Máy Gumball tương tác
Bài học này tập trung vào lịch sử của máy đánh kẹo cao su, thế năng và động năng. Học sinh làm việc theo nhóm để đầu tiên xây dựng một cầu trượt kẹo cao su và sau đó là một máy chơi kẹo dẻo tương tác.
- Khám phá thế năng và động năng.
- Thiết kế và chế tạo một máy chơi kẹo dẻo tương tác.
- Thực hiện quy trình thiết kế kỹ thuật để giải quyết thách thức thiết kế.
Độ tuổi: 10-18
Vật liệu xây dựng (Cho mỗi đội)
Vật liệu cần thiết cho cả Hoạt động 2 & 3 (Bảng Khả năng)
- Hộp các tông
- Chai nhựa 2 lít
- Ly giấy
- gậy popsicle
- Chốt
- Xiên
- Đất sét
- Chất tẩy rửa đường ống
- Kéo
- Dây thun
- Chuỗi
- Kẹp giấy
- Kẹp chất kết dính
- Kho thẻ và / hoặc thư mục tệp
- Các miếng bìa cứng (cắt một vài hộp thành các miếng có kích thước khác nhau)
- Băng keo
- 6 'Ống (chất cách điện đường ống được cắt đôi theo chiều dài) - 1 cho mỗi đội
- Dao Xacto (Dành cho giáo viên)
Vật liệu thử nghiệm
- Gumballs (hoặc viên bi để tượng trưng cho viên kẹo cao su nếu trường của bạn không cho phép dùng kẹo cao su)
- Ly giấy
- Giỏ đựng giấy vụn (dành cho học sinh nhỏ tuổi)
Vật liệu
- Gumballs (hoặc viên bi để tượng trưng cho viên kẹo cao su nếu trường của bạn không cho phép dùng kẹo cao su)
- Ly giấy
- Giỏ đựng giấy vụn (dành cho trẻ nhỏ)
Quy trình xét duyệt
Hoạt động 2 - Mỗi đội kiểm tra thiết kế cầu trượt của mình bằng cách đặt viên bi ở đầu cầu trượt và để viên bi lăn vào một cái cốc. Học sinh có thể quyết định nơi họ muốn đặt cốc. Học sinh phải ghi lại xem viên bi có ở trên đường ray hay không và có rơi vào cốc hay không.
Hoạt động 3 - Mỗi đội kiểm tra thiết kế máy chơi kẹo cao su của mình bằng cách đặt viên bi vào điểm bắt đầu trong máy của họ và cho phép nó đi theo đường đua cho đến khi rơi vào cốc. Học sinh phải chứng minh cách hoạt động của phần tử tương tác và (các) vòng lặp. Học sinh nên ghi lại thời gian viên kẹo cao su đi từ điểm xuất phát đến cốc là bao lâu.
Đối với những học sinh nhỏ tuổi, hãy sử dụng một cái rổ đựng giấy vụn thay vì những chiếc cốc để hứng những viên kẹo cao su.
Hoạt động 2 - Đường trượt Gumball: Thử thách thiết kế
Bạn là một nhóm kỹ sư đã được giao thử thách thiết kế và xây dựng một đường trượt cho một viên kẹo cao su di chuyển xuống càng nhanh càng tốt và hạ cánh trong một chiếc cốc. Quả cầu kẹo cao su phải nằm trên một đường đua và hạ cánh trong một chiếc cốc. Cầu trượt phải có khả năng tự đứng vững (tự nâng đỡ).
Tiêu chuẩn
- Gumball phải ở trên “đường đua”.
- Gumball phải hạ cánh trong một cái cốc. (Nơi bạn đặt cốc là tùy thuộc vào đội của bạn)
- Trượt phải tự chống đỡ (tự đứng).
Những ràng buộc
- Bạn không thể đẩy viên kẹo cao su để bắt đầu.
- Chỉ sử dụng các tài liệu được cung cấp.
- Các đội có thể giao dịch nguyên liệu không giới hạn.
Hoạt động 3 - Máy Gumball: Thử thách thiết kế
Bạn là một nhóm kỹ sư đã được giao thử thách thiết kế và chế tạo một máy chơi kẹo dẻo tương tác để thu hút khách hàng vào một cửa hàng đồ chơi. Máy phải có một phần tử tương tác và tối thiểu một vòng lặp. Máy cũng phải có khả năng tự đứng vững (tự hỗ trợ) và càng sáng tạo càng tốt.
Tiêu chuẩn
- Giữ kẹo cao su trên đường đua.
- Có một yếu tố tương tác.
- Có tối thiểu 1 vòng lặp.
- Hãy tự hỗ trợ (tự đứng vững) và sáng tạo nhất có thể.
Những ràng buộc
- Chỉ sử dụng các tài liệu được cung cấp.
- Các đội có thể giao dịch nguyên liệu không giới hạn.
- Chia lớp thành các đội 3-4.
- Phát bảng tính Interactive Gumball Machine, cũng như một số tờ giấy để phác thảo thiết kế.
- Thảo luận về các chủ đề trong Phần Khái niệm Cơ bản.
- Hoạt động 1: Đọc lịch sử đằng sau máy chơi kẹo cao su và thảo luận với tư cách là người dẫn đầu về thử thách thiết kế chính. Hỏi học sinh về loại máy bán hàng tự động nào các em đã từng thấy và loại máy bán hàng tự động nào các em muốn có ở trường hoặc ở thị trấn / thành phố của mình.
- Hoạt động 2: Trượt kẹo cao su - Giải thích cho học sinh hiểu rằng các em sẽ khám phá lực hấp dẫn và năng lượng khi trượt kẹo cao su.
- Hoạt động 3: Máy Gumball - Dành thời gian để thảo luận về tương tác hoặc tương tác có nghĩa là gì. Yêu cầu học sinh xác định nó và sau đó cung cấp một số ví dụ.
- Tương tác- là một loại hành động xảy ra khi hai hoặc nhiều đối tượng có tác động lên nhau.
- Tương tác- tác động lẫn nhau.
- Ví dụ: Trò chơi điện tử- tương tác giữa người dùng và trò chơi. Nó tương tác vì nó yêu cầu người dùng tham gia để trò chơi tiến lên.
- Để học sinh suy nghĩ về cách tương tác của máy chơi kẹo cao su, bạn có thể hiển thị các bức ảnh dưới đây: (Mang hình ảnh vào)
- Xem lại Quy trình Thiết kế Kỹ thuật, Thử thách Thiết kế, Tiêu chí, Ràng buộc và Vật liệu cho mỗi Hoạt động.
- Cung cấp cho mỗi đội tài liệu của họ.
- Giải thích rằng học sinh phải hoàn thành 3 hoạt động.
- Hoạt động 1: Tìm hiểu lịch sử ra đời của máy đánh kẹo cao su.
- Hoạt động 2: Thiết kế và xây dựng cầu trượt kẹo cao su.
- Hoạt động 3: Thiết kế và chế tạo máy đánh kẹo cao su tương tác.
- Thông báo lượng thời gian họ phải thiết kế và xây dựng:
- Hoạt động 1: Lịch sử của máy Gumball (1/2 giờ).
- Hoạt động 2: Trượt Gumball (1 giờ).
- Hoạt động 3: Máy Gumball tương tác (1-2 giờ).
- Sử dụng bộ hẹn giờ hoặc đồng hồ bấm giờ trực tuyến (tính năng đếm ngược) để đảm bảo bạn luôn đúng giờ. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Cho học sinh “kiểm tra thời gian” thường xuyên để chúng tiếp tục làm việc. Nếu họ đang gặp khó khăn, hãy đặt những câu hỏi giúp họ tìm ra giải pháp nhanh hơn.
- Học sinh họp và xây dựng kế hoạch cho Hoạt động 2: cầu trượt kẹo cao su.
- Các đội xây cầu trượt kẹo cao su của họ.
- Mỗi đội kiểm tra thiết kế cầu trượt của mình bằng cách đặt viên bi ở đầu cầu trượt và để viên bi lăn vào một cái cốc. Học sinh có thể quyết định nơi họ muốn đặt cốc. Học sinh phải ghi lại xem viên bi có ở trên đường ray hay không và có rơi vào cốc hay không.
- Thảo luận trong lớp bằng các câu hỏi sau:
- Điều gì khiến viên kẹo cao su bắt đầu di chuyển xuống đường trượt? (Trọng lực)
- Viên kẹo cao su có loại năng lượng nào trước khi bạn giải phóng nó? (Năng lượng tiềm năng)
- Loại năng lượng mà viên kẹo cao su có được sau khi bạn giải phóng nó? (Động năng)
- Bạn sẽ tìm thấy lượng tiềm năng lớn nhất ở đâu? Tại sao? (Phần trên cùng của trang trình bày, vì đây là điểm cao nhất trên trang trình bày, PE = mgh)
- Bạn sẽ tìm nơi nào có động năng lớn nhất? Tại sao? (Phần dưới cùng của trang trình bày, vì viên kẹo cao su sẽ di chuyển nhanh nhất ở đó, KE = 1 / 2mv2)
- Kẹo cao su có hoạt động không? Tại sao? (Có, nó có lực tác dụng lên nó và di chuyển một khoảng xuống trang trình bày, W = fd)
- Bạn đã làm cách nào để khiến viên kẹo cao su của mình đi xuống đường trượt nhanh hơn? (Tăng độ dốc của trang trình bày hoặc chiều dài hoặc cả hai.)
- Bạn sẽ đặt cốc của mình ở đâu để kẹo cao su rơi vào đó? (Điều này sẽ khác nhau đối với mỗi đội.)
- Tại sao viên kẹo cao su lại muốn tiếp tục hoạt động? (Quán tính)
- Làm thế nào bạn có thể làm chậm kẹo cao su? (Giới thiệu ma sát)
- Học sinh họp và xây dựng kế hoạch cho Hoạt động 3: máy chơi kẹo dẻo tương tác của họ.
- Các đội xây dựng máy chơi kẹo cao su tương tác của họ.
- Mỗi đội kiểm tra thiết kế máy chơi kẹo cao su của họ bằng cách đặt viên bi ở điểm xuất phát trong máy của họ và cho phép nó đi theo đường đua cho đến khi rơi vào cốc. Học sinh phải chứng minh cách hoạt động của phần tử tương tác và (các) vòng lặp. Học sinh nên ghi lại thời gian viên kẹo cao su đi từ điểm xuất phát đến cốc là bao lâu. Đối với những học sinh nhỏ tuổi, hãy sử dụng một cái rổ đựng giấy vụn thay vì những chiếc cốc để hứng những viên kẹo cao su.
- Trong lớp, thảo luận về các câu hỏi phản ánh của học sinh.
- Để biết thêm nội dung về chủ đề này, hãy xem phần “Tìm hiểu sâu hơn”.
Phản ánh của học sinh (sổ ghi chép kỹ thuật)
- Điều gì đã diễn ra tốt đẹp?
- Điều gì không suôn sẻ?
- Yếu tố yêu thích của bạn trên máy chơi kẹo cao su tương tác của bạn là gì?
- Nếu bạn có thời gian để thiết kế lại một lần nữa, bạn sẽ thực hiện những thay đổi nào?
Sửa đổi thời gian
Bài học có thể được thực hiện trong ít nhất 1 tiết học cho học sinh lớn hơn. Tuy nhiên, để giúp học sinh không cảm thấy vội vàng và đảm bảo sự thành công của học sinh (đặc biệt là đối với học sinh nhỏ tuổi), hãy chia bài học thành hai giai đoạn để học sinh có thêm thời gian suy nghĩ, kiểm tra ý tưởng và hoàn thiện thiết kế của mình. Tiến hành kiểm tra và phỏng vấn trong tiết học tiếp theo.
- Gia tốc: Tốc độ mà một vật thay đổi vận tốc của nó. Một vật đang tăng tốc nếu nó đang thay đổi tốc độ hoặc hướng của nó. Một vật đang tăng tốc nếu nó đang thay đổi vận tốc (vừa tăng tốc vừa giảm tốc độ).
- Hạn chế: Hạn chế về vật chất, thời gian, quy mô đội, v.v.
- Tiêu chí: Các điều kiện mà thiết kế phải đáp ứng như kích thước tổng thể của nó, v.v.
- Năng lượng: Năng lực thực hiện công việc. Bạn thực hiện công việc khi bạn sử dụng một lực (đẩy hoặc kéo) để gây ra chuyển động.
- Kỹ sư: Nhà phát minh và người giải quyết vấn đề của thế giới. XNUMX chuyên ngành chính được công nhận trong lĩnh vực kỹ thuật (xem đồ họa thông tin).
- Quy trình thiết kế kỹ thuật: Các kỹ sư quy trình sử dụng để giải quyết các vấn đề.
- Thói quen kỹ thuật trong tâm trí (EHM): Sáu cách độc đáo mà các kỹ sư nghĩ.
- Lực: Một lực đẩy hoặc kéo lên một vật thể do tương tác của vật thể với vật thể khác.
- Lực ma sát: Lực cản chuyển động của vật.
- Lực hút: Lực hút mà các vật có xu hướng rơi về phía tâm của trái đất.
- Tương tác: Một loại hành động xảy ra khi hai hoặc nhiều đối tượng có tác động lên nhau.
- Tương tác: Hành động với nhau.
- Kinetic Energy: Năng lượng của chuyển động. Mọi vật chuyển động đều có động năng. Động năng phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ của vật. Công thức của động năng là KE = 1 / 2mv2. [m = khối lượng của vật thể, v = vận tốc của vật thể]
- Lặp lại: Kiểm tra và thiết kế lại là một lần lặp lại. Lặp lại (nhiều lần lặp lại).
- Khối lượng: Số lượng vật chất trong một cơ thể.
- Chuyển động: Sự thay đổi vị trí của một vật theo thời gian được đo bởi một người quan sát cụ thể trong hệ quy chiếu.
- Năng lượng tiềm năng: Năng lượng của vị trí. Thế năng phụ thuộc vào khối lượng và chiều cao của một vật. Công thức của thế năng là PE = mgh. [m = khối lượng của vật, g = gia tốc do trọng trường (9.8 m / s2), h = chiều cao của vật]
- Nguyên mẫu: Một mô hình hoạt động của giải pháp được thử nghiệm.
- Tốc độ: Tốc độ của một đối tượng đang chuyển động.
- Vận tốc: Tốc độ mà một vật thay đổi vị trí của nó. Momentum: Khối lượng chuyển động. Lượng xung lượng phụ thuộc vào mức độ di chuyển của vật và tốc độ di chuyển của vật đó.
- Trọng lượng: Lực hút trọng trường của trái đất lên vật thể.
- Bài làm: Lực tác dụng lên một vật để di chuyển vật đó trên một quãng đường. Công thức cho công việc là W = fd. [f = lực tác dụng lên vật, d = độ dời của vật].
Đề Nghị Đọc
- Máy bán hàng tự động: Lịch sử xã hội Hoa Kỳ (ISBN: 978-0786413690) Máy bán hàng tự động (ISBN: 978-0981960012)
Hoạt động viết
- Yêu cầu học sinh viết những câu chuyện ngắn về “một ngày trong đời” của máy chơi kẹo cao su. Máy chơi kẹo cao su gặp ai và điều gì xảy ra? Làm thế nào để máy chơi kẹo cao su thay đổi cuộc sống của những đứa trẻ nhận được một viên kẹo cao su từ nó?
- Học sinh cũng có thể tạo quảng cáo để thu hút nhiều khách hàng hơn đến cửa hàng đồ chơi. Họ nên làm nổi bật máy chơi kẹo cao su tương tác trong quảng cáo. Tại sao trẻ em nên đến cửa hàng đồ chơi này? Tại sao máy chơi kẹo cao su tương tác là nơi phải ghé thăm?
Sắp xếp theo khung chương trình giảng dạy
Lưu ý: Các kế hoạch bài học trong loạt bài này phù hợp với một hoặc nhiều bộ tiêu chuẩn sau:
- Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Hoa Kỳ (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Tiêu chuẩn Khoa học Thế hệ Tiếp theo của Hoa Kỳ (http://www.nextgenscience.org/)
- Các tiêu chuẩn của Hiệp hội Giáo dục Công nghệ Quốc tế về Khả năng Đọc hiểu Công nghệ (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Các Nguyên tắc và Tiêu chuẩn của Hội đồng Giáo viên Toán học Quốc gia Hoa Kỳ cho môn Toán học đường (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Tiêu chuẩn Tiểu bang Chung cốt lõi của Hoa Kỳ về Toán học (http://www.corestandards.org/Math)
- Hiệp hội Giáo viên Khoa học Máy tính K-12 Tiêu chuẩn Khoa học Máy tính (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Quốc gia Lớp K-4 (4-9 tuổi)
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN A: Khoa học như Tìm hiểu
Do kết quả của các hoạt động, tất cả học sinh phải phát triển
- Các kỹ năng cần thiết để thực hiện nghiên cứu khoa học
- Hiểu biết về điều tra khoa học
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN B: Khoa học Vật lý
Kết quả của các hoạt động, tất cả học sinh sẽ phát triển sự hiểu biết về
- Ánh sáng, nhiệt, điện và từ tính
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN E: Khoa học và Công nghệ
Do kết quả của các hoạt động, tất cả học sinh phải phát triển
- Hiểu biết về khoa học và công nghệ
Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Quốc gia Lớp 5-8 (10-14 tuổi)
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN A: Khoa học như Tìm hiểu
Do kết quả của các hoạt động, tất cả học sinh phải phát triển
- Các kỹ năng cần thiết để thực hiện nghiên cứu khoa học
- Hiểu biết về nghiên cứu khoa học
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN B: Khoa học Vật lý
Kết quả của các hoạt động của họ, tất cả học sinh phải phát triển sự hiểu biết về
- Thuộc tính và sự thay đổi của thuộc tính trong vật chất
- Truyền năng lượng
NỘI DUNG TIÊU CHUẨN E: Khoa học và Công nghệ
Do kết quả của các hoạt động, tất cả học sinh phải phát triển
- Hiểu biết về khoa học và công nghệ
Tiêu chuẩn Khoa học Thế hệ Tiếp theo Lớp 3-5 (8-11 tuổi)
Vật chất và các Tương tác của nó
Học sinh thể hiện sự hiểu biết có thể:
- 2-PS1-2. Phân tích dữ liệu thu được từ việc thử nghiệm các vật liệu khác nhau để xác định vật liệu nào có các đặc tính phù hợp nhất cho mục đích đã định.
- 5-PS1-3. Thực hiện các quan sát và đo lường để xác định vật liệu dựa trên các đặc tính của chúng
Tiêu chuẩn về Kiến thức Công nghệ - Mọi lứa tuổi
Thiết kế
- Tiêu chuẩn 10: Học sinh sẽ phát triển sự hiểu biết về vai trò của xử lý sự cố, nghiên cứu và phát triển, phát minh và đổi mới, và thử nghiệm trong việc giải quyết vấn đề.
Kịch bản
Một cửa hàng đồ chơi địa phương cần thu hút nhiều khách hàng hơn, vì vậy họ đã yêu cầu lớp của bạn giúp họ bằng cách tạo ra một màn hình đặc biệt sẽ được bố trí ở trung tâm cửa hàng và sẽ rất thú vị đối với trẻ em - một máy chơi kẹo dẻo tương tác!
Thử thách thiết kế
Thiết kế và chế tạo một máy chơi kẹo cao su tương tác thú vị sẽ thu hút khách hàng vào cửa hàng đồ chơi.
Tiêu chuẩn
Tất cả các thiết kế phải:
- giữ kẹo cao su trên đường đua,
- có một yếu tố tương tác,
- có tối thiểu 1 vòng lặp,
- tự hỗ trợ (tự đứng vững), và
- sáng tạo nhất có thể.
Những ràng buộc
- Bạn chỉ được sử dụng các tài liệu được cung cấp.
Thành viên trong nhóm:_____________________________________________
Tên máy Gumball tương tác: __________________________________________
Giai đoạn lập kế hoạch
Gặp gỡ như một nhóm và thảo luận về vấn đề bạn cần giải quyết. Sau đó, phát triển và thống nhất một thiết kế cho máy đánh bóng kẹo cao su của bạn. Bạn sẽ cần xác định những vật liệu bạn muốn sử dụng. Vẽ thiết kế của bạn trong hộp bên dưới và nhớ chỉ ra mô tả và số bộ phận bạn định sử dụng.
Động não thiết kế cho trang trình bày kẹo dẻo của bạn:
Chọn thiết kế tốt nhất của bạn và phác thảo nó ở đây:
Giai đoạn xây dựng
Xây dựng máy chơi kẹo cao su của bạn. Trong quá trình xây dựng, bạn có thể quyết định rằng bạn cần vật liệu bổ sung hoặc thiết kế của bạn cần thay đổi. Điều này là ổn - chỉ cần tạo một bản phác thảo mới và sửa đổi danh sách vật liệu của bạn.
Giai đoạn thử nghiệm
Mỗi đội sẽ kiểm tra máy chơi kẹo cao su của mình. Nếu thiết kế của bạn không thành công, hãy thiết kế lại và thử nghiệm lại, cho đến khi bạn hài lòng với nó. Hãy nhớ xem các bài kiểm tra của các đội khác và quan sát cách các thiết kế khác nhau của họ hoạt động.
Phác thảo thiết kế cuối cùng của bạn
Giai đoạn đánh giá
Đánh giá kết quả của nhóm bạn, hoàn thành phiếu đánh giá và trình bày kết quả của bạn trước lớp.
Sử dụng trang tính này để đánh giá kết quả của nhóm bạn trong Bài học về Máy Gumball Tương tác:
- Điều gì đã diễn ra tốt đẹp?
- Điều gì không suôn sẻ?
- Yếu tố yêu thích của bạn trên máy chơi kẹo cao su tương tác của bạn là gì?
- Nếu bạn có thời gian để thiết kế lại một lần nữa, bạn sẽ thực hiện những thay đổi nào?