Конвеєрна інженерія

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Рекомендовані матеріали - Усі або деякі можуть бути використані для торгівлі / таблиці можливостей

• Картонні тюбики (рулони з паперового рушника, рулони з туалетним папером)
• Порожні пляшки з водою / газованою водою
• Шланги або трубки
• Труби з ПВХ
• Олівці
• Гумки
• Шарикопідшипники
• Гумові або пластикові кульки
• Тканинні листи
• рядок
• Gears
• Паперові / пластикові стаканчики
• Солом’яний
• Паперові рушники
• Скріпки
• Клей
• рядок
• Алюмінієва фольга
• Пластикова плівка
• Рулони пакувального паперу

Випробувальні матеріали

• Шматочки цукерок або предметів подібного розміру (кожна команда повинна використовувати однакові предмети)

Design Challenge

Перемістіть шматочки цукерок на 4 фути (120 см), включаючи поворот на 90 градусів.

Ви входите до команди інженерів, котра має завдання розробити власний конвеєр. Вам потрібно буде перемістити цукерки вздовж пояса, який повинен включати поворот на 90 градусів.

Критерії

• Цукерки повинні рухатися на 4 фути.
• Дизайн повинен включати поворот на 90 градусів.

Обмеження

• Цукерки не можна клеїти або наклеювати на поверхню пояса.
• Цукерки не можуть впасти.
• Використовуйте лише надані матеріали.
• Команди можуть торгувати необмеженою кількістю матеріалів.

1. Розбийте клас на команди 3-4.
2. Роздайте аркуш конвеєрної техніки, а також кілька аркушів паперу для ескізних проектів.
3. Обговоріть теми у Розділі фонових понять. Щоб представити урок, розгляньте запитання учнів, як аеропорт сортує та доставляє багаж. Попросіть їх подумати про будь-які “рухомі тротуари”, якими вони їздили (аеропорти, торгові центри, інші великі будівлі).
4. Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами.
5. Надайте кожній команді свої матеріали.
6. Поясніть, що студенти повинні спроектувати та побудувати робочий конвеєр. Конвеєр повинен рухати цукерки на 4 фути і включати поворот на 90 градусів.
7. Повідомте, скільки часу їм потрібно на проектування та побудову (рекомендується 1 година).
8. 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.
9. Студенти зустрічаються і розробляють план конвеєра. 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.
10. Команди будують свої конструкції.
11. Перевірте конструкції, продемонструвавши, як вони переміщають цукерки (або інші дрібні предмети) на 4 фути, в тому числі вздовж повороту на 90 градусів.
12. Під час занять обговоріть запитання студентів щодо роздумів.
13. Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, дивіться розділ “Копати глибше”.

Ідея розширення

Нехай просунуті та старші студенти підсилюють свої конвеєрні системи двигунами або редукторними системами. 

Роздуми студентів (інженерний зошит)

1. Наскільки ваш оригінальний дизайн був схожий на справжній конвеєр, побудований вашою командою?
2. Якщо ви виявили, що вам потрібно було внести зміни на етапі будівництва, опишіть, чому ваша команда вирішила внести зміни.
3. Яка конвеєрна система, розроблена іншою командою, була для вас найцікавішою? Чому?
4. Чи вважаєте ви, що ця діяльність була більш корисною робити в команді, чи ви вважали за краще працювати над нею самостійно? Чому?
5. 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.

• Обмеження: обмеження в матеріалах, часі, розмірі команди тощо.
• Конвеєрна стрічка: рама з встановленими роликами, які переміщують матеріали зверху.
• 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).
• Масове виробництво: передбачає виготовлення багатьох копій продукції, дуже швидке, з використанням конвеєрних методів для відправки частково завершеної продукції працівникам, кожен з яких працює на окремому етапі, замість того, щоб працівник працював над цілим продуктом від початку до кінця.
• Прототип: робоча модель рішення для тестування.
• Сендвіч стрічка: два основних конвеєра працюють паралельно — один над одним, залишаючи достатньо місця для розміщення коробки між ними.

Інтернет-з'єднання

• Історія компанії Ford Motor - конвеєр

Рекомендована література

• Конвеєри: Застосування, вибір та інтеграція (промислові інновації) (ISBN: 978-1439803882)
• Винахід рухомої конвеєрної лінії: революція у виробництві (ISBN: 978-1604137729)
• Від американської системи до масового виробництва, 1800-1932: Розвиток технологій виробництва у США (ISBN: 978-0801829758)

Письмова діяльність

Напишіть есе або абзац про три існуючі та одне уявне застосування системи конвеєрних стрічок.

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
• Розуміння 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

• Види ресурсів 
• 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

• Властивості та зміни властивостей речовини 
• Рухи та сили 

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка

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

• Здібності технологічного проектування 

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 

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

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 

ЗМІСТ СТАНДАРТ B: Фізичні науки 

В результаті своєї діяльності всі студенти повинні розвинути розуміння

• Рухи та сили 
• Збереження енергії та збільшення безладу
• Взаємодія енергії та 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

• 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

• Історичні перспективи 

Наукові стандарти наступного покоління - (8-11 років)

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. 

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 - (11-14 років)

Інженерний дизайн 

• 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.

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 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.

• суахілі