Menu
-Învățare bazată pe proiecte
Această metodă încurajează elevii să învețe abilități și să-și aplice cunoștințele participând la un proiect. Ei lucrează pentru o perioadă lungă de timp pentru a cerceta și a crea o soluție la o problemă sau o interogare. Rolul dumneavoastră ca profesor este de a fi un bun facilitator de a încuraja elevii să preia controlul deplin asupra proiectelor lor de la început până la sfârșit.
– Utilizarea procesului de proiectare inginerească (EDP)
Aceasta presupune o serie de pași pe care elevii îi pot face pentru a proiecta soluții la probleme ca parte a unui proiect. Această strategie de învățare bazată pe proiecte ar trebui să încurajeze proiectele deschise, creativitatea și soluțiile practice.
Etapele EDP:
ÎNTREABĂ: Elevii identifică problema, cerințele care trebuie îndeplinite și constrângerile care trebuiesc luate în considerare.
IMAGINEAZĂ: Studenții găsesc soluții și idei de cercetare. Ei identifică, de asemenea, ceea ce au făcut alții.
PLĂNUIEȘTE: Elevii aleg două-trei dintre cele mai bune idei din lista lor de idei găsite și schițează posibile modele, alegând în cele din urmă un singur design pentru prototip.
CREAZĂ: Elevii construiesc un model de lucru sau un prototip care se aliniază cu cerințele de proiectare și care se încadrează în constrângerile de proiectare.
TESTEAZĂ: Elevii evaluează soluția prin testare; ei colectează și analizează date; rezumă punctele forte și punctele slabe ale designului lor care au fost dezvăluite în timpul testării.
ÎMBUNĂTĂȚEȘTE: Pe baza rezultatelor testelor lor, elevii fac îmbunătățiri în ceea ce privește designul lor. De asemenea, aceștia identifică modificările pe care le vor face și își justifică revizuirile.
Potențial &energie cinetică, Legea de conservare a energiei, Gravitația
În această lecție, elevii vor învăța să gândească și să proiecteze ca un inginer, prin utilizarea procesului de inginerie un roller coaster folosind conductă de izolare, bilă de sticlă, și obiecte din cameră.. Programele de simulare pe calculator vor ajuta la găsirea diferitelor moduri în care pot fi proiectate roller coasterele, luând în considerare variabile precum înălțimea, viteza, gravitația și calea roller coaster-ului. Elevii vor fi împărțiți în grupuri în care vor învăța să interacționeze și să lucreze într-un cadru de echipă, deoarece Inginerii trebuie să fie mari comunicatori! În primul rând, ei vor trece printr-o prezentare subliniind modul în care roller coasterele sunt proiectate, precum și fizica din spatele motivului pentru care funcționează. Ei își vor planifica designul folosind principiile fundamentale pe care le-au învățat în prezentare. În cele din urmă, elevii vor crea un roller coaster folosind izolația țevilor flexibile ca structură, bandă și o bilă de sticlă reprezentând căruciorul plin de pasageri. Ei pot fi la fel de creativi pe cât doresc, folosind materiale găsite prin cameră pentru a-i ajuta cu structura și traseul. Elevii vor proiecta, evalua și îmbunătăți pe tot parcursul lecției, experimentând procesul prin care inginerii trec zi de zi!
DECLARAȚIE PROBLEMĂ
Sunteți președintele unei firme de inginerie care proiectează și construiește roller coasters. Vialand tocmai te-a însărcinat pe tine și pe echipa ta de ingineri foarte bine pregătiți și specializați să proiectați noul roller coaster. Acesta va fi primul roller coaster din lume. Trebuie să fie mai rapid și mai palpitant decât orice alt coaster care există astăzi.
Noul tău roller coaster trebuie să aibă cel puțin un deal, o buclă, un tirbușon și un viraj. Echipa ta trebuie mai întâi să creeze un design pentru roller coaster-ul tău și să îi dea și un nume. De asemenea trebuie să creați și un nou semn cu numele roller- coasterului pe el. Odată ce designul și numele au fost aprobate, veți crea acest roller coaster cu consumabilele date. Odată ce roller coaster-ul este finalizat, veți face încercări de timp cu diferite bile pentru a vedea cât de repede se deplasează marmura. Fiecare grup va fi notat în funcție de creativitatea proiectului tau daca ai indeplinit toate criteriile. La sfârșitul acestui proiect, clasa va vota roller coaster-ul care a avut cel mai bun design general.
Proiectați un roler coaster sigur și distractiv folosind materialele disponibile!
CRITERII ȘI CONSTRÂNGERI:
1-Construiți un roller coaster care are 2 dealuri sau 1 buclă și 1 deal.
2 – O bilă de sticlă va fi folosită ca vehicul pentru roller coaster.
3- Bila de sticlă trebuie să parcurgă întreaga lungime a roller coaster-ului pentru a fi luată în considerare.
Procedură:
1.Construiți un roller coaster care are cel puțin 2 puncte înalte (începutul poate fi unul) unde puteți observa conversia energiei potențiale la energia cinetică.
După ce ați finalizat cu succes proiectul de bază și profesorul dumneavoastră v- a aprobat proiectul îl puteți modifica pentru puncte de credit suplimentare: dealuri suplimentare, bucle și / sau marmura dumneavoastră oprindu-se la 15 cm de la capăt. Vezi rubrica pentru notare!
Ingineri mecanici: proiectează roller coaster-ul, cum va ține căruciorul pe pistă, cum se mișcă pe tot parcursul călătoriei, cum funcționează pauzele și mecanica etc.
Ingineri electricieni: lucrează la componentele electrice în mișcare, lucrează cu inginerul de calculatoare pentru a se asigura că plăcile de circuite și panoul de control funcționează.
Ingineri de calculatoare: lucrează la sistemul informatic care controlează roller coaster-ul.
Ingineri structurali: se asigură că este solid din punct de vedere structural, construiesc toate structurile albe pe care le puteți vedea în imagine, se asigură că va rămâne în picioare!
Ingineri chimisti: propulsie cu gaz pentru unele roller coastere.
Ingineri aerospațiali: realizează cărucioare aerodinamice, astfel încât să nu aibă la fel de multă frecare și să poată merge cât mai repede posibil
Ingineri de materiale: decideți ce materiale să utilizați pentru fiecare piesă care va funcționa cel mai bine și va fi cea mai ieftină și care va rezista la intemperi ale vremi în diferite zone ale lumii.
Inginerii de transport: Este similar cu proiectarea unui drum foarte curbat și complicat!
Ingineria înseamnă să lucrăm împreună! Toate aceste tipuri diferite de oameni lucrează pentru a face ceva distractiv pentru ca oameni să se bucure. Totul se referă la găsirea de soluții la problemele oamenilor de a-i ajuta să își îmbunătățească viața.
Opt lecții de 40 de minute
Elevii își construiesc propriile roller coastere realizate la scară mică folosind izolația țevilor și bila de sticlă, și apoi le analizează folosind principiile fizici învățate în lecția asociată. Ei examinează conversiile dintre energia cinetică, energia potențială și efectele de frecare pentru a proiecta roller coastere care sunt complet conduse de gravitație.
Conexiune inginerească
În timpul proiectării roller coasterelor model, studenții se confruntă cu multe dintre problemele cu care inginerii de roller coaster din lumea reală se confruntă. Cu scopul de a construi un roller coaster care să meargă , elevii trebuie să recunoască constrângerile impuse designului lor și proiectării unor adevărate roller coastere de legile fundamentale ale fizicii. Elevii învață că abilitatea lor de a înțelege și de a lucra în cadrul acestor constrângeri este primordială pentru succesul roller coasterelor lor.
După acest proiect, studenții ar trebui să poată:
Inginerii civili proiectează structuri precum roller coasters, poduri și clădiri.
Energie :Capacitatea de a provoca schimbări în materie.
Energie potențială : Energia pe care un obiect o are datorită poziției sau stării sale.
Energia cinetică : Energia pe care un obiect o are din cauza mișcării.
Mișcare : Schimbarea poziției unui obiect
Forță : O împingere sau o tragere, care poate provoca o schimbare în mișcarea unui obiect.
Gravitatie :Forta de atractie intre doua obiecte
Frecare : O forță care acționează între două obiecte care se ating și care se opun mișcării.
Accelerație: Capacitatea unui vehicul de a câștiga viteză.
Forțe echilibrate și dezechilibrate: Apare o forță echilibrată ori de câte ori două sau mai multe forțe acționează asupra unui obiect în așa fel încât să se contracareze reciproc. În timp ce stai pe scaun în acest moment, scaunul se împinge în sus cu o forță egală ca forță și opusă în direcția forței gravitaționale. Se spune că aceste două forțe se echilibrează reciproc, făcându-vă să rămâneți în repaus. Dacă scaunul este scos brusc de sub tine, atunci experimentezi o forță dezechilibrată. Nu mai există o forță ascendentă a scaunului pentru a echilibra atracția descendentă a gravitației, așa că accelerați la sol.
Forța centripetă : O forță centripetă este o forță netă care acționează asupra unui obiect pentru a-l menține în mișcare de-a lungul unei căi circulare.
g : Un g este o unitate de accelerație egală cu accelerația cauzată de gravitație. Gravitația face ca obiectele care cad liber pe Pământ să-și schimbe vitezele la aproximativ 10 m/s în fiecare secundă.
İnertia : Inerția este o tendință a unui obiect de a rezista schimbării stării sale de mișcare.
Mass: Masa unui obiect este o măsură a cantității de material dintr-o substanță.
Impulsul : Impulsul se referă la cantitatea de mișcare pe care o posedă un obiect. Orice masă care este în mișcare are impuls.
Prima lege a mișcării a lui Newton : Un obiect în repaus sau în mișcare uniformă în linie dreaptă va rămâne în repaus sau în aceeași mișcare uniformă, dacă nu este acționat de o forță dezechilibrată. Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de legea inerției.
A doua lege a mișcării a lui Newton : Accelerarea unui obiect este direct proporțională cu forța totală dezechilibrată exercitată asupra obiectului și este invers proporțională cu masa obiectului (cu alte cuvinte, pe măsură ce masa crește, accelerația trebuie să scadă). Accelerația unui obiect se mișcă în aceeași direcție cu forța totală. Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de legea de accelerare.
A treia lege a mișcării a lui Newton : Dacă un obiect exercită o forță asupra unui al doilea obiect, al doilea obiect exercită o forță egală ca mărime și opusă ca direcție asupra corpului obiectului. Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de legea de interacțiune.
Perioadă : O mișcare care se repetă în mod ciclic se spune că este periodică. Timpul pentru un ciclu complet este cunoscut sub numele de perioada de mișcare. Mișcarea unei mâini secunde are o perioadă de 60 de secunde. Rotația periodică a pământului în jurul axei sale este de 24 de ore.
Viteză : Viteza este o măsură a vitezei cu care se mișcă un obiect.
Fond
Roller coasterele din parcurile de distracții utilizează energia potențială și energie cinetică. De obicei, un motor trage mașina de tip roller coaster pentru a obține energia inițială potențială. Odată ajuns la punctul de vârf, nici un motor nu este conectat la mașină în nici un fel. Mașina începe să curgă și să curgă decent de-a lungul unei piste care a fost concepută pentru a converti în siguranță energia potențială în energie cinetică, făcând-o în același timp o plimbare palpitantă.
Dacă mașina trece printr-o buclă și nu are suficientă energie cinetică, nu va rămâne pe pistă când va ajunge la vârful buclei. Energia cinetică este măsurată ca KE=(mv2)/2, unde m este masa obiectului, iar v este viteza. Energia potențială este măsurată ca PE=mgh, unde m este masa, g este forța gravitațională, iar h este distanța deasupra punctului de referință de unde începe masa.
În mod ideal, toată energia potențială este convertită în energie cinetică, dar, în realitate, acest lucru nu este niciodată adevărat, deoarece o parte din energie este pierdută în frecare. Din cauza pierderii de energie, vârful buclelor trebuie să fie mai mic decât punctul inițial de pornire al mașinii.
Energie cinetică: https://www.ducksters.com/science/physics/kinetic_energy.php
Energiecinetică: https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy
Energie potențială:
https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Potential-Energy
Energie potențială: https://www.ducksters.com/science/physics/potential_energy.php
Transformarea energiei pe un roller coaster
https://www.physicsclassroom.com/mmedia/energy/ce.cfm
Roller Coaster Model Interactive:
Utilizați modelul de anchetă științifică și testul. Testați-vă ideea pentru a vă ajuta cu întrebarea de investigație. A se vedea anexele I și II.
F.7.3. Forță și energie / Evenimente fizice
F.7.3.2. Relația dintre forță, muncă și energie
F.7.3.2.2. Asociind energia cu conceptul de muncă, o clasifică ca energie cinetică și potențială.
F.7.3.3. Conversii de energie
F.7.3.3.1. Pe baza conversiei tipurilor de energie cinetică și potențială, se concluzionează că energia este conservată.
F.7.3.3.2. Explicați efectul forței de frecare asupra energiei cinetice cu exemple.
FIZICĂ
9.3.1. MIȘCARE ȘI FORȚĂ
9.3.1.1. Clasifică mișcările obiectelor.
9.3.1.2. Corelează conceptele de poziție, distanță, deplasare, viteză și rapiditate între ele.
9.3.1.3. Corelează conceptele de poziție, viteză și timp pentru o mișcare liniară uniformă.
9.3.1.4. Explicați conceptul de viteză medie.
9.3.1.5. Corelează conceptul de accelerație cu evenimente de accelerare și decelerare.
9.3.1.6. Se explică mișcarea unui obiect în funcție de diferite puncte de referință.
9.3.2. FORȚĂ
9.3.2.1. Explicați conceptul de forță cu exemple.
9.3.3. LEGILE MIȘCĂRII LUI NEWTON
9.3.3.1. Explică stările de mișcare ale obiectelor sub efectul forțelor echilibrate cu exemple.
9.3.3.2. Explicați relația dintre conceptele de forță, accelerație și masă.
9.3.3.3. Explică forțele de acțiune-reacție cu exemple.
9.3.4. FORȚA DE FRECARE
9.3.4.1. Analizează variabilele de care depinde forța de frecare.
9.4. ENERGIE
9.4.2. ENERGIA MECANICĂ
9.4.2.1. Analizează variabilele de care depind energia cinetică translațională, energia potențială gravitațională și energia potențială elastică.
9.4.3. CONSERVAREA ENERGIEI ȘI CONVERSIA ENERGIEI
9.4.3.1.Se deduce că energia totală este conservată în transformarea energiei dintr-o formă în alta (cum ar fi mecanică, căldură, lumină, sunet).
11.1.3. LEGILE MIȘCĂRII LUI NEWTON
11.1.3.1. Calculează magnitudinea forței nete prin determinarea direcției.
11.1.4.6. Analizează mișcările obiectelor cu viteza inițială în direcția verticală și cu accelerație constantă.
11.1.6.2. Analizează mișcarea obiectelor folosind conservarea energiei mecanice.
11.1.6.3. Analizează conservarea energiei și transformările pe suprafețele de frecare.
11.1.7.4. Calculează conservarea impulsului liniar.
Implicați-vă: Profesorul îi ajută pe elevi să reflecteze asupra a ceea ce știu deja și să identifice orice lacune de cunoștințe. Este important să se promoveze un interes în conceptele viitoare, astfel încât elevii să fie pregătiți să învețe. Profesorul poate însărcina cursanții să adreseze întrebări de deschidere sau să noteze ceea ce știu deja despre subiect. Tot acesta este momentul în care conceptele sunt introduse pentru prima dată studenților.
1st Lectia
Materiale: Calculator și proiector
Pregătire: [5 ] Minute
Facilitarea experienței de învățare: [20 ] Minute
Tranziție: [15 ] Minute
Profesorul va: Arătați elevilor prezentarea, introduceți activitatea bazată pe proiect , introduceți gândirea de proiectare a inginerului și cumeste folosită pentru a crea un roller coaster , implicați elevii punându-le întrebări, acordați timp elevilor să răspundă, sau rugați-i să ghicească, să prezinte următoarea activitate.
Elevii vor: privesc prezentarea, iau notițe, pun întrebi și discută despre roller coaster.
Explorați: În timpul fazei de explorare, elevii explorează în mod activ noul concept prin experiențe concrete de învățare. Li s-ar putea cere să treacă prin metoda științifică și să comunice cu colegii lor pentru a face observații. Această fază permite elevilor să învețe într-un mod practic.
A2-a lecție
Simulări de proiectare (40 min)
Elevii vor lucra independent la simulările de proiectare. Ei ar trebui să încerce fiecare simulare, deoarece se concentrează pe diferite principii de proiectare.
Acestea sunt site-uri web gratuite pe care le pot accesa și în timpul liber. https://www.learner.org/exhibits/parkphysics/coaster/
După aproximativ 15-20 de minute, rugați cursanții să se asocieze în perechi și să discute despre ceea ce au învățat în simulări. Îndrumați cursanții să răspundă la întrebările de interes.
Ii. Cum ați decis să testați diferitele variabile?
Iii. Ai păstrat un lucru constant? Schimbați toate variabilele simultan?
Iv. Ce variabilă părea să aibă cel mai mare impact?
Lecția a 3-a
Activitatea de construcție
-Ce forta determina mișcarea mașinii (bila de sticlă)?
-Ce forță determină marmura să încetinească și, în cele din urmă, să se oprească?
-Cum ai putea crește sau scădea viteza bilei de sticlă?
-În ce moment de pe pistă marmura are cea mai mare energie potențială?
-În ce moment de pe pistă marmura are cea mai mare energie cinetică?
Lecția a 4-a
Lecția a 5-a
Materiale:
Fiecare grup are nevoie de:
Pregătire: [ 10] Minute
Facilitarea experienței de învățare: [ 20 ] Minute
Tranziție: [110 ] Minute
Profesorul va: Prezentați activitatea și ceea ce vor face elevii. Monitorizați și ghidați elevii în timp ce construiesc un roller coaster.
Elevii vor: Elevii vor lucra în grupuri de 3-4 pentru a construi un roller coaster care va funcționa corect (urmăriți bila de la începutul până la sfârșitul roller coaster-ului cu mișcare constantă)
Elevii vor scrie rezultatele lor, ceea ce au lucrat și ceea ce nu au lucrat pentru roller coaster lor.
Explicați: Aceasta este o fază condusă de profesor care îi ajută pe elevi să sintetizeze noile cunoștințe și să pună întrebări dacă au nevoie de clarificări suplimentare. Pentru ca etapa Explicație să fie eficientă, profesorii ar trebui să le ceară cursanților să împărtășească ceea ce au învățat în timpul etapei Explorează c înainte de a introduce informațiile tehnice într-o manieră mai directă, în conformitate cu „Modelul de instruire 5E: o abordare a ciclului de învățare pentru predarea științelor bazată pe anchetă”. Aceasta este , de asemenea, atunci când profesorii folosesc video, software-ul de calculator, sau alte ajutoare pentru a stimula înțelegerea.
Lecția a 6-a
Gravitația este o forță non-contact care acționează asupra mașinii (marmură), trăgând-o spre pământ.
-Legea 1 a mișcării a lui Newton prevede că un obiect în mișcare va rămâne în mișcare, în aceeași direcție și cu aceeași viteză, cu excepția cazului în care este acționat de o altă forță.
-Frecarea dintre mașină și pistă este o forță de contact care încetinește mișcarea.
-Cantitatea de energie potențială a unui roller coaster este legată de poziția sa. Roller Coaster-ul are cea mai mare energie potențială la cel mai înalt punct. Are cea mai mare energie cinetică la cea mai mare viteză.
Întrebări de reflecție
Materiale:
Pregătire: [0 ] Minute
Facilitarea experienței de învățare: [ 15] Minute
Tranziție: [ 25] Minute
Profesorul va: Întrebați cursanții de ce sau de ce nu roller coaster-ul lor a funcționat corect?
Elevii vor: Elevii se vor gândi la modalități de a face roller coastere mai bune.
Ei vor pune întrebări grupului cu privire la motivul pentru care au structurat roller coaster-ul așa cum au făcut-o.
Elaborare: Faza de elaborare a modelului 5E se concentrează pe oferirea de spațiu studenților pentru a aplica ceea ce au învățat. Acest lucru îi ajută să dezvolte o înțelegere mai profundă. Profesorii pot cere cursanților să creeze prezentări sau să efectueze investigații suplimentare pentru a consolida noile abilități. Această fază permite elevilor să-și cimenteze cunoștințele înainte de evaluare.
Lecția a 7-a
-Vizitați http://discovere.org/discover-engineering/engineering-careers/
pentru o descriere prietenoasă a ingineriei civile și pentru a explora alte domenii ale ingineriei.
-Explorați Legile mișcării lui Newton
http://www.physics4kids.com/files/motion_laws.html.
Materiale: Calculatoare, laptop-uri, telefoane mobile
Pregătire: [5 ] Minute
Facilitarea experienței de învățare: [5 ] Minute
Tranziție: [ 30] Minute
Profesorul va: Pune întrebări despre modul în care sunt construite roller coasterele reale în viața reală.
Elevii vor: Răspunde la întrebări
Evaluare: Modelul 5E permite evaluarea atât formală, cât și informală. În această fază, profesorii își pot observa elevii și pot vedea dacă au o înțelegere completă a conceptelor de bază. De asemenea, este util să remarcăm dacă elevii abordează problemele într-un mod diferit, în funcție de ceea ce au învățat. Alte elemente utile ale etapei Evaluare includ autoevaluarea, evaluarea de la egal la egal, scrierea temelor și examenelor.
Lecția a 8-a
Roller Coaster fișă de design (Anexa 3.)
Roller Coaster răspuns individual scris (anexa 5.)
Test de evaluare (anexa 8.)
Materiale:
Pregătire: [0 ] Minute
Facilitarea experienței de învățare: [5 ] Minute
Tranziție: [35 ] Minute
Profesorul va: Administra testul de evaluare pe care elevii îl vor finaliza singuri.
Elevii vor: Finaliza testul de evaluare pe cont propriu.
Sarcini de învățare independentă (ILT): Oferiți cursanților două-trei provocări pe care să le finalizeze înainte de următoarea lecție.
cunoaștere.
clasă.
Al treilea site de simulare: http://www.funderstanding.com/educators/coaster/
La sfârșitul fiecărei lecții, invitați elevii să completeze un rezumat al lecției la aceste rubrici:
Stiinta: Forțe și mișcare, energie – Discovery
Matematică : Estimarea și rezolvarea problemelor – Inovare
Studii sociale : Perspective istorice – Incluziune
Informatică : Gândire logică – Lucru în echipă
STEM CONEXIUNEA CARIEREI:
https://www.youtube.com/watch?v=0gnjYG1OoYk
Deoarece majoritatea studenților au avut experiență de viață reală cu parcurile de distracții, acest proiect se bazează pe această experiență în timp ce explorează construcția și fizica din spatele roller coasterelor.
Elevii vor fi atins / înțeles obiectivul specific de învățare dacă pun întrebări, folosesc procesul de inginerie în timpul activității, aplică principiile fizicii din powerpoint în proiectarea lor, lucrează pentru a crea un roller coaster care să funcționeze, lucrează într-un cadru de echipă și continuă să-și îmbunătățească designul.
Evaluarea pre-activitate
Discuție: Observați participarea elevilor la discuțiile din clasă despre energia potențială și cinetică.
Evaluarea încorporată a activității
Observație: Observați participarea și contribuția studenților în cadrul grupurilor în timpul etapelor preliminare și finale de proiectare.
Evaluarea post-activitate
Estimarea vitezei: Rugați elevii să estimeze viteza în punctul în care energia cinetică este cea mai mare (cel mai jos punct al pistei). Începeți prin a estima energia potențială la început (PE = m*g*h ) și apoi presupuneți că toată această energie este convertită în energie cinetică. Rezolvați ecuația KE = (1/2)mv2 pentru viteză.
Grafic: Ca și clasă, creați o diagramă de dispersie a înălțimii maxime a fiecărei piste în raport cu viteza teoretică calculată. Discutați despre relația dintre variabile.
Recapitulare: Desemnați cursanții să-și descrie individual desenele și schițele lor de roller coaster , explicând ce a funcționat și ce nu a funcționat. Revizuiți recapitulările lor pentru a măsura profunzimea de înțelegere.
-Rugați fiecare grup să-și prezinte modelul de roller coaster clasei. Utilizați grila de notare pentru a evalua roller coasterele pentru competiția de clasă. Discutați rezultatele în clasă, întrebând cursanții:
Evaluarea sensului: Cereți elevilor să reflecteze asupra fenomenelor științifice pe care le-au explorat și/sau despre abilitățile de știință și inginerie pe care le-au folosit completând evaluarea sensului. (Anexa6.)
Materiale folosite pentru lecție:
Pentru a face acest experiment, veți avea nevoie de următoarele materiale și echipamente:
Cel puțin două secțiuni de 6 picioare (183 cm) cu un diametru de de 1-1/2 inch (aproximativ 4 cm) diametru izolație țeavă de spumă
Set de markere, creioane colorate sau creioane
Bilă din sticla ,lemn,otel
pahar de hârtie sau plastic
Cuțit utilitar
Bandă de mascare
Ruletă
Raft de cărți, masă sau alt suport pentru punctul de plecare al roller coaster-ului
Cronometru
Cântare Gram pentru cântărirea marmurei, cum ar fi cântarul digital de buzunar.
Lungimea masonitului (placă netedă) pe care marmura să călătorească (pentru măsurarea vitezei în diferite puncte de-a lungul pistei). Puteți lipi masonitul într-o formă de V și îl puteți picta cu dungi alternative la intervale de 5 sau 10 cm. Forma în V menține marmura dreaptă, iar dungile vă permit să măsurați cu ușurință distanța pe care marmura a parcurs-o într-un interval de timp.
Optional: camera video
Resurse online:
Prezentarea lecției :
https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtpE04Dh9wDuU/edit?usp=sharing
Acest site web este ca un test cu variante multiple de răspuns. Demonstrați acest lucru elevilor. Mai întâi citiți pagina de introducere. În partea de jos a paginii, faceți clic pe linkul Roller Coaster.
Faceți clic pe „Design a Roller Coaster” și „începe” pentru a începe.
Acest site web este o modalitate foarte bună de a vedea relația dintre energia cinetică și energia potențială în raport cu rollercoaster-ul. Puteți schimba înălțimea dealului, puteți adăuga un deal sau puteți crea o cale netedă și puteți vedea cum diferă energia potențială și cinetică. Aceasta este o mare șansă de a observa modul în care înălțimea are un efect asupra energiei potențiale.
Acest site vă permite să vă faceți propriul rollercoaster . Puteți adăuga dealuri și bucle, ajusta înălțimile dealului, viteza rollercoaster-ului, gravitația, frecarea și masa.
Citiți mai multe despre cum funcționează Roller Coasters
Aflați mai multe despre modul în care funcționează roller coasterele și vedeți câteva activități suplimentare acasă pentru a afla despre inerție și forța centripetă
Uită-te la un video cu privire la fizica roller coasters
Activitatea roller coaster-ului cu bila de sticlă
Roller coaster de hârtie
Istorie Roller Coaster
Rollercoaster!
http://www.ultimaterollercoaster.com/
Informații despre istoricul roller coaster-ului și plimbările selectate.
Cum rollercoasters de lucru
http://tlc.howstuffworks.com/family/roller-coaster.htm
Articol TLC despre cum funcționează roller coasterele.
Baza de date Roller Coaster
O bază de date care poate fi căutată de statistici roller coaster, care acoperă mai mult de 450 de plimbari.
Obiectiv: Scopul acestui proiect este de a construi un roller coaster pentru bila de sticlă folosind izolație țeavă de spumă și alte materiale pentru a determina și calcula locurile de energie potențială și cinetică în diferite puncte de-a lungul pistei.
-Împărtășiți /arătați ce vor învăța elevii astăzi și întrebați / explicați DE CE aceasta este o abilitate valoroasă.
-Împărtășiți schița generală a proiectului, astfel încât elevii să știe la ce să se aștepte. Încercați să evocați un sentiment de curiozitate. (Ce face Roller Coasters distractiv.?/ Astăzi, sunteți ingineri!)
-Revizuiți orice reguli și așteptări.
– Înainte de a începe lecția, clasa va participa la etapa de introducere, care include o discuție în clasă. Clasa va discuta despre cunoștințele lor de roller coastere și termeni din fizică. Această discuție va ajuta la determinarea cunoștințelor pe care clasa le are deja.
– Înainte de a începe proiectul roller coaster, elevii vor fi rugați să vizioneze următorul videoclip YouTube în clasă. https://youtu.be/khRTNdEgZqg
– Profesorul va solicita clasa cu întrebarea: „cum sunt roller coasterele legate de știință?”
– Profesorul va cere apoi clasei să-și împărtășească experiențele personale cu roller coasterele și parcurile de distracții. Puneți întrebări precum:
Cine a fost vreodată pe un roller coaster?
Care este cea mai înfricoșătoare parte?
Știință…. montagne russe……. care este legătura?
Ce permite roller coaster-ului să treacă prin bucle și dealuri?
Cum proiectează inginerii roller coastere care sunt rapide, distractive și sigure?
Ce este energia potențială?
Ce este energia cinetică?
Cum afectează diferite forțe mișcarea obiectelor?
Cum provoacă energia mișcarea sau creează schimbarea?
Proiectul RollerCoaster este locul în care studenții se reunesc ca o echipă pentru a construi un roller coaster complet. Această activitate bazată pe proiect are ca scop motivarea și energizarea elevilor. Ei învață despre managementul de proiect și importanța colaborării eficiente ca echipă. Această înțelegere se aplică și în scenariului de lucru. Roller Coaster este o activitate interesantă în cazul în care elevii trebuie să construiască un roller coaster întreg cu materialele furnizate pentru ei . Ar trebui să fie proiectat în așa fel încât bila de sticlă să poată rula de-a lungul pistei numai cu ajutorul gravitației.
| Scara muncii independente | |||||
| Independență zero | Mult ajutor cu ceva independență | Semi-independent | Complet independent | ||
| Profesorul oferă elevilor o metodă completă cu instrucțiuni clare pentru modul de efectuare a experimentelor și proiectarea ingineriei. | Profesorul oferă elevilor o schiță pentru procedură, dar permite opțiuni* la diferite etape. Profesorul oferă elevilor o schiță pentru procedura de efectuare a experimentelor și proiectare inginerească, dar cu câteva opțiuni în tehnică și echipamente. | Profesorul specifică procedurile. Studenții cercetează metoda de realizare pentru pregătirea experimentului și proiectarea ingineriei. Studenții cercetează metode de realizare a experimentelor și proiectării inginerești, folosind echipamentele puse la dispoziție. | Studenții cercetează metode pentru realizarea experimentului și proiectarea ingineriei și aleg metodele și echipamentele de utilizat. | ||
| Observații și evaluarea competențelor | |||||
| Urmați procedurile scrise și orale | Elevii urmează instrucțiuni scrise și orale | Elevii urmează instrucțiuni scrise și orale, făcând alegeri individuale în tehnică sau echipament. | Elevii urmează o metodă pe care au cercetat-o | Elevii urmează o metodă pe care au cercetat-o | |
| Utilizează în siguranță o gamă largă de echipamente și materiale practice | Elevii trebuie să utilizeze în siguranță echipamentul. | Elevii trebuie să utilizeze în siguranță echipamentul. | Elevii minimizează riscurile cu o indemnizare minim. | Elevii trebuie să efectueze o evaluare completă a riscurilor și să reducă la minimum riscurile. | |
| Aplicarea abordărilor și metodelor de investigație atunci când se utilizează instrumente și echipamente | Elevii trebuie să utilizeze corect echipamentul corespunzător. Procedura trebuie urmată metodic și variabilele corespunzătoare măsurate sau controlate. | Elevii trebuie să utilizeze corect echipamentul corespunzător.
Procedura trebuie urmată metodic și variabilele adecvate identificate, măsurate și controlate. |
Elevii trebuie să selecteze și să utilizeze corect echipamentul corespunzător. Etapele procedurale ar trebui să fie bine secvențiate și ajustate, dacă este necesar. Variabilele adecvate identificate, măsurate și controlate. | Elevul trebuie să aleagă o abordare metodică adecvată, echipament și tehnici. Etapele procedurale ar trebui să fie bine secvențiate și ajustate, dacă este necesar. Ar trebui identificate variabile adecvate pentru măsurare și control. În cazul în care variabilele nu pot fi controlate cu ușurință, ar trebui planificate abordări care să țină seama de acest lucru. | |
| Realizează și înregistrează observații | Elevii înregistrează datele în moduri specificate. | Elevii înregistrează date exacte în moduri specificate. | Elevii înregistrează date precise și exacte, metodic folosind unități adecvate, în moduri specificate. | Elevii trebuie să aleagă cel mai eficient mod de înregistrare a datelor precise și exacte metodic folosind unități adecvate. | |
| Cercetări, referințe și rapoarte | Se raportează date și se trag concluzii. Elevii desfășoară prezentări cu privire la activitățile practice cu multă îndrumare. | Se raportează date și se trag concluzii. Elevii compară rezultatele și identifică motivele diferențelor. Elevii desfășoară prezentări cu privire la activitățile practice cu unele îndrumări. | Elevii trebuie să cerceteze metodele disponibile. Ei compară rezultatele și raportează diferențele. Graficele și tabelele adecvate sunt utilizate pentru a procesa date și a raporta constatările. Elevii realizează prezentări cu privire la activitățile practice cu un minim ajutor din partea profesorilor. | Elevii trebuie să cerceteze alternative pentru a-și planifica munca. Raportarea acoperă planificarea, efectuarea și o analiză a rezultatelor acestora. Graficele, tabelele și/sau instrumentele adecvate sunt utilizate pentru a procesa date și a raporta constatările. Elevii realizează prezentări cu privire la activitățile practice fără ajutorul profesorului. | |
*Opțiuni: Cu cât mai multe opțiuni cu atât mai multă autonomie pentru elev. Profesorii oferă elevilor opțiuni, astfel încât elevul să-și poată dezvolta abilitățile de rezolvare a problemelor. Cu cât profesorul oferă mai multe opțiuni elevilor, elevul are oportunități mai mari de învățare bazată pe probleme și învățare independentă. Acest lucru este măsurat în raport cu rubricile practice de la zero independent la învățarea complet independentă.
ROLLER COASTER RUBRICĂ:
| CRITERII | PUNCTE POSIBILE | PUNCTE MARCATE |
| Primul Deal | 10 | |
| Al doilea deal sau buclă | 10 | |
| Bila a finalizat cursul | 15 | |
| Desene etichetate cu cea mai mare energie potențială | 5 | |
| Desene etichetate cu cea mai mare energie cinetică | 5 | |
| Atitudine cooperativă, comportamente responsabile ,a respectat toate regulile și așteptările | 10 | |
| PRETENȚIE/REVENDICARE | 5 | |
| DOVADĂ | 10 | |
| RAŢIONAMENT | 10 | |
| PUNCTE SUPLIMENTARE | ||
| Dealuri | +2 | |
| Bucle | +5 | |
| Bila se oprește la o distanță de 15 cm de pistă | +5 | |
| Coasterul are o temă creativă legată de programa anului școlar de clasa a 7-a – a12-a | +5 | |
| TOTAL PUNCTE MARCATE |
Anexă. I.
Anchetă științifică
Anexa. II
Testați șablonul de idee
| Testarea organizatorului ideii dvs. | |
Întrebarea dumneavoastră ar trebui să relaționeze variabila manipulată la variabila răspuns. |
Întrebare de investigație: Care este fizica unui roller coaster? |
Ipoteza ta ar trebui să fie scrisă ca o declarație „DACĂ, ATUNCI, PENTRU” . |
|
|
|
Creați o listă cu toate materialele de care aveți nevoie.
|
|
Ar trebui să includă …
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Anexa 3.
Fisă de design Roller Coaster
Nume: Membrii echipei:
Provocare: Sunteți președintele unei firme de inginerie care proiectează și construiește roller coastere. Vialand tocmai a comandat ca tu și echipa ta de ingineri foarte bine pregătiți și specializați să proiectați noul lor roller coaster. Acesta va fi cel mai bun roller coaster din lume.Va fi mai rapid și mai palpitant decât orice alt coaster care există astăzi.
Constrângeri de proiectare
Plan
Materiale: 2 lungimi de izolare țeavă, 1 bilă de sticlă, bandă de mascare, ceașcă, cronometru
Cum veți utiliza materialele furnizate pentru a proiecta un roller coaster care este rapid, distractiv și sigur?
Schițați o vizualizare laterală a coaster-ului planificat:
Design
Adună materiale și construiește coaster-ul dumneavoastră! Dacă efectuați modificări la designul original, modificați schița, apoi modificați coaster-ul.
Verificare
Finalizați 10 încercări consecutive de succes. Temporizați bila de sus în jos și înregistrați rezultatele în tabelul de date de mai jos (la cea mai apropiată sutime de secundă).
| Proces | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Ave |
| Timp (sec) |
Calculați viteza medie a mașinii (bila) folosind formula
viteza = distanta / timp
distanța(d), timpul mediu (t), s = d / t
| Constrângere de proiectare | Autoverificarea echipei |
| Roller coaster-ul tău este liber în picioare? | Da Nu |
| Roller coaster-ul tău este sigur? A reușit de la început până la sfârșit pentru 10 încercări consecutive? | Da Nu |
| Roller coaster-ul tău este distractiv? Include cel puțin 1 buclă și 1 tură? | Da Nu |
| Roller coaster-ul tău este rapid? | Viteza medie ________ |
Acțiune
Faceți o fotografie cu roller coaster-ul finalizat.
Schițați o vizualizare laterală a designului final:
Anexa 4.
Ipoteză:
| Proces | Ora (e) |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 6 | |
| 7 | |
| 8 | |
| 9 | |
| 10 | |
| Medie |
Date:
Lungimea roller coasterului:_____________ (m)
Masa bilei: ________________ (g)
Viteza medie: ___________________ (m/s)
Înălțimea roller coasterului: ________________ (m)
Gravitație: _______________ (m/s2)
Energia potențială de la punctul 1: ____________________
Energia potențială de la punctul 2: _____________________
Numele roller coasterului: _____________________________________
Anexa 5.
Roller Coaster răspunsuri individuale scrise
Nume _____________________________
Indicații de orientare: Utilizați diagrama de mai jos pentru a descrie modul în care forțele afectează mișcarea bilei în timp ce călătorește de-a lungul pistei.
Anexa 6.
Denumire: Date: Clasă:
| Efectuarea unei evaluări a sensului | ||
| Înțelegeți activitatea oferind o scurtă reflecție despre fenomenele științifice pe care le-ați explorat, abilitățile științifice și inginerești pe care le-ați folosit și ideea de a adapta activitatea. Răspundeți la următoarele solicitări în propoziții complete: | ||
| 3 | Conceptele științifice pe care le-am învățat și aplicat în această activitate sunt: | |
| 2 | Două abilități științifice și inginerești pe care le-am folosit în această activitate sunt: | |
| Practici de știință și inginerie:
❏ A pune întrebări (pentru știință) și a defini probleme (pentru inginerie) ❏ Dezvoltarea și utilizarea modelelor ❏ Planificarea și efectuarea investigațiilor ❏ Analiza și interpretarea datelor ❏ Utilizarea matematicii și a gândirii computaționale ❏ Construirea explicațiilor (pentru știință) și proiectarea de soluții (pentru inginerie) ❏ Angajarea în argumente din probe ❏ Obținerea, evaluarea și comunicarea informațiilor |
Procesul de proiectare inginerească:
❏ Întrebați: Identificați nevoia și constrângerile ❏ Cercetați problema ❏ Imaginați-vă: Dezvoltați soluții posibile ❏ Plan: Selectați o soluție promițătoare ❏ Creați: Construiți un prototip ❏ Testați și evaluați prototipul ❏ Îmbunătățirea: Reproiectare dacă este necesar Gândirea de proiectare inginerească: ❏ Formularea problemelor ❏ Căutarea de soluții ❏ Prosperă în incertitudine ❏ Colaborarea constantă ❏ Idei de prototipare ❏ Opțiuni de iterare ❏ Reflectarea frecventă |
|
| 1 | O idee pe care trebuie să o explorez și să o extind în continuare este: | |
Anexa 7.
Rubrica proiectului Roller Coaster
| Excelent
4 pct. |
Corect
3 pct. |
Nedezvoltat
2 pct. |
Neconformitate
1 pct. |
Nu a încercat
0 pct. |
|
| Finalizarea proiectului | Proiectul a fost 100% finalizat și a funcționat conform descrierii sarcinii. | Proiectul a fost finalizat și a funcționat, dar a avut nevoie de modificări minore. A fost nevoie doar de 2-3 clarificări. | Proiectul a fost finalizat, dar nu a funcționat; a fost nevoie de mai multe modificări minore. A necesitat mai mult de 3 clarificări ale sarcinii, dar nu i-a afectat pe cei din jur pentru a face sarcina. | Proiectul a fost finalizat, dar nu a funcționat; a fost nevoie de mai multe modificări majore. | Studentul nu a finalizat proiectul în perioada de timp dată, a refuzat să demareze proiectul sau a abandonat proiectul odată început. |
| Demonstrați cunoștințele de construcție | Elevul cunoaște și este capabil să identifice și să explice teoriile/ sarcinile necesare pentru finalizarea proiectului. Se bazează pe propriile abilități de memorie pentru a finaliza sarcina. | Elevul este capabil să identifice și să explice teoriile/ sarcina necesare pentru finalizarea proiectului cu o anumită asistență. Utilizează propriile cuvinte pentru a descrie activitatea. | Elevul nu este în măsură să identifice sau să explice concepte fără un îndemn major. Necesită asistență de la adulți pentru a-și face treaba. Folosește foarte puțin vocabular pentru a descrie sarcina. | Elevul nu este capabil să identifice și să explice teoriile / sarcina majoră. Utilizează alte vizualizări pentru a explica activitatea și nu finalizează activitatea pe cont propriu pentru niciunul dintre pași. | Studentul nu are interes să demonstreze cunoștințe despre proiect și/sau proces. |
| Abilitatea de a urma instrucțiuni
(2 picături, 2 bucle, 1 tirbușon și o caracteristică „specială” care demonstrează cele 3 legi ale mișcării) |
A urmat indicațiile la literă. S-a folosit de alte persoane pentru îndrumări. | A urmat direcțiile. I-a ascultat pe cei din jur atunci când a fost nevoie. | A urmat îndrumări moderat. A lucrat într-un ritm productiv, dar nu l-a ascultat pe adult care l-a instruit pe el sau pe client. | Nu a urmat instrucțiunile pentru niciuna dintre sarcini și uneori a refuzat să încetinească pentru a face sarcina bine. | Elevul a fost neconform atunci când a primit instrucțiuni 100% din timp. |
| Nivelul asistenței necesare | Elevul a reușit să finalizeze sarcina fără asistență. | Elevul a reușit să finalizeze sarcina cu puțină asistență. | Elevul a reușit să finalizeze sarcina cu asistență moderată. | Elevul nu a putut finaliza sarcina fără asistență majoră. | Elevul a refuzat sau nu a putut demara proiectul atunci când i s-a oferit asistență. |
| Pregătirea elevilor | Elevul
a avut / a adunat toate materialele și a fost complet gata să muncească. |
Elevul a avut / a adunat cele mai multe materiale și s-a apucat de muncă. | Elevul a avut / a adunat cele mai multe materiale, cu toate acestea, a nevoie de mai mult timp pentru a face acest lucru. | Elevul nu a avut/a adunat o parte din materialele necesare pentru a lucra. | Elevul a refuzat să adune materialele necesare pentru finalizarea proiectului. |
| Managementul timpului | A folosit bine timpul pe tot parcursul proiectului și a reușit să termine treaba la timp. | A folosit timpul destul de bine pe tot parcursul proiectului. | A amânat oarecum, dar a făcut treaba la timp. | Nu a fost în măsură să îndeplinească în mod adecvat cronologia etapelor din proiect din cauza incapacității. | Elevul nu s-a arătat interesat să finalizeze proiectul la timp. |
| Atitudinea elevilor în timpul proiectului | Elevul l-a transformat într-un proiect pe care l-a considerat o reflectare a eforturilor lor sârguincioase. | Elevul l- a transformat într-un proiect de care este mulțumit. | Elevul l-a transformat într-un proiect care este semi-decent pentru a primi o notă corectă. | Elevul l-a transformat proiect doar pentru a primi credit. | Studentul a refuzat să finalizeze proiectul |
| Utilizarea tehnologiei | Elevul a folosit programul la maxim și a reușit să-i ajute pe alții. | Elevii au folosit programul la maxim. | Elevul s-a luptat cu programul și a ratat mai multe caracteristici cheie. | Elevul nu a reușit să folosească programul la maxim și a ratat multe dintre caracteristicile cheie. | Elevul nu a folosit programul corect sau a refuzat să-l învețe. |
| Concepte de fizică | Elevii identifică și explică cu precizie următoarele concepte: forța, accelerația, Legile mișcării ale lui Newton, viteza și conservarea energiei | Elevii identifică și explică cu exactitate unele, dar nu toate conceptele de fizică. | Elevii identifică cu precizie, dar nu explică conceptele de fizică. | Elevii au identificat câteva, dar nu toate conceptele de fizică. | Elevii nu identifică și nu explică nici una dintre conceptele de fizică. |
| Prezentare orală | Există un nivel ridicat de pregătire evidentă. Prezentatorul (prezentatorii) au o înțelegere aprofundată a subiectului selectat. Ei sunt capabili să răspundă la toate întrebările legate de proiectul lor. | Există un nivel corect de pregătire evidentă. Prezentatorul (prezentatorii) au o înțelegere generală a subiectului selectat. Ei sunt capabili să răspundă la cele mai multe întrebări legate de proiectul lor. | Există un nivel scăzut-mediu de pregătire. Prezentatorul (prezentatorii) au o anumită înțelegere a subiectului selectat. Ei sunt capabili să răspundă la câteva întrebări legate de proiectul lor. | Există un nivel scăzut de pregătire. Prezentatorul (prezentatoarele) au o înțelegere superficială a subiectului selectat. Ei sunt capabili să răspundă la câteva întrebări legate de proiectul lor. | Prezentarea nu a fost pregătită să fie susținută. |
Anexa 8.
Test de evaluare:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Anexa 9.
Figura 1. În această figură: coasterul pornește din vârful primului deal cu energie potențială maximă (PE) și aproape fără energie cinetică (KE) (1). Așa cum se duce în jos deal, acesta câștigă KE și pierde PE (2). În partea de jos a dealului, are KE maxim, dar aproape nici un PE (3). Așa cum se duce înapoi în sus pe deal, se pierde KE, dar câștigă PE din nou (4). Nu poate ajunge niciodată în vârful celui de-al doilea deal pentru că nu are suficientă energie (5). În schimb, se va rostogoli înapoi în jos și în cele din urmă se va stabili în partea de jos (3)
Figura 2. În această figură, al doilea, al treilea și așa mai departe ,dealurile sunt toate mai scurte decât primul deal (1). Cu toate acestea, din cauza frecării, roller coaster-ul va ajunge în cele din urmă la o oprire (4)
