовувати замість цього, як це вплине на продуктивність, ціну чи естетику. Потім презентуйте свої ідеї перед класом у трьох формах:
- опишіть, чим займається ваш продукт, і який відсоток його, на вашу думку, є пластиком.
- пояснити, які компоненти ви заміните іншими матеріалами; опишіть, як ви вибрали замінні матеріали та як нові матеріали вплинуть на вагу, вартість та функціональність виробу.
- спрогнозуйте, чи буде цей продукт настільки ж ефективним, як нинішній дизайн, чи може його виготовлення коштувати дорожче, і як його буде легше переробити.
- опишіть, як ваша команда вважає, що переробка пластмас у загальні вироби вплинула на світ.
