Кіріспе/Мотивация

(Төмендегі ақпаратқа қоса, оны жылжытыңыз! байланысты сабақ осы әрекетке кіріспе береді. Белсенділік мотивациясы «Бағалау» және «Сабақты кеңейту» бөлімдерінде де талқыланады.)

Табиғи апаттардың не екенін білесіз бе? Сізде бір кездері болды ма? (Оқушылардың жауаптарын тыңдау). Табиғи апаттар - бұл су тасқыны, жер сілкінісі және дауыл сияқты айтарлықтай зиян келтіретін және кейде тіпті адам өліміне әкелетін табиғи құбылыстар. Бұл табиғи апаттар инфрақұрылымның бұзылуына байланысты адамның азық-түлік, су және баспана сияқты негізгі қажеттіліктерін қолжетімсіз етеді. 

Сіз апаттан зардап шеккендерге көмек пакетінің төмендеуі туралы естідіңіз бе? (Оқушылардың жауаптарын тыңдау.) Апат кезінде көмек көрсету топтары мен қарулы күштер жету өте қиын, көбінесе жақын маңдағы жолдар, пойыздар немесе әуежайлар жоқ аудандардағы адамдарға өмірді қамтамасыз ететін, кейде нәзік азық-түлік пен жабдықтарды жеткізуі керек.

Бұл қорлар белгіленген қону аймақтарына дәл және бұзылмаған күйде жетуі керек. Іс жоспарланғандай болмаған кезде, азық-түлік қаптары соққыдан жарылып кетуі мүмкін, ал кейде жеткізілімдер мақсатты қону аймақтарын мүлде жіберіп алады. (Оқушыларға 1994 жылы Заирде нысанаға қонған төтенше азық-түлік тамшылары туралы жаңалықтар мақаласын дауыстап оқыңыз.)

Бүгінгі сіздің инженерлік міндетіңіз – нәзік шикі жұмыртқамен бейнеленген, белгіленген биіктіктен дәл және қауіпсіз түрде бағалы заттарды (жұмыртқаны ұстау) лақтыру әдістерін сынау арқылы осы нақты өмірлік мәселені шешуге тырысу үшін инженерлік жобалау процесі мен энергия (потенциал, кинетикалық, энергияны сақтау) туралы білетіндеріңізді қолдану. Бастайық!

Процедура

Әрекет алдында

• Сынақ аэродроптарын жасау үшін жақсы орынды табыңыз. Ең дұрысы, құрылғыларды 3, 6 (егер мұғалім оны басынан жоғары ұстаса), 15 фут (екінші қабат терезесі) және мүмкіндігінше жоғары сияқты үш немесе төрт түрлі биіктіктен тастаңыз.
• Тікелей түсу нүктесінің астына мақсатты белгілеңіз (мысалы, екінші әңгіме терезесі). Қону алаңы жұмсақ болса, құлау бетін қаттырақ ету үшін нысананың астына фанера немесе бетон блоктарын қойыңыз. Қауіпсіздік және біркелкі болу үшін мұғалімнен барлық аэродроптарды жасауды (немесе кем дегенде мұқият бақылауды) сұраңыз.
• Материалдарды жинап, әр топқа бірдей керек-жарақтарды дайындаңыз. Жабдықтарды шектеу және нақты дүние жағдайларына ұқсайтын көбірек шектеулер жасау туралы идеялар үшін Әрекетті масштабтау бөлімін қараңыз.
• Сыныптағы уақыт шектеулеріне негізделе отырып, студенттерге жобаларын әзірлеу және жасау үшін уақыт шегін шешіңіз. Бұл сондай-ақ нақты дүние жағдайларын еліктейді және әдетте студенттерге тез жұмысқа шоғырлануға көмектеседі. Кем дегенде 25-30 минутқа рұқсат етіңіз. Жалпы алғанда, неғұрлым көп уақыт берілсе, жобалар соғұрлым жақсы болады.

Оқушылармен

1. Сыныпты екі оқушыдан тұратын топтарға бөліңіз. Кездейсоқ бөлінген топтар бір-бірін жақсы білмейтін және тіл табыса алмайтын адамдар арасында инженерлік мәселелердің командалық жұмысты қажет ететінін жақсырақ ұқсатады. Екінші жағынан, кездейсоқ бөлінген топтар көбірек бұзуы мүмкін.
2. Оқушыларға төмендегі суретті көрсету арқылы инженерлік жобалау процесімен таныстырыңыз немесе тақтада шеңбер бойымен жеті қадамды жазыңыз. Инженерлер мәселелерді шешу үшін инженерлік жобалау процесін қолданатынын және бұл процесс қайталанатын және сәтсіздіктен сабақ алуға көмектесетінін түсіндіріңіз.
3. Кіріспе/Мотивация мазмұнын көрсетіңіз.
4. EDP ​​1-қадам: қажеттіліктер мен шектеулерді анықтауды сұраңыз . Студенттерге инженерлер алдымен дизайн талаптары мен шектеулерін анықтау арқылы мәселелерді шешетінін хабарлаңыз. Бұл дизайн мәселесіне қойылатын талаптар мен шектеулер :

• Жұмыртқаны қорғайтын «нәрсе» жасаңыз, ол нәзік көмек құралдарын білдіреді, сондықтан ол ауа тамшыларынан аман қалады.
• Құлаған жұмыртқаның бүлінбей қалуы ғана емес, ол нысанаға жақын жерге түсуі керек.
• Сіздің құрылыс материалдарыңыз мұғалімнің бергенімен шектеледі.
• Сіздің жұмыртқаны қорғау жүйеңіз бір биіктіктен сыналады. (Оқушыларға биіктерді айту.)
• Жұмыртқаның бүтіндігін немесе жарылғанын анықтау үшін әрбір сынақ тамшысынан кейін мұғалімге тексеру үшін қандай да бір жол қалдыру керек. Қарапайым әдістердің бірі - мұғалім жұмыртқаны саусағымен соға алатын саңылау немесе кейбір кіру мүмкіндігін қалдыру. Ылғалды немесе майысқан қабықшаны сезіну жұмыртқаның сынғанын білдіреді.
• Сізде __ минут бар.

3. EDP ​​3-қадам: Мүмкін шешімдерді елестетіңіз . Студенттерді өз топтарында ми шабуылына бағыттаңыз, содан кейін не істегісі келетінін және не үшін жасағылары келетінін сипаттайтын қысқа абзацтармен бірге сызбалар жасау арқылы құрылғыларын жобалаңыз. Мұны инженерлер жасайды. Мұны істеу сонымен қатар студенттерді өз идеяларын басқаларға жеткізуге ынталандырады, бұл топта жұмыс істегенде маңызды және олардың идеяларын лайықты талдауға көмектеседі.
4. EDP ​​4-қадам: перспективалы шешімді таңдау арқылы жоспарлаңыз . Студенттерден бұрынғы қадамдардағы қажеттіліктерді, шектеулерді және зерттеулерді қайта қарауды, ең жақсы идеяларын салыстыруды, бір шешімді таңдауды және онымен алға жылжу жоспарын жасауды сұраңыз.
5. Жабдықтарды, соның ішінде жұмыртқаны таратыңыз. Студенттерге нәзік жүкпен абай болуды ескертіңіз. Оларға жұмыртқаны байқаусызда сындырса, жазаға тартылатыны туралы хабарлаңыз (бірнеше минуттық жұмыс уақытын жоғалту немесе ластануды тазалаудан басқа материалдарды жоғалту сияқты).
6. EDP ​​5-қадам: Прототип жасау . Студенттерге қолында бар материалдармен өздері шешкен дизайнды жасау үшін бірлесіп жұмыс жасаңыз.
7. EDP ​​6-қадам: Прототипті сынау және бағалау . Прототип жасау/құрылыс уақыты аяқталғанда, командалардан дизайндарын түсіру орнына әкелуді сұраңыз. 3 фут биіктіктен жұмыртқаны түсіруді орындаңыз. Бүкіл құрылғы қажетті биіктіктен жоғары екеніне көз жеткізіңіз. Сынған жұмыртқаны сынап көріңіз және оқушылардан нысанаға дейінгі қашықтықты өлшеуді және жазуды сұраңыз.
8. Бірінші биіктіктен аман қалған жұмыртқа пакеттері екінші биіктікке көшеді. Егер мұғалім жұмыртқаны түсіріп тастаса, оқушылардан оны тастаудың қажетті әдісін көрсетуін ұмытпаңыз, себебі ол ең тиімді болуы үшін белгілі бір бағытты қажет етуі мүмкін. Жұмыртқаларды тастаңыз және сынған қабықтарды тексеріңіз. Оқушылардан белгіленген нысанаға дейінгі қашықтықты өлшеуге және жазуға көмектесуін сұраңыз. Барлық жұмыртқалар сынғанша немесе биіктіктер немесе дөңгелектер біткенше қайталаңыз.
9. Әр топ олардың не істегенін және олардың конструкциялары жұмыртқаларды қорғауға және олардың нысанаға жақындағанына көз жеткізуге арналғанын талқылаңыз. Олардың дизайнында не істеп, не істемегенін, сондай-ақ оларды жақсарту үшін не істей алатынын сипаттайтынына көз жеткізіңіз. Олардың түсіндірмелерін кинетикалық және потенциалдық энергиямен байланыстыруды сұраңыз және олардың конструкциялары жұмыртқаны сындырмай энергияны қалай таратқанын талқылаңыз. Ең табысты топ - ең ұзақ аман қалған және нысанадан ең аз жалпы қашықтыққа жеткен топ.
10. Әр топ табиғи апаттан кейін жұмыс істеу үшін прототипін қалай өзгертуге және жақсартуға болатынын талқылаңыз.

Сөздік/анықтамалар

үдеу: жылдамдықтың уақытқа қатысты өзгеру жылдамдығы. Нысанның жылдамдығының қаншалықты жылдам артатынын немесе азайатынын көрсететін өлшем.

энергия: жұмыс істеу қабілеті. Энергияның бірнеше түрлеріне мыналар жатады: механикалық, жылулық, электрлік, магниттік, химиялық, ядролық, дыбыстық немесе сәулелік. Осы әрекеттің және онымен байланысты сабақтың мақсаттары үшін біз ең алдымен механикалық энергияға назар аударамыз, өйткені ол қозғалыс энергиясы.

күш: объектінің тыныштық күйін немесе қозғалысын өзгертуге бейім кез келген нәрсе. Күш екі шамамен көрсетіледі; оның кеңістіктегі шамасы мен бағыты. Күштің шамасы фунт, тонна немесе Ньютон сияқты шамалар арқылы көрсетіледі. Кеңістіктегі бағыт сөзбе-сөз күш қолданылған бағытты білдіреді. Бұл күш вектор екенін білдіреді және оны толық анықтау үшін екі ақпарат қажет. Нысанға бір мезгілде бірнеше күштер әсер еткенде, объект шамасы мен бағыты түсірілген күштердің қосындысы болатын бір күш әсер еткендей қозғалады.

әсер ету: бір заттың екіншісіне соғуы; соқтығыс.

кинетикалық энергия: объектінің қозғалысына байланысты алатын энергиясы.

масса: заттың құрамында қанша зат бар екенін немесе заттағы бөлшектердің жалпы санын көрсететін өлшем. Масса салмақ емес. Салмақ - бұл массаға ауырлық күші әсерінен әсер ететін күш. Осылайша, адамның массасы әртүрлі планеталарда өзгермейді, бірақ салмағы өзгереді. Мысалы, егер сіз Айда болсаңыз, қазір дене салмағыңыздың шамамен 1/6 бөлігіне тең болар едіңіз.

табиғи апат: су тасқыны, жер сілкінісі немесе дауыл сияқты үлкен шығынға немесе адам өліміне әкелетін табиғи оқиға.

потенциалдық энергия: Бөлшектің немесе бөлшектер жүйесінің орналасуынан немесе жағдайынан туындайтын энергиясы. Гравитациялық потенциалдық энергия объектінің жерден қаншалықты биік екендігіне негізделген, ал потенциалдық энергияның басқа түрлеріне серіппелер, батареялар немесе отын жатады.

вектор: шамасы да, бағыты да бар шама. Мысал векторлық шамалар жылдамдықты, салмақты және күшті қамтиды. Немесе жылдамдық пен масса векторлық шамалар ЕМЕС және оларды шамалары арқылы көрсетуге болады.

жылдамдық: шамасы объектінің жылдамдығы болып табылатын және бағыты объектінің қозғалыс бағытында болатын векторлық шама. Жылдамдық жылдамдықтан ерекшеленеді, өйткені жылдамдық бағытты да сипаттайды.

Бағалау

• Сынып ретінде әрбір жұмыртқа түсетін нысанадан қашықтығын, биіктігін x осінде және y осінде нысанадан қашықтығын белгілеңіз. Әртүрлі топтарды құру үшін әртүрлі түстерді пайдаланыңыз және кейбір дизайн басқаларға қарағанда дәлірек болуы мүмкін себептерді талқылаңыз. Биіктік өскен сайын дәлдік қалай өзгереді?
• Дизайн түсіндірмесі : Оқушылардың механикалық энергия түсінігін түсінетініне көз жеткізу үшін топ жобаларын қайталаңыз. Түсінуді өлшеудің бір әдісі - студенттерге өз жобаларын салу және олардың конструкциялары неге қауіпсіз, дәл түсуді қамтамасыз етеді деп ойлайтынын өз сөздерімен түсіндіретін қысқа абзацтар жазу.
• Дизайнды бағалау : студенттердің құрылғылары мен нәтижелерінің сипаттамаларын тыңдаңыз. Оқушылар әртүрлі тамшыларға арналған құрылғыларын қаншалықты жақсы құрастырды? Олар ненің жұмыс істегенін және не істемейтінін түсінді ме? Мүмкін, ең бастысы, олар белгілі бір дизайнның неге жұмыс істемейтінін түсінеді ме?
• Энергия сұрақтары : Оқушылардан жұмыртқа жерге соқтығысқанға дейін босатылған кезде энергияның қалай берілетінін түсіндіруді сұраңыз. Бұл сұрақтың маңыздылығы осы инженерлік жобалау іс-әрекетіндегі материалды механикалық энергия түрлері бойынша сабаққа байланыстыру болып табылады. Сабақтағы материалды әрекетке дейін немесе кейін жабыңыз.

Зерттеу сұрақтары

• Жұмыртқаны қорғау үшін қандай идеялар тиімді болды? Неліктен олар жұмыс істеді деп ойлайсыз? (Оқушылардан энергияның тасымалдануы туралы ойлануын сұраңыз. Мысалы, парашют ауаның парашютпен үйкелісіне байланысты энергияның бір бөлігін таратып жіберу арқылы үдеуді шектейді. Бұл үйкеліс үдеуді шектейтін жоғары күш тудырады.)
• Нысанаға жақын жерге қону кезінде құрылғының дәлдігін жақсарту үшін қандай идеялар тиімді болды? Олар не үшін жұмыс істеді?
• Дизайн кезеңінде қандай идеялар перспективалы болып көрінді, бірақ жақсы жұмыс істемеді? Не болды? (Мүмкін пакеттің астына парашют түсіп қалған болуы мүмкін, т.б.)
• Жұмыртқаны жақсырақ қорғау үшін дизайныңызды қалай жақсартар едіңіз?
• Дәлірек қону үшін дизайныңызды қалай жетілдірер едіңіз?

Қауіпсіздік мәселелері

• Қайшы мен керек-жарақтар қауіптің негізгі көзі болып табылады. Оқушылардың дұрыс сақтық танытқанына көз жеткізіңіз.
• Екінші қабат терезесі сияқты биіктіктен құлап қалсаңыз, терезенің жанында студенттерді дұрыс қадағалауды ұмытпаңыз. Жоғары тамшылардың қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін жұмыртқаларды тек мұғалімге түсіру керек.
• Түсіру орны өте жақын қашықтыққа, әсіресе желді күнде анық болатынына көз жеткізіңіз. Жұмыртқалардың құлауы біреуге зиян тигізуі мүмкін, ал шикі жұмыртқалар ластанған және антисанитарлық.

Ақаулықтарды жою бойынша кеңестер

Студенттер өз құрылғыларын жасау кезінде байқаусызда жұмыртқаларын сындырып алуы мүмкін. Бірінші бұзушылық үшін шағын айыппұлды, мүмкін уақытты немесе материалдарды жоғалту, сондай-ақ тәртіпсіздікті жою тапсырмасын орындаңыз.

Сақ болыңыз, тоңазытқыштан тыс жерде қалған сынған жұмыртқалар сынған кезде өте жағымсыз иіс болады.

Егер бұл бір күнде орындауға тым көп болып көрінсе, әрекетті үш бөлімге бөліңіз: дизайн, жасау және тестілеу.

Әрекетті масштабтау

• Жетілдірілген студенттер үшін жабдықтардың санын азайтыңыз.
• Көптеген жабдықтарды қамтамасыз ету арқылы қиындықты қиындатыңыз, бірақ пакеттің жалпы салмағын жұмыртқаның салмағынан көп емес шектеңіз. Бұл нақты масштабты қажет етеді, бірақ қосымша шектеу нақты әлемдегі мәселені дәлірек көрсетеді. Әуе кемесі шектеулі жүк салмағына ие болғандықтан, түсірілген пакеттерде әдетте рұқсат етілген ең жоғары салмақ болады. Бұл максималды рұқсат етілген салмақтың қандай болуы керектігін анықтау үшін мұғалім тарапынан кейбір тестілеуді қажет етуі мүмкін.
• Қызметке экономикалық аспекті қосу арқылы тапсырманы талап етіңіз. Жабдықтардың бағасын тағайындаңыз және әр топқа жабдықты сатып алатын шектеулі бюджет беріңіз. Бұл көп уақытты алады, бірақ қаржылық шектеуді қосу арқылы нақты әлемдегі инженерлік мәселелердің жалпы түсінігін жақсартады. Ұқсас әрекетте мұны істеудің бір әдісі Жұмыртқалы қону әрекетінде сипатталған .
• Неғұрлым озық студенттер үшін жақсы парашют жасайтын материалдардың түрлерін шектеңіз (пластикалық немесе үлкен қағаз парақтары жоқ, студенттерді парашют жасаудың шығармашылық жолдарын ойлап табуға шақырады) немесе парашюттерді толығымен алып тастаңыз.