Challenge Challenge

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Необхідні матеріали

• М'яч для пінг-понгу або супер м'яч

Необов’язкові матеріали (торгівля / таблиця можливостей)

• Рядок або пряжа
• Засоби для чищення труб або гнучкий квітковий дріт
• Солом’яний
• Трубки з паперового рушника
• Скріпки
• Шків або шпульна нитка для виготовлення шківа
• Повітряні кулі
• Фольга, плівка

Випробувальні матеріали

• Студентські парти, маленькі столики або стільці
• Скотч або інша міцна стрічка

Матеріали

• Студентські парти, маленькі столики або стільці
• Скотч або інша міцна стрічка

Процес

Команди перевіряють свої конструкції, прикріпивши нижню частину підйомника до “долини” (підлога, стілець, стіл або невеликий стіл). Потім, прикріпивши верхню частину крісельного підйомника до «гори» (стілець, стіл або столик).
Переконайтеся, що між низом і верхом є нахил.

Дізнайтеся, як обігріваються сидіння на крісельному підйомнику Sunburst Six курорту Okemo Mountain у центрі Вермонта. (Відео 2:59)

Джерело: NJ.com YouTube Channel

Під час цього туру ви дізнаєтесь основні принципи того, що робить привідний термінал Duncan Express (Quppe Detachable крісельний підйомник Doppelmayr) робочим. (Відео 5:28)

Design Challenge

Ви команда інженерів, котра постала перед завданням проектування та побудови крісельного підйомника з повсякденних матеріалів. Крісельний підйомник повинен нести м'яч для пінг-понгу вгору по мотузковій / дротовій лінії від долини на гору і назад з гори в долину, не випадаючи м'яча з крісла.

Критерії

• Підйомник крісла повинен нести м’яч вгору по мотузковій / дротовій лінії і назад, не випадаючи м’яча зі стільця.

Обмеження

• Можна використовувати лише надані матеріали.
• Невикористаними матеріалами можна ділитися з іншими командами або продавати матеріали.

1. Розбийте клас на команди 2-4.
2. Роздайте робочий аркуш «Створення крісельного підйомника», а також кілька аркушів паперу для ескізних проектів.
3. Обговоріть теми у Розділі фонових понять.
4. Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами. Якщо час дозволяє, перегляньте “Заявки в реальному світі” перед тим, як проводити проектну роботу.
5. Перш ніж давати вказівки студентам розпочати мозковий штурм та замальовувати свої конструкції, попросіть їх врахувати наступне:
   - Як працює повітряний крісельний підйомник
   - Вага, яку повинен переносити підйомник
   - Особливості безпеки
6. Надайте кожній команді свої матеріали.
7. Поясніть, що студенти повинні розробити крісельний підйомник із повсякденних предметів. Крісельний підйомник повинен нести м'яч для пінг-понгу вгору по мотузковій / дротовій лінії від долини на гору і назад з гори в долину, не випадаючи м'яча з крісла.
8. Повідомте, скільки часу їм потрібно на проектування та побудову (рекомендується 1 година).
9. 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.
10. Студенти зустрічаються та розробляють план підйомника на кріслах. 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.
11. Команди будують свої конструкції.
12. Перевірте конструкції крісельного підйомника, прикріпивши низ їхнього крісельного підйомника до «долини» (підлоги, стільця, письмового столу або невеликого столу). Потім, прикріпивши верхню частину крісельного підйомника до «гори» (стілець, стіл або столик).
    Переконайтеся, що між низом і верхом є нахил.
13. Під час занять обговоріть запитання студентів щодо роздумів.
14. Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, див. Розділи “Додатки у реальному світі” та “Копання глибше”.

Варіації

• Сконструюйте стілець для транспортування м’яча для гольфу вгору та вниз підйомника. Потім спробуйте тенісний м’яч… бейсбол…
• Сконструюйте крісельний підйомник, який має два сидіння (несучи два м'ячі вгору-вниз)
• Спробуйте, щоб одне місце піднімалося, а інше - вниз

Роздуми студентів (інженерний зошит)

1. Наскільки ваш оригінальний дизайн був схожий на справжній крісельний підйомник, який побудувала ваша команда?
2. Якщо ви виявили, що вам потрібно було внести зміни на етапі будівництва, опишіть, чому ваша команда вирішила внести зміни.
3. Чи міг ваш крісельний підйомник нести м'яч для пінг-понгу вгору і вниз по горі, не випавши з крісла, яке ви спроектували?
4. Яка система крісельних підйомників, розроблена іншою командою, була для вас найбільш ефективною чи цікавою? Чому?
5. Чи вважаєте ви, що ця діяльність була більш корисною робити в команді, чи ви вважали за краще працювати над нею самостійно? Чому?
6. Якби ви могли використати один додатковий матеріал (стрічку, клей, дерев’яні палички, фольгу - як приклади), який би ви вибрали і чому?

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.

• Повітряний підйом
  Транспортні засоби, при яких кабіни, машини, гондоли або відкриті стільці тягнуться над землею за допомогою одного або декількох тросів.
• кабель
  Товста мотузка з дроту або неметалічного волокна, яка зазвичай використовується для повітряних підйомів.
• Обмеження
  Обмеження матеріалом, часом, розміром команди тощо.
• Критерії
  Умови, яким повинен відповідати дизайн, як загальний розмір тощо.
• Крісельний підйомник
  Тип піднятого пасажирського повітряного підйомника, який складається з безперервно циркулюючої сталевої тросової петлі, натягнутої між двома кінцевими терміналами і, як правило, над проміжними вежами, несучи серію крісел.
• Інженери
  Винахідники та вирішувачі проблем світу. Двадцять п’ять основних спеціальностей визнані в машинобудуванні (див. Інфографіку).
• Процес інженерного проектування
  Технологи-інженери використовують для вирішення проблем.
• Інженерні звички розуму (EHM)
  Шість унікальних способів мислення інженерів.
• Ітерація
  Тест і редизайн - це одна ітерація. Повторити (кілька ітерацій).
• Ефективність завантаження
  Наскільки швидко та безпечно крісельний підйомник навантажує мотоциклістів.
• Прототип
  Робоча модель рішення, що перевіряється.
• Функції безпеки
  Інженери включають безліч функцій безпеки в крісельний підйомник (підйомники, запірні пристрої тощо)

Інтернет-з'єднання

• Повітряні рушії людей
• Крісельні підйомники Доппельмайра

Письмова діяльність

Напишіть есе або абзац про навколишнє середовище або місце, де, на вашу думку, повітряні підйомники можуть допомогти зменшити навантаженість наземним транспортом.

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 А: Наука як запит

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

• Здатності, необхідні для наукового дослідження 

ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Властивості предметів та матеріалів 
• Положення та рух предметів 

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка 

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

• Здібності технологічного проектування 
• Розуміння науки та техніки 

ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Зміни в середовищі 
• 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 

ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки

В результаті своєї діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Рухи та сили 
• Передача енергії 

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 
• Наука і техніка в суспільстві 

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

ЗМІСТ СТАНДАРТ F: Наука в особистих та соціальних перспективах

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Населення, ресурси та середовище 
• Ризики та переваги 

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 А: Наука як запит

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

• Здатності, необхідні для наукового дослідження 

ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки 

В результаті своєї діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Рухи та сили 

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

• Наука та технології у місцевих, національних та глобальних викликах 

ЗМІСТ СТАНДАРТ G: Історія та природа науки

В результаті діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Історичні перспективи 

Наукові стандарти наступного покоління 3-5 класи (віки 8-11)

Рух і стабільність: сили та взаємодії 

Студенти, які демонструють розуміння, можуть:

• 3-PS2-1. Сплануйте та проведіть розслідування, щоб надати докази впливу врівноважених та незбалансованих сил на рух об’єкта. 

енергія - Студенти, які демонструють розуміння, можуть:

• 4-PS3-1. За допомогою доказів побудуйте пояснення, що стосується швидкості руху об’єкта та енергії цього об’єкта.

Інженерний дизайн 

Студенти, які демонструють розуміння, можуть:

• 3-5-ETS1-1. Визначте просту дизайнерську проблему, що відображає потребу або потребу, 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.

Наукові стандарти наступного покоління 6-8 класи (віки 11-14)

Інженерний дизайн 

Студенти, які демонструють розуміння, можуть:

• MS-ETS1-2 Оцініть конкурентні проектні рішення, використовуючи систематичний процес, щоб визначити, наскільки вони відповідають критеріям та обмеженням проблеми.

Стандарти технологічної грамотності - всі віки

Природа технологій

• Стандарт 1: Студенти розвинуть розуміння характеристик та обсягу технології.
• Стандарт 2: Студенти розвинуть розуміння основних понять технології.

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 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 11: Студенти розвиватимуть здатність застосовувати процес проектування.
• Стандарт 13: Студенти розвиватимуть здібності оцінювати вплив продуктів та систем.

Створений світ

• Стандарт 18: Студенти розвинуть розуміння та зможуть обирати та використовувати транспортні технології.

Побудуйте крісельний підйомник

Дослідження та планування

Ви входите до команди інженерів, котра отримала завдання побудувати крісельний підйомник, щоб нести м'яч для пінг-понгу в гору (від підлоги вашого класу до верху письмового столу або стільця), використовуючи надані вам матеріали. Ваш підйомник повинен як переносити м’яч в ​​гору, так і назад, не випадаючи м’яча. Як ви розробляєте свій крісельний підйомник та крісло, яке буде нести м’яч, і які матеріали ви використовуєте, вирішувати вам!

Етап проектування

Вам було надано безліч матеріалів, з яких можна розробити та побудувати власний крісельний підйомник та крісло. Подумайте, які матеріали ви хотіли б використовувати, і перелічіть їх у полі нижче. На окремому аркуші паперу намалюйте схему системи, яку ви збираєтеся побудувати.

Побудуйте це! Перевірте!
Потім побудуйте свій крісельний підйомник і протестуйте його. Ви можете ділитися невикористаними будівельними матеріалами з іншими командами - і торгувати матеріалами теж. Обов’язково слідкуйте за тим, що роблять інші команди, і розгляньте аспекти різних конструкцій, які можуть покращити план вашої команди.

Ви можете вирішити повністю змінити свій дизайн на етапі виробництва - і ви можете попросити додаткові матеріали або спробувати різні рішення під час будівництва. 

Відображення

Заповніть запитання для роздумів нижче:

1) Наскільки ваш оригінальний дизайн був схожий на справжній крісельний підйомник, який побудувала ваша команда?

2) Якщо ви виявили, що вам потрібно внести зміни на етапі будівництва, опишіть, чому ваша команда вирішила внести зміни.

3) Чи міг ваш крісельний підйомник нести м'яч для пінг-понгу вгору і вниз по горі, не випадаючи з крісла, яке ви спроектували?

4) Яка система крісельних підйомників, розроблена іншою командою, була для вас найбільш ефективною чи цікавою? Чому?

5) Чи вважаєте ви, що ця діяльність була більш корисною робити в команді, чи ви вважали за краще працювати над нею самостійно? Чому?

6) Якби ви могли використати один додатковий матеріал (стрічку, клей, дерев’яні палички, фольгу - як приклади), який би ви вибрали і чому?

• суахілі