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| -Apprendimento basato su progetti
Questo metodo incoraggia gli studenti ad apprendere abilità e ad applicare le loro conoscenze partecipando ad un progetto. Lavorano per un periodo prolungato per ricercare e creare una soluzione a un problema o a una domanda. Il tuo ruolo come insegnante è quello di essere un facilitatore e incoraggiare gli studenti a prendere il pieno controllo dei loro progetti dall’inizio alla fine. – Usare il processo di progettazione ingegneristica (EDP) Questa è una serie di passi che gli studenti possono fare per progettare soluzioni a problemi come parte di un progetto. Questa strategia di apprendimento basata sul progetto dovrebbe incoraggiare disegni aperti, creatività e soluzioni pratiche: CHIEDERE: Gli studenti identificano il problema, i requisiti che devono essere soddisfatti e i vincoli che devono essere considerati. IMMAGINE: Gli studenti fanno un brainstorming di soluzioni e ricerche di idee. Identificano anche ciò che altri hanno fatto. PIANO: Gli studenti scelgono due o tre delle migliori idee dalla loro lista di brainstorming e abbozzano possibili progetti, scegliendo alla fine un singolo progetto da prototipare. CREARE: Gli studenti costruiscono un modello funzionante, o prototipo, che si allinea con i requisiti del progetto e che rientra nei limiti del progetto. TEST: Gli studenti valutano la soluzione attraverso i test; raccolgono e analizzano i dati; riassumono i punti di forza e di debolezza del loro progetto che sono stati rivelati durante i test. MIGLIORARE: Sulla base dei risultati dei loro test, gli studenti fanno miglioramenti al loro progetto. Identificano anche i cambiamenti che faranno e giustificano le loro revisioni. |
Energia potenziale e cinetica, legge di conservazione dell’energia, gravità
In questa lezione, gli studenti impareranno a pensare e progettare come un ingegnere utilizzando il processo di ingegneria per progettare una montagna russa utilizzando l’isolamento dei tubi, le biglie e gli oggetti all’interno della stanza. I programmi di simulazione al computer aiuteranno a trovare diversi modi in cui le montagne russe possono essere progettate, tenendo conto di variabili come l’altezza, la velocità, la gravità e il percorso delle montagne russe. Gli studenti saranno divisi in gruppi dove impareranno ad interagire e a lavorare in gruppo, perché gli ingegneri devono essere grandi comunicatori! In primo luogo, passeranno attraverso una presentazione che evidenzia come le montagne russe sono progettate, e la fisica dietro al loro funzionamento. Pianificheranno il loro progetto usando i principi fondamentali che hanno imparato nella presentazione. Infine, gli studenti creeranno una montagna russa usando l’isolamento dei tubi flessibili come struttura, il nastro adesivo e una biglia che rappresenta il carrello pieno di passeggeri. Possono essere creativi quanto vogliono, utilizzando materiali trovati in giro per la stanza per aiutare la loro struttura e il loro percorso. Gli studenti progetteranno, valuteranno e miglioreranno durante la lezione, sperimentando il processo che gli ingegneri attraversano quotidianamente!
| DICHIARAZIONE DEL PROBLEMA
Sei il presidente di uno studio di ingegneria che progetta e costruisce montagne russe. Vialand ha appena commissionato a te e al tuo team di ingegneri altamente qualificati e specializzati la progettazione delle loro nuove montagne russe. Questo sarà il primo ottovolante del mondo. Deve essere più veloce e più emozionante di qualsiasi altro ottovolante esistente oggi. Le tue nuove montagne russe devono avere almeno una collina, un loop, un cavatappi e una curva. Il tuo gruppo deve prima creare un design per le tue montagne russe e un nome. Devi anche creare un nuovo cartello con il nome delle tue montagne russe. Una volta che il vostro disegno e il nome sono stati approvati, creerete queste montagne russe con i materiali forniti. Una volta completate le montagne russe, farete delle prove a tempo con diverse biglie per vedere quanto velocemente la biglia viaggia. Ogni gruppo sarà valutato in base alla creatività del progetto e se ha soddisfatto tutti i criteri. Alla fine di questo progetto, la classe voterà su quali montagne russe hanno avuto il miglior design complessivo. Progetta un ottovolante sicuro e divertente usando i materiali disponibili! CRITERI E VINCOLI: 1- Costruisci una montagna russa che abbia 2 colline O 1 loop e 1 collina. 2- Una biglia sarà usata come veicolo per le tue montagne russe con la biglia. 3- La biglia deve percorrere l’intera lunghezza delle montagne russe per essere considerata Procedura: 1.Costruisci una montagna russa che abbia almeno 2 punti alti (la partenza può essere uno) dove puoi osservare l’energia potenziale che si converte in energia cinetica. 1. Identificare queste aree con uno stuzzicadenti |
| 2. Puoi usare qualsiasi materiale fornito per costruire le tue montagne russe
3. Registra la tua Ipotesi come un’affermazione “Se— Allora ” basata su quale area avrà la maggiore energia potenziale (allegato 4) 4. Devi dare un nome alla tua corsa! 5. Fai correre la biglia attraverso le montagne russe 10 volte per determinare una velocità media in m/s. Registrerai i dati nel foglio di progettazione delle montagne russe (allegato 3). 6. Determinate l’energia potenziale usando l’equazione che avete fornito nel riscaldamento. Dopo aver completato con successo il progetto di base e dopo che il tuo insegnante ha approvato il tuo progetto, puoi modificarlo per ottenere punti di credito extra: colline aggiuntive, anelli, e/o la tua biglia che si ferma a 15 cm dalla fine. Vedi la rubrica per il punteggio! |
| Ingegneri meccanici: progettano le montagne russe, come il carrello si aggrappa alla pista, come si muove durante la corsa, come funzionano le pause e la meccanica, ecc.
Ingegneri elettrici: lavorano sui componenti elettrici in movimento, lavorano con l’ingegnere informatico per assicurarsi che i circuiti e il pannello di controllo funzionino tutti. Ingegneri informatici: lavorano sul sistema informatico che controlla le montagne russe Ingegneri strutturali: si assicurano che sia strutturalmente solido, costruiscono tutte le strutture bianche che puoi vedere nell’immagine, si assicurano che rimanga in piedi! Ingegneri chimici: propulsione a gas per alcune montagne russe |
| Ingegneri aerospaziali: rendere i carrelli aerodinamici in modo da non avere tanto attrito
e può andare il più veloce possibile Ingegneri dei materiali: decidere quali materiali usare per ogni parte che funzionerà al meglio e sarà il più economico, resistere al tempo in diverse aree del mondo Ingegneri dei trasporti: È simile alla progettazione di una strada molto tortuosa e complicata!
L’ingegneria è tutta una questione di collaborazione! Tutti questi diversi tipi di persone lavorano per creare qualcosa di divertente per la gente. Si tratta di trovare soluzioni ai problemi aiutando le persone e migliorando la loro vita. |
Otto lezioni di 40 minuti
| Gli studenti costruiscono i propri modellini di montagne russe in scala ridotta usando l’isolamento dei tubi e le biglie, e poi li analizzano usando i principi di fisica appresi nella lezione associata. Esaminano le conversioni tra energia cinetica e potenziale e gli effetti dell’attrito per progettare montagne russe che siano completamente guidate dalla gravità.
Connessione ingegneristica Durante la progettazione di modellini di montagne russe, gli studenti incontrano molti degli stessi problemi che gli ingegneri delle montagne russe del mondo reale affrontano. Al fine di costruire montagne russe funzionanti, gli studenti devono riconoscere i vincoli posti ai loro progetti e la progettazione di vere e proprie |
| le montagne russe in base alle leggi fondamentali della fisica. Gli studenti imparano che la loro capacità di comprendere e lavorare all’interno di questi vincoli è fondamentale per il successo delle loro montagne russe.
Dopo questo progetto, gli studenti dovrebbero essere in grado di: · Spiegare perché è importante per gli ingegneri capire come funzionano le montagne russe. · Spiegare in termini fisici come funzionano i loro modellini di montagne russe. · Discutere gli effetti della gravità e dell’attrito nel contesto dei loro progetti di montagne russe. · Usare il principio di conservazione dell’energia per spiegare la progettazione e la disposizione delle montagne russe. · Identificare i punti di una pista di montagne russe in cui un’auto ha la massima energia cinetica e potenziale. · Identificare i punti di una pista di montagne russe in cui un’auto sperimenta più o meno di 1 g di forza. · Identificare i punti di una pista di montagne russe in cui un’auto accelera e decelera. · parlare delle caratteristiche e della fisica che entrano in gioco nel funzionamento delle montagne russe. · imparare l’energia cinetica e potenziale, e come interagiscono con la gravità, l’altezza e la velocità. · identificare i diversi tipi di ingegneria che sono coinvolti nella costruzione di una montagna russa. · utilizzare il processo di ingegneria: Chiedere, immaginare, pianificare, creare, testare, migliorare · Condurre indagini sulle relazioni tra e tra le osservazioni, e raccogliere e registrare dati qualitativi e quantitativi. · Lavorare in modo collaborativo sui problemi; e usare un linguaggio e formati appropriati per comunicare idee, procedure e risultati · Illustrare lo sviluppo della scienza e della tecnologia descrivendo, confrontando e interpretando dispositivi meccanici che sono stati migliorati nel tempo. · Studiare e descrivere la trasmissione di forza ed energia tra le parti di un sistema meccanico. · Spiegare e applicare i concetti usati nelle misure teoriche e pratiche dell’energia nei sistemi meccanici. · Applicare i concetti di forza, massa e la legge di conservazione della quantità di moto per studiare le collisioni monodimensionali di due oggetti. · Applicare i principi alla base del movimento degli oggetti per spiegare la necessità di dispositivi e pratiche di sicurezza. · Descrivere il moto unidimensionale degli oggetti in termini di spostamento, tempo, velocità e accelerazione. · Identificare le situazioni in cui l’energia cinetica si trasforma in energia potenziale e viceversa. · Inventare un prodotto per soddisfare un bisogno. · Creare un prototipo e un modello finale, prendendo in considerazione i criteri di progettazione. · Usare la scienza, la matematica e i principi dell’ingegneria per progettare e ottimizzare un prodotto. |
| Gli ingegneri civili progettano strutture come montagne russe, ponti ed edifici.
Energia: la capacità di causare cambiamenti nella materia Energia potenziale: l’energia che un oggetto ha a causa della sua posizione o della sua condizione Energia cinetica: l’energia che un oggetto ha a causa del movimento Movimento: il cambiamento di posizione di un oggetto Forza: una spinta o una trazione che può causare un cambiamento nel movimento di un oggetto Gravità: la forza di attrazione tra due oggetti Attrito: una forza che agisce tra due oggetti che si toccano e che si oppone al movimento Accelerazione: La capacità di un veicolo di guadagnare velocità Forze equilibrate e non equilibrate: Una forza bilanciata risulta quando due o più forze agiscono su un oggetto in modo tale che si contrappongono esattamente l’una all’altra. Mentre sei seduto sul tuo sedile in questo momento, il sedile spinge verso l’alto con una forza uguale in forza e opposta in direzione alla forza di gravità. Si dice che queste due forze si bilanciano a vicenda, facendovi rimanere a riposo. Se il sedile viene improvvisamente tirato via da sotto di voi, allora sperimentate una forza sbilanciata. Non c’è più una forza del sedile verso l’alto per bilanciare la forza di gravità verso il basso, quindi si accelera verso il suolo. Forza centripeta: Una forza centripeta è una forza netta che agisce su un oggetto per mantenerlo in movimento lungo un percorso circolare. g :Un g è un’unità di accelerazione uguale all’accelerazione causata dalla gravità. La gravità fa sì che gli oggetti in caduta libera sulla Terra cambino la loro velocità al ritmo di circa 10 m/s ogni secondo Inerzia: l’inerzia è la tendenza di un oggetto a resistere al cambiamento del suo stato di moto. Massa: La massa di un oggetto è una misura della quantità di materiale in una sostanza. Quantità di moto: La quantità di moto riguarda la quantità di moto che un oggetto possiede. Qualsiasi massa che è in movimento ha una quantità di moto. Prima legge del moto di Newton: un oggetto a riposo o in moto uniforme in una linea retta rimarrà a riposo o nello stesso moto uniforme a meno che non sia agito da una forza sbilanciata. Questa è anche conosciuta come la legge d’inerzia. Seconda legge del moto di Newton: L’accelerazione di un oggetto è direttamente proporzionale alla forza totale sbilanciata esercitata sull’oggetto, ed è inversamente proporzionale alla massa dell’oggetto (in altre parole, all’aumentare della massa, l’accelerazione deve diminuire). L’accelerazione di un oggetto si muove nella stessa direzione della forza totale. Questa è anche conosciuta come la legge dell’accelerazione. Terza legge del moto di Newton: Se un oggetto esercita una forza su un secondo oggetto, il secondo oggetto esercita una forza uguale in grandezza e opposta in direzione sul corpo dell’oggetto. Questa è anche conosciuta come la legge dell’interazione. Periodo: Un movimento che si ripete in modo ciclico è detto periodico. Il tempo per un ciclo completo è conosciuto come il periodo del movimento. Il movimento di una lancetta dei secondi ha un periodo di 60 secondi. La rotazione periodica della terra intorno al suo asse è di 24 ore. Velocità: La velocità è una misura della velocità con cui un oggetto si muove. Sfondo Le montagne russe nei parchi di divertimento utilizzano energia potenziale ed energia cinetica. Tipicamente, un motore tira su l’auto delle montagne russe per ottenere la sua energia potenziale iniziale. Una volta raggiunto il punto di picco, nessun motore è collegato alla macchina in alcun modo. L’auto inizia il suo avvolgimento e looping decente lungo un binario che è stato progettato per convertire in modo sicuro l’energia potenziale in energia cinetica, rendendo un giro emozionante. Se l’auto passa attraverso un loop-de-loop e non ha abbastanza energia cinetica, non rimarrà su il binario mentre raggiunge il picco dell’anello. L’energia cinetica si misura come KE=(mv2 )/2, dove m è la massa dell’oggetto e v è la velocità. L’energia potenziale si misura come PE=mgh, dove m è |
| la massa, g è la forza gravitazionale e h è la distanza sopra il punto di riferimento da cui parte la massa.
Idealmente, tutta l’energia potenziale viene convertita in energia cinetica, ma in realtà questo non è mai vero, poiché una parte dell’energia viene persa a causa dell’attrito. A causa della perdita di energia, il picco dei cicli deve essere inferiore al punto di partenza iniziale dell’auto. · La cima della prima collina deve essere il punto più alto delle montagne russe. · Le auto si muovono più velocemente ai piedi delle colline e più lentamente in cima alle colline. · L’attrito converte l’energia utile in calore e deve essere ridotto al minimo. · Forze G maggiori di 1 si verificano ai piedi delle colline. · Forze G inferiori a 1 si verificano sulle cime delle colline. · Per evitare di cadere, le auto devono avere una certa velocità in cima ai loop. Energia cinetica: https://www. ducksters. com/science/physics/kinetic_energy. php Energia cinetica: https://www. physicsclassroom. com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy Energia potenziale: https://www. physicsclassroom. com/class/energy/Lesson-1/Potential-Energy Energia potenziale: https://www. ducksters. com/science/physics/potential_energy. php Trasformazione dell’energia sulle montagne russe: https://www. physicsclassroom. com/mmedia/energy/ce. cfm Roller Coaster Model Interactive: https://www. physicsclassroom. com/Physics- Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model-Interactive |
Usa il modello dell’Inchiesta Scientifica e il modello Test Your Idea per aiutarti con la tua domanda investigativa. Vedi gli allegati I. e II.
| F.7.3. Forza ed energia / Eventi fisici
F.7.3.2. Relazione tra forza, lavoro ed energia F.7.3.2.2. Associando l’energia al concetto di lavoro, la classifica come energia cinetica e potenziale. a. L’energia potenziale è classificata in energia potenziale gravitazionale ed energia potenziale elastica. b. Si afferma che l’energia potenziale dipende dalla massa e dall’altezza, e l’energia cinetica dipende dalla massa e dalla velocità. F.7.3.3. Conversioni di energia F.7.3.3.1. Basandosi sulla conversione dei tipi di energia cinetica e potenziale, conclude che l’energia si conserva. F.7.3.3.2. Spiegare l’effetto della forza di attrito sull’energia cinetica con esempi. |
| FISICA
9.3.1. MOVIMENTO E FORZA 9.3.1.1. Classifica i movimenti degli oggetti. 9.3.1.2. Mette in relazione tra loro i concetti di posizione, distanza, spostamento, velocità e velocità. 9.3.1.3. Mette in relazione i concetti di posizione, velocità e tempo per il moto lineare uniforme. a) Agli studenti viene fornito di raccogliere dati tramite esperimenti o simulazioni, di disegnare grafici posizione-tempo e velocità-tempo, di interpretarli e di fare conversioni tra i grafici disegnati. b) Agli studenti viene fornito di disegnare e interpretare modelli matematici relativi al movimento utilizzando la grafica. 9.3.1.4. Spiega il concetto di velocità media. 9.3.1.5. Mette in relazione il concetto di accelerazione con eventi di accelerazione e decelerazione. 9.3.1.6. Spiega il movimento di un oggetto secondo diversi punti di riferimento. 9.3.2. FORZA 9.3.2.1. Spiega il concetto di forza con esempi. 9.3.3. LE LEGGI DEL MOVIMENTO DI NEWTON 9.3.3.1. Spiega gli stati di moto degli oggetti sotto l’effetto di forze equilibrate con esempi. 9.3.3.2. Spiega la relazione tra i concetti di forza, accelerazione e massa. 9.3.3.3. Spiega le forze di azione-reazione con esempi. 9.3.4. FORZA D’ATTRITO 9.3.4.1. Analizza le variabili da cui dipende la forza di attrito. 9.4. ENERGIA 9.4.2. ENERGIA MECCANICA 9.4.2.1. Analizza le variabili da cui dipendono l’energia cinetica traslazionale, l’energia potenziale gravitazionale e l’energia potenziale elastica. 9.4.3. CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA E CONVERSIONI DI ENERGIA 9.4.3.1. Deduce che l’energia totale si conserva nella trasformazione dell’energia da una forma all’altra (come meccanica, calore, luce, suono). 11.1.3. LE LEGGI DEL MOVIMENTO DI NEWTON 11.1.3.1. Calcola la grandezza della forza netta determinandone la direzione. 11.1.4.6. Analizza i movimenti di oggetti con velocità iniziale in direzione verticale e con accelerazione costante. 11.1.6.2. Analizza il moto degli oggetti utilizzando la conservazione dell’energia meccanica. 11.1.6.3. Analizza la conservazione dell’energia e le trasformazioni sulle superfici di attrito. 11.1.7.4. Calcola la conservazione della quantità di moto lineare. |
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Impegnarsi: L’insegnante aiuta gli studenti a riflettere su ciò che già sanno e a identificare eventuali lacune di conoscenza. E’ importante stimolare l’interesse per i concetti futuri in modo che gli studenti siano pronti ad imparare. Gli insegnanti potrebbero incaricare gli studenti di fare domande iniziali o di scrivere ciò che già sanno sull’argomento. Questo è anche il momento in cui il concetto viene introdotto agli studenti per la prima volta. 1a Lezione 1. Presentazione delle montagne russe (20 min) https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtp E04Dh9wDuU/edit?usp=sharing
2. Chiedi agli studenti di pensare alle loro montagne russe preferite o alla loro corsa da brivido (lascia il tempo agli studenti di condividere con un compagno). 3. Chiedete “Quali caratteristiche hanno reso il coaster così divertente?” 4. Introdurre l’attività basata sul progetto: “Fai parte di una società di ingegneria civile a cui è stato chiesto di presentare un progetto per il prossimo grande ottovolante, che dovrà essere veloce, divertente e sicuro. Useremo questo isolante per tubi (spettacolo) per il binario e una biglia per la macchina”. Materiali: Computer e proiettore Preparazione: [5 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [20 ] Minuti Transizione: [15 ] Minuti L’insegnante: Mostrare agli studenti la presentazione,ıintrodurre l’attività basata sul progetto, introdurre ingegnere design thinking e come viene utilizzato per creare montagne russe, coinvolgere gli studenti facendo loro delle domande, lasciare il tempo agli studenti di rispondere o farli tirare a indovinare, , introdurre l’attività successiva Gli studenti: guarderanno la presentazione, prenderanno appunti, faranno domande e discuteranno sulle montagne russe |
| Esplorare: Durante la fase di esplorazione, gli studenti esplorano attivamente il nuovo concetto attraverso esperienze di apprendimento concrete. Potrebbe essere chiesto loro di seguire il metodo scientifico e di comunicare con i loro compagni per fare delle osservazioni. Questa fase permette agli studenti di imparare in modo pratico.
2a Lezione Simulazioni di progettazione (40 min) Gli studenti lavoreranno indipendentemente sulle simulazioni di progettazione. Dovrebbero provare ogni simulazione, poiché si concentrano su diversi principi di progettazione. Questi sono siti web gratuiti che possono anche visitare nel loro tempo libero. https://www. learner. org/exhibits/parkphysics/coaster/ Dopo circa 15-20 minuti, fate in modo che gli studenti si accoppino e discutano su ciò che hanno imparato dalle simulazioni. Rimanda gli studenti a rispondere alle domande di approfondimento. i. Cosa ha funzionato e cosa no? ii. Come avete deciso di testare le diverse variabili? iii. Hai mantenuto una cosa costante? Hai cambiato tutte le variabili in una volta sola? iv. Quale variabile sembra avere l’impatto maggiore? |
| 3a Attività di costruzione della lezione
· Dividere gli studenti in squadre di tre o quattro persone. · Riunisci gli studenti e chiedi loro di pensare alle seguenti domande: -Quale forza fa muovere la macchina (biglia)? -Quale forza fa sì che la biglia rallenti e alla fine si fermi? -Come puoi aumentare o diminuire la velocità della biglia? -In quale punto della pista la biglia ha più energia potenziale? -In quale punto della pista la biglia ha più energia cinetica? · Chiedere ai gruppi di iniziare a progettare le loro montagne russe, facendo un brainstorming e condividendo le idee e mettendosi d’accordo su un progetto. Chiedi agli studenti di disegnare le loro montagne russe su carta, di dar loro un nome e di fare dei cartelli. Lasciare fino a 30 minuti per questo. Esaminare i loro disegni per assicurarsi che i progetti proposti siano fisicamente possibili. In caso contrario, indicare gli aspetti del progetto delle montagne russe che potrebbero voler ripensare. Dare loro il tempo di iterare i loro progetti. 4a Lezione · Distribuire il foglio di progettazione delle montagne russe (allegato 3) ad ogni studente. Rivedere la sfida e introdurre i vincoli di progettazione. Dite agli studenti che possono attaccare il nastro adesivo alle pareti, alle sedie e ad altri materiali nella stanza, ma non possono sostenere le montagne russe durante la prova – devono essere libere. · Introdurre il processo di progettazione ingegneristica. Rivedere ogni fase (Ask, Imagine, Plan, Create, Test, Improve) e dire agli studenti che useranno questo processo per lavorare al progetto. · Dividere gli studenti in squadre di tre o quattro persone (possono essere le stesse o diverse dal giorno 1). Lasciare 15 minuti agli studenti per discutere le idee e sviluppare un piano · Distribuite a ogni squadra due pezzi di isolante per tubi, un rotolo di nastro adesivo, una biglia e un bicchiere di plastica. Lasciare esattamente 30 minuti alle squadre per costruire una montagna russa e controllarla rispetto ai vincoli del progetto. · Alla fine dei 30 minuti, fermate tutte le squadre e completate un controllo finale di sicurezza (1 corsa). Le squadre che non hanno successo possono avere il tempo di riprogettare prima di completare le prove a tempo nella lezione successiva. 5a Lezione · Una volta che le montagne russe di una squadra hanno superato il controllo di sicurezza, dite alla squadra di completare 10 prove a tempo, registrando il tempo dall’alto al basso al centesimo di secondo più vicino. · La squadra calcolerà e registrerà il tempo medio della biglia (calcolatrici opzionale). · La squadra calcolerà e registrerà la velocità media della biglia (m/sec). · Sviluppare un grafico di classe per confrontare la velocità media delle biglie di ogni squadra. · Analizzare i dati – chiedere agli studenti di considerare le possibili ragioni delle differenze (ad esempio, qual è la relazione tra la velocità media di un ottovolante e il numero di giri?) Materiali: Ogni gruppo ha bisogno: · Tubo di schiuma lungo 2 metri (6 piedi) (1/2″ di isolante per tubi) tagliato a metà nel senso della lunghezza (di solito, un lato del tubo viene perforato, rendendo facile l’uso di forbici o di un taglierino per tagliare |
| attraverso la perforazione e l’altro lato del tubo per formare due metà, facendo essenzialmente due lunghi canali perfettamente sagomati per contenere le biglie; così, un tubo tagliato fornisce il materiale di traccia per due gruppi
· biglia di vetro · biglia di legno · biglia d’acciaio · bicchiere di carta o plastica · rotolo di nastro adesivo · set di pennarelli, pastelli o matite · foglio di carta bianco · cronometro
Preparazione: [ 10] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [ 20 ] Minuti Transizione: [110 ] Minuti L’insegnante: Introdurrà l’attività e ciò che gli studenti faranno. Controlla e guida gli studenti mentre costruiscono le montagne russe. Gli studenti: Gli studenti lavoreranno in gruppi di 3-4 per costruire una montagna russa che funzioni correttamente (portare la biglia dall’inizio alla fine della montagna russa con un movimento costante) Gli studenti scriveranno i loro risultati, cosa ha funzionato e cosa no per le loro montagne russe |
| Spiegare: Questa è una fase guidata dall’insegnante che aiuta gli studenti a sintetizzare le nuove conoscenze e a fare domande se hanno bisogno di ulteriori chiarimenti. Affinché la fase di spiegazione sia efficace, gli insegnanti dovrebbero chiedere agli studenti di condividere ciò che hanno imparato durante la fase di esplorazione prima di introdurre informazioni tecniche in modo più diretto, secondo “The 5E Instructional Model: A Learning Cycle Approach for Inquiry-Based Science Teaching”. Questo è anche il momento in cui gli insegnanti utilizzano video, software per computer o altri aiuti per aumentare la comprensione.
6a Lezione La gravità è una forza senza contatto che agisce sulla macchina (biglia), attirandola verso terra. -La prima legge del moto di Newton afferma che un oggetto in movimento rimarrà in movimento, nella stessa direzione e alla stessa velocità, a meno che non sia sottoposto a un’altra forza. -L’attrito tra l’auto e la pista è una forza di contatto che rallenta il movimento. -La quantità di energia potenziale di un ottovolante è legata alla sua posizione. Le montagne russe hanno la massima energia potenziale nel punto più alto. Ha la maggior energia cinetica alla velocità più alta. Domande di riflessione 1. In che modo la posizione di partenza della biglia influenza la velocità della biglia alla fine della prima collina? 2. Cosa succede all’energia della biglia mentre sale su una collina e rallenta? 3. Una biglia sarebbe mai in grado di superare una collina più alta della sua altezza iniziale? Perché? 4. In che modo l’utilizzo di una biglia di dimensioni diverse influenzerebbe la sua energia potenziale iniziale? 5. Se venisse costruita una versione a grandezza naturale delle tue montagne russe, ci saliresti? Perché? Materiali: Preparazione: [0 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [ 15] Minuti |
| Transizione: [ 25] Minuti
L’insegnante: Chiederà agli studenti perché le loro montagne russe hanno funzionato correttamente o no? Gli studenti: penseranno a come rendere migliori le montagne russe. Faranno domande al gruppo sul perché hanno strutturato le montagne russe in quel modo. |
| Elaborare: La fase di elaborazione del Modello 5E si concentra sul dare agli studenti lo spazio per applicare ciò che hanno imparato. Questo li aiuta a sviluppare una comprensione più profonda. Gli insegnanti possono chiedere agli studenti di creare presentazioni o condurre ulteriori indagini per rafforzare le nuove competenze. Questa fase permette agli studenti di cementare le loro conoscenze prima della valutazione.
7a Lezione -Visita http://discovere. org/discover-engineering/engineering-careers/ per una descrizione a misura di studente dell’ingegneria civile, e per esplorare altri campi dell’ingegneria. -Esplora le leggi del moto di Newton a http://www.physics4kids.com/files/motion_laws.html.
Materiali: computer, computer portatili, telefoni cellulari Preparazione: [5 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [5] Minuti Transizione: [30] Minuti L’insegnante: Farà domande su come vengono costruite le vere montagne russe nella vita reale. Gli studenti: Risponderanno alle domande |
| Valutare: Il Modello 5E permette una valutazione sia formale che informale. Durante questa fase, gli insegnanti possono osservare i loro studenti e vedere se hanno una comprensione completa dei concetti fondamentali. E’ anche utile notare se gli studenti affrontano i problemi in modo diverso in base a ciò che hanno imparato. Altri elementi utili della fase di valutazione includono l’autovalutazione, la valutazione tra pari, i compiti di scrittura e gli esami.
8a Lezione Manuale di progettazione delle montagne russe (allegato 3) Roller Coaster Risposta scritta individuale (Allegato 5.) Quiz di valutazione (Allegato 8.) Materiali: Preparazione: [0 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [5 ] Minuti Transizione: [35 ] Minuti L’insegnante: Somministra un quiz di valutazione che gli studenti completeranno da soli. Gli studenti: Completeranno il quiz di valutazione da soli. |
| Compiti di apprendimento indipendenti (ILT): Fornire due-tre sfide agli studenti da completare prima della lezione successiva.
· Vai online su https://www.learner.org/series/interactive-amusement-park- physics/. · Costruisci una montagna russa e valuta il tuo progetto. Clicca su “La tua ispezione di sicurezza” per analizzare il tuo progetto. · Gli studenti guarderanno i link video dati loro dall’insegnante per migliorare le loro conoscenze. · Gli studenti cercheranno applicazioni nella vita reale di ciò che hanno imparato in classe. · Gli studenti risponderanno alle domande dopo la lezione · Seconda simulazione Sito web: http://www. physicsclassroom. com/Physics- Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model- Interactive · Terzo sito web di simulazione: http://www.funderstanding.com/educators/coaster/ |
Alla fine di ogni lezione, fai completare agli studenti un riassunto della lezione sotto queste voci:
Scienza: forze e movimento, energia – scoperta
Matematica: stima e risoluzione dei problemi – innovazione
Studi sociali: prospettive storiche – inclusione Informatica: pensiero logico – lavoro di squadra
STEM CAREER CONNECTION:
Dal momento che la maggior parte degli studenti ha avuto un’esperienza di vita reale con i parchi di divertimento, questo progetto attinge da questa esperienza mentre esplora la costruzione e la fisica dietro le montagne russe.
| Gli studenti avranno raggiunto/capito l’obiettivo specifico di apprendimento se faranno domande, useranno il processo di ingegneria durante l’attività, applicheranno i principi fisici del powerpoint nel loro progetto, lavoreranno per creare una montagna russa funzionante, lavoreranno bene in un ambiente di squadra e continueranno a migliorare il loro progetto.
Valutazione pre-attività Discussione: Osservare la partecipazione degli studenti alla discussione in classe sull’energia potenziale e cinetica. Valutazione integrata nell’attività Osservazione: Osservare la partecipazione e il contributo degli studenti all’interno dei gruppi durante le fasi preliminari e finali della progettazione. Valutazione post-attività Stimare la velocità: Chiedere agli studenti di stimare la velocità nel punto in cui l’energia cinetica è più alta (il punto più basso della pista). Iniziare stimando l’energia potenziale alla partenza (PE = m*g*h ) e poi assumere che tutta questa energia sia convertita in energia cinetica. Risolvere l’equazione KE = (1/2)mv2 per la velocità. Grafico: Come classe, create un grafico di dispersione dell’altezza massima di ogni binario rispetto alla velocità teorica calcolata. Discutete la relazione tra le variabili. Riepilogo: Assegnare agli studenti di descrivere individualmente i loro progetti di montagne russe con schizzi, spiegando cosa ha funzionato e cosa no. Rivedere i loro riassunti per valutare la loro profondità di comprensione. -Chiedi a ogni gruppo di presentare il suo modello di montagne russe alla classe. Usate la scheda di valutazione delle montagne russe per valutare le montagne russe per la competizione di classe. Discutete i risultati come classe, chiedendo agli studenti: · Quali sono le montagne russe più emozionanti? Quali erano più sicure? · Quale ha vinto per la creatività? Quale ha vinto per le prestazioni e la sicurezza? · Quale modello ha risposto meglio alla sfida generale sia per il design emozionante che per la sicurezza? Quali sono stati i compromessi? (Punto da fare: Gli ingegneri chiamano questa ottimizzazione, bilanciando i requisiti del progetto in competizione). · Cosa hai imparato dai test del tuo modello? · Se dovessi riprogettare le tue montagne russe, quali miglioramenti apporteresti e perché? · Cosa accadrebbe se voi/ingegneri ignoraste le leggi fondamentali della fisica nei vostri/loro progetti? · Quanto è importante per te che gli ingegneri testino i loro progetti (per elettrodomestici, automobili, ponti, scale, montagne russe, ecc.) prima che siano costruiti e che la gente li usi? · Quali passi e tecniche di progettazione ingegneristica abbiamo usato oggi? (Risposta: Brainstorming, modellazione, simulazione, test, analisi, riprogettazione, ottimizzazione). |
| Dare un senso: chiedere agli studenti di riflettere sui fenomeni scientifici che hanno esplorato e/o
le competenze scientifiche e ingegneristiche che hanno usato completando il Making Sense Assestment (allegato 6). |
| Materiali utilizzati per la lezione :
Per fare questo esperimento avrete bisogno dei seguenti materiali e attrezzature: Almeno due sezioni da 6 piedi (183 cm) di isolante per tubi in schiuma del diametro di 1-1/2 in (circa 4 cm) set di pennarelli, pastelli o matite vetro, legno, biglie d’acciaio bicchiere di plastica o carta Coltello multiuso Nastro adesivo Metro a nastro Scaffale, tavolo o altro supporto per il punto di partenza delle montagne russe Cronometro Bilancia a grammi per pesare la biglia, come la bilancia tascabile digitale Una lunghezza di masonite (cartone liscio) su cui far viaggiare la biglia (per misurare la velocità in diversi punti della pista). Puoi incollare la masonite a forma di V e dipingerla con strisce alternate a intervalli di 5 o 10 cm. La forma a V mantiene la biglia dritta, e le strisce ti permettono di misurare facilmente la distanza che la biglia ha percorso durante un intervallo di tempo. Opzionale: videocamera Risorse online: Presentazione della lezione: https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtpE04Dh 9wDuU/edit?usp=sharing
1. Primo sito web di simulazione: https://www.learner.org/exhibits/parkphysics/coaster/ Questo sito web è come un test a scelta multipla. Dimostralo agli studenti. Prima leggi la pagina introduttiva. In fondo alla pagina, clicca sul link The Roller Coaster. Clicca su “Design a Roller Coaster” e “begin” per iniziare. 2. Secondo sito web di simulazione: http://www.physicsclassroom.com/Physics- Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model-Interactive Questo sito web è un ottimo modo per vedere la relazione tra energia cinetica e potenziale in relazione alle montagne russe. Puoi cambiare l’altezza della collina, aggiungere una collina o creare un percorso liscio e vedere come l’energia potenziale e cinetica differiscono. Questa è una grande opportunità per osservare come l’altezza ha un effetto sull’energia potenziale. |
| 3. Terzo sito di simulazione: http://www.funderstanding.com/educators/coaster/ Questo sito ti permette di creare le tue montagne russe. Puoi aggiungere colline e anelli, regolare l’altezza delle colline, la velocità delle tue montagne russe, la gravità, l’attrito e la massa.
● https://science.howstuffworks.com/engineering/structural/roller-coaster.htm Leggi di più su come funzionano le montagne russe ● https://wonderopolis.org/wonder/how-do-roller-coasters-work Per saperne di più su come funzionano le montagne russe e vedere alcune attività aggiuntive a casa per imparare l’inerzia e la forza centripeta ● https://www. youtube. com/watch? v=J8pJiV44hVM guarda un video sulla fisica delle montagne russe ● http://www. instructables. com/id/Marble-Roller-Coaster/ Attività delle montagne russe con biglia. ● https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/paper-roller-coaster Montagne russe di carta
Montagne russe della storia delle montagne russe! http://www.ultimaterollercoaster.com/ Informazioni sulla storia delle montagne russe e sulle corse selezionate. Come funzionano le montagne russe http://tlc.howstuffworks.com/family/roller-coaster.htm Articolo di TLC su come funzionano le montagne russe. Database delle montagne russe http://www.rcdb.com/ Un database ricercabile di statistiche di montagne russe, che copre più di 450 corse. |
| Obiettivo: L’obiettivo di questo progetto è quello di costruire una montagna russa per biglie usando l’isolamento dei tubi di schiuma e altri materiali per determinare e calcolare i luoghi dell’energia potenziale e cinetica in vari punti lungo la pista.
-Condividere/mostrare ciò che gli studenti impareranno oggi e chiedere/spiegare perché questa è un’abilità preziosa. -Condividere lo schema generale del progetto in modo che gli studenti sappiano cosa aspettarsi. Cercare di evocare un senso di curiosità. (Cosa rende divertenti le montagne russe?/Oggi siete ingegneri!) -Rivedere tutte le regole e le aspettative |
| – Prima di iniziare la lezione la classe parteciperà all’evento di ingresso, che include una discussione di classe. La classe discuterà la propria conoscenza delle montagne russe e dei termini di fisica. Questa discussione aiuterà a determinare quali conoscenze la classe ha già.
– Prima di iniziare il progetto delle montagne russe, gli studenti dovranno guardare in classe il seguente video di YouTube. https://youtu.be/khRTNdEgZqg – L’insegnante stimolerà la classe con la domanda: “in che modo le montagne russe sono collegate alla scienza? – L’insegnante chiederà poi alla classe di condividere le loro esperienze personali con le montagne russe e i parchi di divertimento. Porre domande come: Chi è mai stato sulle montagne russe? Qual è la parte più spaventosa? Scienza….roller coaster qual è la connessione? Cosa permette alle montagne russe di passare attraverso le curve e le colline? Come fanno gli ingegneri a progettare montagne russe che siano veloci, divertenti e sicure? Che cos’è l’energia potenziale? Cos’è l’energia cinetica? In che modo le diverse forze influenzano il movimento degli oggetti? In che modo l’energia causa il movimento o crea il cambiamento? |
Il progetto RollerCoaster è quello in cui gli studenti si riuniscono come una squadra per costruire un ottovolante completo. Questa attività basata sul progetto ha lo scopo di motivare ed energizzare gli studenti. Imparano la gestione dei progetti e l’importanza di collaborare efficacemente come una squadra. Questa comprensione viene applicata anche allo scenario di lavoro. Roller Coaster è un’attività eccitante in cui gli studenti devono costruire un’intera montagna russa con i materiali forniti loro. Deve essere progettato in modo tale che la biglia sia in grado di correre lungo la pista solo con l’aiuto della gravità.
| Scala di lavoro indipendente | ||||||
| Indipendenza zero | Molto aiuto con un po’ di indipendenza | Semi indipendente | Completamente indipendente | |||
| L’insegnante dà agli studenti un metodo completo con chiare istruzioni su come eseguire gli esperimenti e il progetto ingegneristico. | L’insegnante dà agli studenti uno schema per la procedura, ma permette opzioni* nelle diverse fasi. L’insegnante dà agli studenti uno schema per la procedura per eseguire gli esperimenti e la progettazione ingegneristica, ma con alcune opzioni nella tecnica e nelle attrezzature. | L’insegnante specifica le procedure. Gli studenti ricercano il metodo da eseguire per la preparazione dell’esperimento e del progetto ingegneristico.
Gli studenti ricercano metodi per realizzare gli esperimenti e la progettazione ingegneristica, utilizzando le attrezzature fornite. |
Gli studenti ricercano i metodi per realizzare l’esperimento e la progettazione ingegneristica e scelgono i metodi e le attrezzature da utilizzare. | |||
| Osservazione e valutazione delle competenze | ||||||
| Seguire le procedure scritte e orali | Gli studenti seguono istruzioni scritte e orali | Gli studenti seguono istruzioni scritte e orali, facendo scelte individuali nella tecnica o nell’attrezzatura. | Gli studenti seguono un metodo che hanno studiato | Gli studenti seguono un metodo che hanno studiato | ||
| Utilizza in modo sicuro una serie di attrezzature pratiche | Gli studenti devono usare l’attrezzatura in modo sicuro. | Gli studenti devono usare l’attrezzatura in modo sicuro. | Gli studenti riducono al minimo i rischi con un suggerimento minimo. | Gli studenti devono effettuare una valutazione completa dei rischi | ||
| e materiali | e minimizzare i rischi. | ||||||
| Applicare approcci e metodi investigativi quando si usano strumenti e attrezzature | Gli studenti devono usare correttamente l’attrezzatura appropriata.
La procedura dovrebbe essere seguita metodicamente e le variabili appropriate misurate o controllate. |
Gli studenti devono usare correttamente l’attrezzatura appropriata.
La procedura deve essere seguita metodicamente e le variabili adatte devono essere identificate, misurate e controllate. |
Gli studenti devono selezionare e utilizzare correttamente l’attrezzatura appropriata.
I passi procedurali devono essere ben sequenziati e regolati se necessario. Variabili adatte identificate, misurate e controllate. |
Lo studente deve scegliere un approccio metodico, attrezzature e tecniche appropriate.
I passi procedurali devono essere ben sequenziati e regolati se necessario. Le variabili adatte dovrebbero essere identificate per la misurazione e il controllo. Se le variabili non possono essere facilmente controllate, gli approcci dovrebbero essere pianificati per tenerne conto. |
|||
| Registra e | Gli studenti | Gli studenti | Gli studenti | Gli studenti devono | |||
| fa | registrano i dati in | registrano in modo accurato | registrano i dati precisi e | scegliere il modo | |||
| osservazioni sui risultati | modi specificati. | i dati in | accurati, usando | più efficace | |||
| modi specificati. | metodicamente | per registrare dati precisi e | |||||
| unità appropriate, | accurati, utilizzando | ||||||
| in modi specifici. | metodicamente unità appropriate. | ||||||
| Ricerche, riferimenti e rapporti | Si riportano i dati e si traggono le conclusioni. Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche con molte indicazioni. | Si riportano i dati e si traggono conclusioni. Gli studenti confrontano i risultati e identificano le ragioni delle differenze.
Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche con qualche guida. |
Gli studenti devono ricercare i metodi disponibili. Confrontano i risultati e riportano le differenze.
Grafici e tabelle appropriati sono usati per elaborare i dati e riportare i risultati. Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche con un aiuto minimo dell’insegnante. |
Gli studenti devono ricercare delle alternative per pianificare il loro lavoro.
Il reporting riguarda la pianificazione, lo svolgimento e l’analisi dei loro risultati. Grafici, tabelle e/o strumenti appropriati sono usati per elaborare i dati e riportare i risultati. Gli studenti realizzano presentazioni sulle attività pratiche senza l’aiuto dell’insegnante. |
||
| *Opzioni: Più opzioni ci sono, maggiore è l’autonomia dello studente. Gli insegnanti danno agli studenti delle opzioni in modo che lo studente possa sviluppare le sue capacità di problem solving. Più opzioni l’insegnante dà agli student, più lo studente ha maggiori opportunità di apprendimento basato sui problemi e di apprendimento indipendente. Questo è misurato rispetto alle rubriche pratiche da zero indipendente a pieno apprendimento indipendente | ||||||
RUBRICA SULLE MONTAGNE RUSSE:
|
Allegato. I.
| Testare il tuo organizzatore di idee | |
| 1. Domanda investigativa
La tua domanda dovrebbe mettere in relazione la variabile manipolata con la variabile rispondente. |
Domanda investigativa: Qual è la fisica delle montagne russe? |
| 2. Ipotesi
La tua ipotesi dovrebbe essere scritta come una dichiarazione “se, allora, perché“. |
|
| 3. Variabili
· Variabile manipolata (cosa cambierete) · Variabile rispondente (cosa misurerete) · Variabili controllate (cosa rimarrà costante durante il test) |
|
| 4. Materiali
Crea una lista di tutti i materiali di cui hai bisogno. |
|
| 5. Procedura
Dovrebbe includere… · Variabile manipolata · Variabile rispondente · Variabili controllate · Passi logici e ripetibili · Registrazione di dati specifici · Prove ripetute |
|
| 6. Dati
· Progetta una tabella per organizzare i dati che raccoglierai durante il tuo test. · Usa la tua procedura per raccogliere e registrare i dati. · Mostra i tuoi dati usando grafici e/o tabelle appropriate. |
|
| 7. Conclusione
· Indicate la vostra conclusione che mette in relazione la variabile manipolata con la variabile rispondente. · Usa i dati per giustificare la tua conclusione. · Dichiarate se la vostra ipotesi può essere accettata o rifiutata sulla base dei dati osservati. |
|
8. Analisi
|
|
Dispensa per la progettazione delle montagne russe
Nome:
Membri del team:
Sfida: Sei il presidente di una società di ingegneria che progetta e costruisce montagne russe. Vialand ha appena commissionato a te e al tuo team di ingegneri altamente qualificati e specializzati la progettazione delle loro nuove montagne russe. Questo sarà il primo ottovolante del mondo. Deve essere più veloce e più emozionante di qualsiasi altro ottovolante esistente oggi.
Vincoli di progettazione
Piano
Materiali: 2 pezzi di isolante per tubi, 1 biglia, nastro adesivo, tazza, cronometro
Come userai i materiali forniti per progettare un ottovolante che sia veloce, divertente e sicuro?
Disegna una vista laterale del sottobicchiere che hai progettato:
Design
Raccogli i materiali e costruisci il tuo sottobicchiere! Se fai delle modifiche al progetto originale, cambia il tuo schizzo e poi modifica il sottobicchiere.
Controlla
Completa 10 prove consecutive di successo. Cronometra la biglia dall’alto verso il basso e registra i risultati nella tabella dati sottostante (al centesimo di secondo).
| Prova | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Ave |
| Tempo
(sec) |
Calcola la velocità media della tua auto (biglia) usando la formula
velocità = distanza / tempo
distanza (d) , tempo medio (t) , s = d / t
| Vincolo di progettazione | Autocontrollo di squadra | |
| Le tue montagne russe sono libere? | Sì | No |
| Le tue montagne russe sono sicure? Ha fatto dall’inizio alla fine per 10 volte consecutive
processi? |
Sì | No |
| Le tue montagne russe sono divertenti? Include a
almeno 1 ciclo e 1 giro? |
Sì | No |
| Le tue montagne russe sono veloci? | Velocità media | |
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Fai una foto delle tue montagne russe completate.
Disegna una vista laterale del tuo disegno finale:
Allegato 4. Ipotesi:
Dati:
|
Lunghezza delle montagne russe: (m)
Massa della biglia: (g)
Velocità media: (m/s)
Altezza delle montagne russe: (m)
Gravità: (m/s2 )
Energia potenziale al punto 1:
Energia potenziale al punto 2:
Nome delle montagne russe:
Allegato 5.
Roller Coaster Risposta scritta individuale
Nome
Indicazioni: Usa il diagramma qui sotto per descrivere come le forze influenzano il movimento della biglia mentre viaggia lungo la pista.
| Energia potenzialeFrizioneEnergiaGravità
Energia cineticaForzaInerziaVelocità |
Allegato 6.
Nome:Data:Classe:
| Valutazione del senso | ||
| Dai un senso all’attività fornendo una breve riflessione sui fenomeni scientifici che hai esplorato, sulle abilità scientifiche e ingegneristiche che hai usato e sulla tua idea di adattare il
attività. Rispondi ai seguenti suggerimenti in frasi complete: |
||
| 3 | Tre concetti scientifici che ho imparato e applicato in questa attività sono: | |
| 2 | Due abilità scientifiche e ingegneristiche che ho usato in questa attività sono: | |
| Pratiche di scienza e ingegneria:
❏ Porre domande (per la scienza) e definire problemi (per l’ingegneria) ❏ Sviluppo e utilizzo di modelli ❏ Pianificazione e realizzazione di indagini ❏ Analizzare e interpretare i dati ❏ Usare la matematica e il pensiero computazionale ❏ Costruire spiegazioni (per la scienza) e progettare soluzioni (per l’ingegneria) ❏ Impegnarsi nell’argomentazione delle prove ❏ Ottenere, valutare e comunicare informazioni |
Processo di progettazione ingegneristica:
❏ Chiedere: Identificare il bisogno e i vincoli ❏ Ricerca del problema ❏ Immaginare: Sviluppare soluzioni possibili ❏ Piano: Selezionare una soluzione promettente ❏ Creare: Costruire un prototipo ❏ Testare e valutare il prototipo ❏ Migliorare: Riprogettare secondo necessità Ingegneria del pensiero progettuale: ❏ Formulazione dei problemi ❏ Alla ricerca di soluzioni ❏ Crescere nell’incertezza ❏ Collaborazione costante ❏ Prototipazione di idee ❏ Iterare le opzioni ❏ Riflettere frequentemente |
|
| 1 | Un’idea che ho per esplorare ulteriormente ed estendere questa attività è: | |
Allegato 7.
Rubrica del progetto sulle montagne russe
| Eccellente 4 punti | Discreto 3 punti | Non sviluppato 2 punti | Non conformità 1 pts | Non tentato 0 punti | |
| Il progetto | Il progetto | Il progetto | Il | Lo studente non ha | |
| Completamento del progetto | era al 100% | era completo | era | progetto | Completato il |
| completo | e ha funzionato, | completo ma | era | progetto nel | |
| e ha funzionato | ma necessitava delle modifiche | non ha funzionato; | completo | periodo di tempo | |
| secondo | minori. | Necessitava diverse | ma non ha funzionato. | dato, ha rifiutato | |
| la descrizione del compito. | 2-3 chiarimenti sono stati richiesti. | modifiche minori. | Necessitava diverse modifiche | di iniziare il | |
| Più di 3 | maggiori | progetto o ha | |||
| chiarimenti | abbandonato | ||||
| richiesti | progetto una volta | ||||
| più di 3 | iniziato. | ||||
| Ri-chiarimenti | |||||
| sul compito | |||||
| ma non ha | |||||
| influenzato gli | |||||
| altri | |||||
| intorno a lui | |||||
| per fare il compito | |||||
| rigorosamente. | |||||
| Dimostrare | Studente | Lo studente è in grado di | Lo studente è | Lo studente non è in grado di identificare e spiegare le principali teorie/ compiti. Usa i punti di vista di altri per spiegare il compito e non completa il compito da solo per nessuna delle fasi. | Lo studente |
| Conoscenza
di costruzione |
conosce ed è in grado di
identificare e |
identificare e spiegare le
necessarie |
incapace di identificare o
spiegare |
mancava di interesse nella dimostrazione della | |
| spiegare | teorie e compiti | concetti | conoscenza | ||
| le necessarie | per il completamento | senza | del progetto | ||
| teorie e | del progetto | maggiore | e/o | ||
| compiti per | con un po’ di | sollecitazione. | processo. | ||
| Il completamento | assistenza. | Richiede | |||
| del | Usa parole | Assistenza di | |||
| progetto. | proprie per | un adulto per | |||
| Si affida alle proprie | descrivere il compito. | portare a termire il lavoro. | |||
| capacità di memoria per svolgere il compito. | Usa un vocabolario molto ristretto | ||||
| per descrivere | |||||
| Il compito. | |||||
| Capacità di seguire le istruzioni
(2 gocce, 2 anelli, 1 cavatappi e una caratteristica “speciale” che dimostra le 3 leggi del moto) |
Ha seguito le indicazioni alla lettera.
Usato altri per le guide. |
Ha seguito le indicazioni. Ascoltava gli altri intorno a lui quando era necessario. | Ha seguito moderatamente le indicazioni. Ha lavorato a un ritmo produttivo ma non ha ascoltato l’adulto che lo istruiva o il cliente. | Non ha seguito le indicazioni per nessuno dei compiti e a volte si è rifiutato di rallentare per fare bene il compito. | Lo studente non ha rispettato le indicazioni il 100% delle volte. |
| Livello di | Lo studente era | Lo studente era | Lo studente era | Lo studente | Lo student si |
| Necessaria | in grado di | in grado di | in grado di | non era in grado di | rifiutato o è stato |
| Assistenza | completare il
compito senza |
completare il
compito con poco |
completare il
compito con |
completare |
incapace di iniziare
il progetto |
| assistenza. | assistenza. | moderata | il compito | quando viene offerto | |
| assistenza. | senza | assistenza/ | |||
| maggiore | sistemazioni. | ||||
| assistenza. | |||||
| Preparazione degli studenti | Lo studente
aveva/ha raccolto |
Lo studente
aveva/ha raccolto |
Lo studente
aveva/ha raccolto |
Lo studente non aveva/ non ha | Lo studente
ha rifiutato di |
| tutti i materiali | la maggior parte dei materiali | più | raccolto alcuni dei | raccogliere | |
| ed era | e ha iniziato a | materiali, | materiali | i materiali | |
| completamente | lavoro. | tuttavia, questi hanno preso | necessari | richiesti per | |
| pronto a partire | più tempo del necessario | completare il | |||
| per lavorare. | per farlo. | per eseguire | progetto. | ||
| lavoro. | |||||
| Gestione del tempo | Routinariamente, il tempo è stato usato bene durante tutto il progetto per portarlo a termine in tempo | Il tempo è stato usato abbastanza bene durante tutto il progetto. | Si è procrastinato un po’ ma il lavoro è stato fatto in tempo. | Non è stato possible portare a termire il Progetto per tempo a causa di inabilità. | Lo studente non ha mostrato alcun interesse |
| a completare | |||||
| il progetto in | |||||
| tempo. | |||||
| Lo studente ha consegnato | Lo studente ha consegnato | Lo studente | Lo studente | Lo studente | |
| L’atteggiamento dello studente durante il progetto | un progetto
che consideravano un riflesso dei loro diligenti sforzi. |
un progetto di cui sono soddisfatti. | ha consegnato un progetto semi-decente per ricevere un voto giusto. | ha consegnato il progetto semplicemente per ricevere credito. | ha rifiutato di completare il progetto |
| Uso della tecnologia | Lo studente ha usato il programma al massimo ed è stato in grado di aiutare gli altri. | Gli studenti hanno usato il programma al massimo. | Lo studente ha lottato con il programma e ha tralasciato diverse caratteristiche chiave. | Lo studente non è riuscito ad usare il programma al meglio, e si è perso molte delle caratteristiche chiave. | Lo studente non ha usato il programma corretto o si è rifiutato di impararlo. |
| Concetti di | Gli studenti | Gli studenti | Gli studenti | Gli studenti | Gli studenti |
| fisica | hanno accuratamente | Hanno accuratamente | Hanno accuratamente | Hanno identificato | non hanno identificato o |
| identificato e | Identificato e | Identificato ma | alcuni, ma | spiegato nessun | |
| spiegato i | spiegato alcuni, | non spiegato | non tutti | Concetto di | |
| seguenti | ma non tutti i | i concetti di | i concetti di fisica. | fisica. | |
| concetti: forza, | concetti di fisica. | fisica. | |||
| accelerazione, | |||||
| Mozione, | |||||
| velocità e | |||||
| Conservazione | |||||
| di energia | |||||
| Presentazione Orale | C’è un | C’è un sufficiente | C’è un basso- medio | C’è un | Il |
| evidente alto livello di | livello di | livello | basso livello di | presentatore | |
| preparazione | preparazione | di | preparazione | non era pronto | |
| . Il/i | evidente. Il/i | preparazione. Il/i | . Il/i | a presentare. | |
| presentatore/i | presentatore/i | presentatore(i) | |||
| hanno una | hanno una generale | presentatore/i | ) hanno una | ||
| profonda | conoscenza | hanno alcune | superficiale | ||
| conoscenza | dell’ argomento | conoscenze | conoscenza | ||
| dell’argomento | selezionato. Essi sono | dell’argomento selezionato. | dell’argomento | ||
| selezionato. | in grado di rispondere | selezionato | |||
| Essi | alla maggior parte delle domande | Essi | Essi | ||
| sono in grado di | relative al loro | sono in grado di | sono in grado di | ||
| rispondere a tutte le | progetto. | rispondere a poche o nessuna | rispondere a poche o nessuna | ||
| domande | domanda | domanda | |||
| relative al | relativa al | ||||
| loro progetto. | loro progetto. | relativa al | |||
| loro | |||||
| progetto. |
Allegato 8. Quiz di valutazione:
| 1. Come influiscono l’energia potenziale e quella cinetica sulle montagne russe? |
| 2. Qual è il ruolo della gravità nel movimento delle montagne russe? |
| 3. Qual è l’impatto della quantità di moto sul movimento delle montagne russe? |
| 4. Come si applica la legge di conservazione dell’energia a come si muovono le montagne russe? |
| 5. Spiega come le tre leggi del moto sono essenziali per il movimento di una montagna russa: |
| 6. Osservando il movimento di una montagna russa, quando si osserva la Prima Legge del Moto di Newton? |
| 7. Osservando il movimento di una montagna russa, quando si osserva la Seconda Legge del Moto di Newton? |
| 8. Osservando il movimento di un ottovolante, quando si osserva la terza legge del moto di Newton? |
| 9. Spiega la relazione tra velocità e velocità in relazione al movimento di una montagna russa. |
| 10. Come si dimostra la forza, una spinta o una trazione sulla materia, nel movimento delle montagne russe? |
| 11. Elenca e spiega tutte le forme di energia osservabili osservando il movimento di una montagna russa. |
Allegato 9.
Figura 1. In questa figura: il coaster inizia in cima alla prima collina con il massimo di energia potenziale (PE) e quasi nessuna energia cinetica (KE) (1). Mentre scende la collina, guadagna KE e perde PE (2). In fondo alla collina, ha KE massimo ma quasi nessun PE (3). Risalendo la collina, perde KE ma guadagna di nuovo PE (4). Non potrà mai arrivare in cima alla seconda collina perché non ha abbastanza energia (5). Invece, rotolerà di nuovo giù e alla fine si fermerà in fondo (3)
Figura 2. In questa figura, la seconda, la terza e così via colline sono tutte più corte della prima collina (1). Tuttavia, a causa dell’attrito, le montagne russe alla fine si fermeranno (4)
