Enerjinin Korunumu Yasasını Kullanarak Hız Treni Tasarlamak (Potansiyel/Kinetik Enerji)

Bilim alani:

Fizik, Fizik Bilimi, Mühendislik , Matematik

Sinif seviyesi:

7.-12.Sınıflar

Öğrenci yaş grubu:

13-18

Toplam süre:

320 Dakika

Hazirlik süresi:

20 Dakika

Ders süresi:

5 Saat

Kullanilacak öğretim yöntemi:

-Proje Tabanlı Öğrenme

Bu yöntem, öğrencileri bir projede yer alarak gerekli becerileri öğrenmeye ve bilgilerini uygulamaya teşvik eder.Öğrenciler bir soruna çözüm üretmek ve araştırma yapmak için uzun süre çalışırlar.Bir öğretmen olarak rolünüz, kolaylaştırıcı olmak ve öğrencileri projelerinin başından sonuna kadar kontrolü ellerine almaya teşvik etmektir.

– Mühendislik Tasarım Sürecini Kullanmak

Bu, öğrencilerin bir projenin parçası olarak sorunlara çözümler üretebilecekleri adımlar sürecidir.Bu proje tabanlı öğrenme stratejisini, açık uçlu tasarımları, yaratıcılığı ve pratik çözümleri teşvik etmelidir. Mühendislik tasarım sürecinin adımları:

SORU SOR: Öğrenciler sorunu, karşılanması gereken gereksinimleri ve dikkate alınması gereken kısıtlamaları belirler.

HAYAL ET: Öğrenciler beyin fırtınası yapar ve fikirleri araştırır. Ayrıca başkalarının ne yaptığını da tanımlarlar.

PLANLA: Öğrenciler beyin fırtınası yaptıkları listeden en iyi iki veya üç fikri seçer ve olası tasarımları çizer, sonuçta prototip için tek bir tasarım seçer.

OLUŞTUR: Öğrenciler, tasarım gereksinimleriyle uyumlu ve tasarım kısıtlamaları dahilinde olan bir çalışma modeli veya prototip oluşturur.

TEST ET: Öğrenciler çözümü test ederek değerlendirir; verileri toplar ve analiz ederler; test sırasında ortaya çıkan tasarımlarının güçlü ve zayıf yönlerini özetlerler.

GELİŞTİR: Öğrenciler, testlerinin sonuçlarına göre tasarımlarında iyileştirmeler yaparlar. Ayrıca yapacakları değişiklikleri belirler ve revizyonlarını gerekçelendirirler.

Anahtar kavramlar:

Potansiyel ve Kinetik Enerji, Enerjinin Korunumu Yasası, Yerçekimi

Overview

Bu derste öğrenciler, mühendislik sürecini kullanarak yalıtım boruları, bilyeler ve oda içindeki nesneleri kullanarak bir hız treni tasarlamak için bir mühendis gibi düşünmeyi ve tasarlamayı öğreneceklerdir. Bilgisayar simülasyon programları, yükseklik, hız, yerçekimi ve hız treni yolu gibi değişkenleri hesaba katarak hız trenlerinin tasarlanabileceği farklı yollar bulmalarına yardımcı olacaktır.

Öğrenciler, etkileşim kurmayı ve bir ekip ortamında çalışmayı öğrenecekleri gruplara ayrılacaktır çünkü Mühendislerin harika iletişimciler olması gerekir! İlk olarak, hız trenlerinin nasıl tasarlandığını ve neden çalıştıklarının ardındaki fiziği vurgulayan bir sunum yapacaklar.Sunumda öğrendikleri temel ilkeleri kullanarak tasarımlarını planlayacaklar.Son olarak öğrenciler, yapı olarak esnek boru izolasyonu, bant ve yolcularla dolu arabayı temsil eden bir bilye kullanarak bir hız treni tasarlayacaklar.Yapılarına ve yollarına yardımcı olmak için odanın çevresinde bulunan malzemeleri kullanarak istedikleri kadar yaratıcı olabilirler.

Öğrenciler, ders boyunca tasarlayarak, değerlendirerek ve geliştirerek mühendislerin günlük olarak yaşadıklarını deneyimleyeceklerdir.

Student mission

SORUN TANIMI

Hız trenleri tasarlayan ve üreten bir mühendislik firmasının başkanısınız. Vialand, sizi ve yüksek eğitimli ve uzman mühendislerden oluşan ekibinizi yeni hız trenlerini tasarlamanız için görevlendirdi. Bu, dünyanın önde gelen hız treni olacak. Bugün var olan diğer tüm hız trenlerinden daha hızlı ve daha heyecan verici olacak.

Yeni hız treniniz en az bir yokuşta, bir kavise ve bir dönüşe sahip olmalıdır. Grubunuz önce hız treniniz için bir tasarım yapmalı ve hız treninize bir ad vermelidir. Üzerinde hız treninizin adının da bulunduğu yeni bir tabela oluşturmanız gerekiyor. Tasarımınız ve adınız onaylandıktan sonra verilen malzemelerle bu hız treninin yapacaksınız. Hız treni tamamlandığında, bilyenin ne kadar hızlı hareket ettiğini görmek için farklı bilyelerle zaman denemeleri yapacaksınız. Her grup, projelerinin yaratıcılığına ve tüm kriterleri karşılayıp karşılamadığına göre derecelendirilecektir. Bu projenin sonunda sınıf, hangi hız treninin en iyi genel tasarıma sahip olduğunu oylayacaktır.

Mevcut malzemeleri kullanarak güvenli ve eğlenceli bir hız treni tasarlayın!

KRİTERLER VE KISITLAMALAR:

1-2 tepesi VEYA 1 kavisi ve 1 tepesi olan bir hız treni geliştirin.

2- Hız treniniz için araç olarak bir bilye kullanılacaktır.

3- Bilye, hız treninin tüm uzunluğu boyunca hareket etmelidir.

Prosedür:

  1. Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesini gözlemleyebileceğiniz en az 2 yüksek tepe noktası (başlangıç noktası bir olabilir) olan bir hız treni inşa edin.

a.Bu alanları bir kürdan ile belirleyin

  1. Hız treninizi inşa etmek için sağlanan malzemelerden herhangi birini kullanabilirsiniz.
  2. Hipotezinizi, hangi alanın en büyük potansiyel enerjiye sahip olacağına bağlı olarak “Eğer— O halde—-” ifadesi olarak kaydediniz (Ek 4.)
  3. Hız treninize bir ad vermelisiniz!
  4. m/s cinsinden ortalama hızı belirlemek için bilyeyi hız treninde 10 kez yuvarlayın. Hız Treni Tasarım Broşürüne (Ek 3) veri kaydedeceksiniz.

6.Isınma/ aşamasında vermiş olduğunuz denklemi kullanarak potansiyel enerjiyi belirleyiniz.

Temel projeyi başarıyla tamamladıktan ve öğretmeniniz tasarımınızı onayladıktan sonra, ekstra puanlar için onu değiştirebilirsiniz: ek tepeler, kavisler ve/veya hız treninin sonundan 15 cm içinde duran bilyeniz. Puanlama için değerlendirme tablosuna bakın!

21st century technical skills gained through this activity

  • Bilgi ve iletişim teknolojisi (BİT) okuryazarlığı
  •  Medya ve internet okuryazarlığı
  •  Veri yorumlama ve analizi
  •  Eleştirel düşünce
  •  İşbirliği
  •  Yaratıcılık ve yenilik
  •  Problem Çözme ve Karar Verme
  •  Teknoloji işlemleri ve kavramları
  •  Bilgiye erişme ve bilgiyi analiz etme
  •  Merak ve hayal gücü.
  •  Proje Yönetimi
  •  Proje planlaması
  •  Etkili Ekip Çalışması
  •  Zaman yönetimi becerileri
  •  Kriz yönetimi

Makine mühendisleri: hız trenini, arabanın pistte nasıl tutunacağını, sürüş boyunca nasıl hareket ettiğini, molaların ve mekaniklerin nasıl çalıştığını vb. tasarlayın.

Elektrik mühendisleri: hareketli elektrik bileşenleri üzerinde çalışın, devre kartlarının ve kontrol panelinin çalıştığından emin olmak için bilgisayar mühendisiyle birlikte çalışın.

Bilgisayar mühendisleri: hız trenini kontrol eden bilgisayar sistemi üzerinde çalışın

Yapı mühendisleri: Yapısal olarak sağlam olduğundan emin olun, resimde gördüğünüz tüm beyaz yapıları inşa ediyorlar, ayakta kalacağından emin olun!

Kimya mühendisleri: bazı hız trenleri için gazlı sürüş

Havacılık ve uzay mühendisleri: arabaları aerodinamik hale getirin, böylece çok fazla sürtünme olmaz ve mümkün olduğunca hızlı gidebilirler

Malzeme mühendisleri: Her parça için en iyi ve en ucuz olacak, dünyanın farklı bölgelerindeki hava koşullarına dayanacak hangi malzemeleri kullanacağınıza karar verin

Ulaştırma Mühendisleri: Çok virajlı, karmaşık bir yol tasarlamaya benzer!

 

Mühendislik birlikte çalışmaktır! Tüm bu farklı meslek grupları eğlenceli bir şeyler yapmak için çalışır. Her şey insanlara yardım etmek ve insanların  hayatlarını iyileştirmek için sorunlara çözüm bulmakla ilgilidir.

Differentiation strategies to meet diverse learning needs

  • Öğrencilerin öğrenme stillerine dayalı tasarım dersi.
  • Öğrencileri ortak ilgi alanlarına, konulara veya yeteneklere göre gruplandırın.
  • Biçimlendirici değerlendirmeyi kullanarak öğrencilerin öğrenmesini değerlendirin.
  • Güvenli ve destekleyici bir ortam yaratmak için sınıfı yönetin.
  • Her öğrencinin benzersiz ihtiyaçlarını desteklemek için bireysel öğrenme yolları oluşturun
  • Akran Mentörlüğü

 

Lesson plan

40 dakikalık 8 ders saati

Time to complete Lesson

Öğrenciler yalıtım borusu ve bilye kullanarak kendi küçük ölçekli model hız trenlerini inşa ederler ve daha sonra ilgili derste öğrendikleri fizik prensiplerini kullanarak bunları analiz ederler. Tamamen yerçekimi ile hareket eden hız trenlerini tasarlamak için kinetik ve potansiyel enerji ve sürtünme etkileri arasındaki dönüşümleri incelerler.

Mühendislik Bağlantısı

Model hız trenlerinin tasarımı sırasında öğrenciler, gerçek dünya hız treni mühendislerinin ele aldığı sorunların çoğuyla karşılaşırlar.

Çalışan hız trenleri inşa etmek için öğrencilerin tasarımlarına getirilen kısıtlamaları ve fiziğin temel yasalarına göre yapılan gerçek hız treni tasarımlarını tanımaları gerekir. 

Öğrenciler, bu kısıtlamaları anlama ve bu kısıtlamalar dahilinde çalışma becerilerinin, hız trenlerinin başarısı için çok önemli olduğunu öğrenirler.

Bu projeden sonra öğrenciler şunları yapabilmelidir:

  • Hız trenlerinin nasıl çalıştığını anlamanın mühendisler için neden önemli olduğunu açıklamak.
  • Model hız trenlerinin nasıl çalıştığını fizik terimleriyle açıklamak.
  • Hız treni tasarımları bağlamında yerçekimi ve sürtünmenin etkilerini tartışmak.
  • Hız trenlerinin tasarımını ve yerleşimini açıklamak için enerjinin korunumu ilkesini kullanmak.
  • Bir arabanın maksimum kinetik ve potansiyel enerjiye sahip olduğu bir hız treni parkurundaki noktaları belirlemek.
  • Bir arabanın 1 g-kuvvetinden daha fazla veya daha az deneyimlediği bir hız treni parkurundaki noktaları belirlemek.
  • Hız treni parkurunda bir arabanın hızlanıp yavaşladığı noktaları belirlemek.
  • Hız treninin nasıl çalıştığına ilişkin özellikler ve fizik hakkında konuşmak.
  • Kinetik ve potansiyel enerjiyi ve bunların yerçekimi, yükseklik ve hız ile nasıl etkileştiğini öğrenmek.
  • Bir hız treni inşa etmeye dahil olan farklı mühendislik türlerini tanımlamak.
  • Mühendislik sürecini kullanmak: Soru sor, hayal et, planla, oluştur, test et, geliştir.
  • Gözlemler arasındaki ilişkilere yönelik araştırmalar yapmak , nitel ve nicel verileri toplamak ve kaydetmek.
  • Sorunlar üzerinde işbirliği içinde çalışmak; ve fikirleri, prosedürleri ve sonuçları iletmek için uygun dil ve formatları kullanmak.
  • Zaman içinde geliştirilmiş mekanik cihazları tanımlayarak, karşılaştırarak ve yorumlayarak bilim ve teknolojinin gelişimini örnekleyebilmek.
  • Mekanik bir sistemin parçaları arasındaki kuvvet ve enerji aktarımını araştırmak ve tanımlamak.
  • Mekanik sistemlerde teorik ve pratik enerji ölçümlerinde kullanılan kavramları açıklamak ve uygulamak.
  • İki nesnenin tek boyutlu çarpışmalarını araştırmak için kuvvet, kütle ve momentumun korunumu kanunu kavramlarını uygulamak.
  • Güvenlik cihazları ve uygulamalarına duyulan ihtiyacı açıklamak için nesnelerin hareketinin altında yatan ilkeleri uygulayabilmek.
  • Nesnelerin tek boyutlu hareketini yer değiştirme, zaman, hız ve ivme açısından tanımlayabilmek.
  • Kinetik enerjinin potansiyel enerjiye dönüştüğü ve bunun tersinin olduğu durumları belirleyebilmek.
  • Bir ihtiyacı karşılayacak bir ürün icat etmek.
  • Tasarım kriterlerini dikkate alarak bir prototip ve nihai model oluşturmak.
  • Bir ürünü tasarlamak ve optimize etmek için bilim, matematik ve mühendislik ilkelerini kullanmak.

Expected Learning Outcomes

İnşaat mühendisleri, hız trenleri, köprüler ve binalar gibi yapılar tasarlar.

Enerji : Maddede değişikliğe neden olma yeteneği

Potansiyel Enerji: Bir cismin konumundan veya durumundan dolayı sahip olduğu enerji

Kinetik Enerji: Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerji

Hareket: Bir cismin konumundaki değişiklik

Kuvvet: Bir cismin hareketinde değişikliğe neden olabilecek itme veya çekme

Yerçekimi: İki cisim arasındaki çekim kuvveti

Sürtünme: Birbirine dokunan iki nesne arasında etki eden ve harekete karşı koyan kuvvet

Hızlanma: Bir aracın hız kazanma kapasitesi

Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler:

Dengeli bir kuvvet, iki veya daha fazla kuvvetin bir cisme tam olarak karşı koyacak şekilde etki ettiği zaman ortaya çıkar. Bu anda koltuğunuzda otururken, koltuk yerçekimi kuvvetine eşit ve zıt yönde bir kuvvetle yukarı doğru iter. Bu iki kuvvetin birbirini dengelediği ve dinlenmenize neden olduğu söylenir. Koltuk aniden altınızdan çekilirse, dengesiz bir kuvvet hissedersiniz. Yerçekiminin aşağı doğru çekişini dengelemek için artık yukarı doğru bir koltuk kuvveti yoktur, bu nedenle yere doğru hızlanırsınız.

Merkezcil kuvvet: Merkezcil kuvvet, bir nesnenin dairesel bir yol boyunca hareket etmeye devam etmesi için bu nesneye etki eden net kuvvettir.

g :A g yerçekiminin neden olduğu ivmeye eşit bir ivme birimidir. Yerçekimi, Dünya üzerinde serbest düşen nesnelerin hızlarını saniyede yaklaşık 10 m/s oranında değiştirmesine neden olur.

Eylemsizlik: Eylemsizlik, bir cismin hareket halindeki değişime direnme eğilimidir.Cisimlerin o anda bulundukları hareket durumunu korumaya olan eğilimleridir.

Kütle: Bir cismin değişmeyen madde miktarıdır.

Momentum: Momentum, bir cismin sahip olduğu hareket miktarıdır. 

Newton’un Birinci Hareket Yasası: Duran veya hareket halindeki cisimlerin durumlarını koruma eğilimlerini ifade etmektedir. Bir cisme dış kuvvet (bileşke kuvvet) etki etmedikçe cisim durgun ise durgun kalacak, hareketli ise sabit hızla doğrusal hareketine devam edecektir.

Newton’un İkinci Hareket Yasası: Bir cismin üzerine uygulanan kuvvet ile cismin kütlesi ve bu kuvvetin cisme kazandıracağı ivme arasındaki ilişkiyi vermektedir. Newton’un 2. Yasası: Bir cismin ivmesi, ona etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı, kütlesi ile ters orantılıdır.

Newton’un Üçüncü Hareket Yasası: Her kuvvete karşılık, her zaman eşit ve ters bir tepki kuvveti vardır: veya iki cismin birbirine uyguladığı kuvvetler her zaman eşit ve zıt yönelimlidirler.Etki-tepki yasası olarak ta bilinir.

Periyot :Bir tam dalganın oluşması için geçen süreye periyot denir. “T” harfi ile gösterilir. Frekans ile ters orantılıdır. Birimi saniyedir. Dünyanın kendi ekseni etrafındaki periyodik dönüşü 24 saattir.

Hız :Herhangi bir objenin birim zamanda yaptığı yer değiştirme miktarına hız denir.

Arka plan

Eğlence parklarındaki hız trenleri, potansiyel enerji ve kinetik enerjiyi kullanır.Tipik olarak, bir motor, ilk potansiyel enerjisini elde etmek için hız trenini yukarı çeker.Bir kez zirve noktasında, hiçbir şekilde araca hiçbir motor bağlı değildir.Araba, potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye güvenli bir şekilde dönüştürmek ve onu heyecan verici bir sürüş haline getirmek için tasarlanmış bir pist boyunca düzgün bir şekilde inmeye ve döngüye başlıyor.Araba bir döngüden geçerse ve yeterli kinetik enerjiye sahip değilse, döngünün zirvesine ulaştığı için yolda kalamaz.Kinetik enerji KE=(mv2)/2 olarak ölçülür, burada m cismin kütlesi ve v hızdır. Potansiyel enerji PE=m.g.h olarak ölçülür, burada m kütle, g yerçekimi kuvveti ve h kütlenin başladığı referans noktasının üzerindeki mesafedir.

İdeal olarak, tüm potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüştürülür, ancak gerçekte enerjinin bir kısmı sürtünme nedeniyle kaybolduğu için bu asla doğru olmaz.Enerji kaybı nedeniyle, döngülerin tepe noktası, arabanın ilk başlangıç noktasından daha düşük olmalıdır.

İlk tepenin üstü, hız trenindeki en yüksek nokta olmalıdır.

  • Arabalar en hızlı yokuşların eteğinde, en yavaş tepelerin başında hareket eder.
  • Sürtünme, faydalı enerjiyi ısıya dönüştürür ve en aza indirilmelidir.
  • Tepelerin alt kısımlarında 1’den büyük G-kuvvetleri oluşur.
  • Tepelerin üst kısımlarında 1’den küçük G-kuvvetleri oluşur.
  • Düşmeyi önlemek için, arabaların kavislerin tepesinde belirli bir hıza sahip olması gerekir.

Kinetik Enerji : https://www.ducksters.com/science/physics/kinetic_energy.php

Kinetik Enerji: https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy

Potansiyel Enerji: https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Potential-Energy

Potansiyel Enerji: https://www.ducksters.com/science/physics/potential_energy.php

Hız Treninde Enerji Dönüşümü:

https://www.physicsclassroom.com/mmedia/energy/ce.cfm

Etkileşimli Hız Treni Modeli:

https://www.physicsclassroom.com/Physics-Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model-Interactive

Prior knowledge and vocabulary

Araştırma sorunuzda size yardımcı olması için Bilimsel Araştırma Modelini ve Fikrinizi Test Edin şablonunu kullanın. Ek I. ve II’ye bakınız.

Science and Engineering/Math Practices

F.7.3. Kuvvet ve Enerji / Fiziksel Olaylar

F.7.3.2. Kuvvet, İş ve Enerji İlişkisi

F.7.3.2.2. Enerjiyi iş kavramıyla ilişkilendirerek, kinetik ve potansiyel enerji olarak sınıflandırır.

  1. Potansiyel enerji, yerçekimi potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi olarak sınıflandırılır.
  2. Potansiyel enerjinin kütle ve yüksekliğe, kinetik enerjinin ise kütle ve hıza bağlı olduğu belirtir.

F.7.3.3. Enerji Dönüşümleri

F.7.3.3.1. Kinetik ve potansiyel enerji türlerinin dönüşümüne dayanarak, enerjinin korunduğu sonucuna varır.

F.7.3.3.2. Sürtünme kuvvetinin kinetik enerjiye etkisini örneklerle açıklar.

 

FİZİK

9.3.1. HAREKET VE KUVVET

9.3.1.1. Nesnelerin hareketlerini sınıflandırır.

9.3.1.2. Konum, uzaklık, yer değiştirme, hız ve hız kavramlarını birbirleriyle ilişkilendirir.

9.3.1.3. Düzgün doğrusal hareket için konum, hız ve zaman kavramlarını ilişkilendirir.

  1. a) Öğrencilerin deney veya simülasyon yoluyla veri toplamaları, konum-zaman ve hız-zaman grafiklerini çizmeleri, yorumlamaları ve çizilen grafikler arasında dönüşümler yapmaları sağlanır.
  2. b) Öğrencilerin grafik kullanarak hareketle ilgili matematiksel modelleri çizmeleri ve yorumlamaları sağlanır.

9.3.1.4. Ortalama hız kavramını açıklanır.

9.3.1.5. Hızlanma kavramını hızlanma ve yavaşlama olaylarıyla ilişkilendirir.

9.3.1.6. Bir cismin hareketini farklı referans noktalarına göre açıklar.

 

9.3.2. KUVVET

9.3.2.1. Kuvvet kavramını örneklerle açıklar.

9.3.3. NEWTON’UN HAREKET YASALARI

9.3.3.1. Dengeli kuvvetler etkisindeki cisimlerin hareket durumlarını örneklerle açıklar.

9.3.3.2. Kuvvet, ivme ve kütle kavramları arasındaki ilişkiyi açıklar.

9.3.3.3. Etki-tepki kuvvetlerini örneklerle açıklar.

9.3.4. SÜRTÜNME KUVVETİ

9.3.4.1. Sürtünme kuvvetinin bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.

 

9.4.2. MEKANİK ENERJİ

9.4.2.1. Öteleme kinetik enerjisinin, yerçekimi potansiyel enerjisinin ve elastik potansiyel enerjisinin bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.

9.4.3. ENERJİ KORUMASI VE ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ

9.4.3.1. Enerjinin bir biçimden diğerine (mekanik, ısı, ışık, ses gibi) dönüşümünde toplam enerjinin korunduğu sonucunu çıkarır.

11.1.3. NEWTON’UN HAREKET YASALARI

11.1.3.1. Yönü belirleyerek net kuvvetin büyüklüğünü hesaplar.

11.1.4.6. Başlangıç hızı düşey yönde ve sabit ivmeli nesnelerin hareketlerini analiz eder.

11.1.6.2. Mekanik enerjinin korunumunu kullanarak nesnelerin hareketini analiz eder.

11.1.6.3. Sürtünme yüzeylerinde enerji korunumunu ve dönüşümleri analiz eder.

11.1.7.4. Doğrusal momentumun korunumunu hesaplar.

Curriculum Alignment

Giriş: Öğretmen, öğrencilerin zaten bildiklerini yansıtmalarına ve bilgi boşluklarını belirlemelerine yardımcı olur. Öğrencilerin öğrenmeye hazır olmaları için gelecek kavramlara ilgiyi teşvik etmek önemlidir. Öğretmenler öğrencilere açılış soruları sormaları veya konu hakkında zaten bildiklerini yazmaları konusunda görev verebilir. Bu aynı zamanda kavramın öğrencilere ilk kez tanıtıldığı zamandır.

1.Ders

  1. Hız Treni Sunumu (20 dakika) https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtpE04Dh9wDuU/edit?usp=sharing

 

  1. Öğrencilerden en sevdikleri hız treni veya heyecan verici sürüşü düşünmelerini isteyin (öğrencilere deneyimlerini bir partnerle paylaşmaları için zaman tanıyın).
  2. “Hız trenini bu kadar eğlenceli yapan özellikler nelerdir?” diye sorun.
  3. Projeye tabanlı etkinliği tanıtın: “Bir sonraki büyük hız treni için bir proje göndermeniz istenen bir inşaat mühendisliği şirketinin parçasısınız. Hız treniniz hızlı, eğlenceli ve güvenli olmalıdır. Bu yalıtım borusunu (göster) pist için, bilyeyi ise araba için kullanacağız.”

Materyaller: Bilgisayar ve projeksiyon

Hazırlık: [5 ] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [20 ] Dakika 

Geçiş: [15 ] Dakika

Öğretmen: Öğrencilere sunumu gösterecek, proje tabanlı etkinliği tanıtacak, mühendislik tasarım düşüncesini ve hız treni yapmak için tasarım sürecinin nasıl kullanıldığını tanıtacak, soru sorarak öğrencilerin ilgisini çekecek, öğrencilere cevaplamaları için zaman tanıyacak veya tahminde bulunmalarını sağlayacak, sonraki aktiviteyi tanıtacak.

Öğrenciler: Sunuyu izleyecek, not alacak, soru soracak ve hız trenleri hakkında tartışacaklar.

 

Keşfetme: Keşif aşamasında, öğrenciler somut öğrenme deneyimleri yoluyla yeni kavramı aktif olarak keşfederler. Bilimsel yöntemden geçmeleri ve gözlem yapmak için akranlarıyla iletişim kurmaları istenebilir. Bu aşama, öğrencilerin uygulamalı bir şekilde öğrenmelerini sağlar.

2.Ders

Tasarım Simülasyonları (40 dk)

Öğrenciler tasarım simülasyonları üzerinde bağımsız olarak çalışacaklardır. Farklı tasarım ilkelerine odaklandıkları için her simülasyonu denemeliler. Bunlar, boş zamanlarında da devam edebilecekleri ücretsiz web siteleridir. https://www.learner.org/exhibits/parkphysics/coaster/

Yaklaşık 15-20 dakika sonra, öğrencilerin simülasyonlardan öğrendiklerini eşleştirmelerini ve tartışmalarını sağlayın. Odak sorularını yanıtlamaları için öğrencileri yönlendirin.

  1. Ne işe yaradı, ne yaramadı?
  2. Farklı değişkenleri test etmeye nasıl karar verdiniz?

iii. Bir şeyi sabit tuttun mu? Tüm değişkenleri tek seferde değiştir?

  1. Hangi değişken en büyük etkiyi yarattı?

3.Ders

Yapım Etkinliği:

  • Öğrencileri 3-4 kişilik gruplara ayırın
  • Öğrencileri tekrar bir araya getirin ve aşağıdaki sorular hakkında düşünmelerini isteyin:

Arabayı (bilye) hareket ettiren kuvvet nedir?

-Bilyenin yavaşlamasına ve sonunda durmasına neden olan kuvvet nedir?

-Bilyenin hızını nasıl artırabilir veya azaltabilirsin?

-Bilye pistte hangi noktada en fazla potansiyel enerjiye sahiptir?

-Bilye pistte hangi noktada en fazla kinetik enerjiye sahiptir?

Grupların hız trenlerini tasarlamaya, beyin fırtınası yapmaya ve fikirleri paylaşmaya ve bir tasarım üzerinde anlaşmaya başlamasını sağlayın.Öğrencilere hız trenlerini kağıda çizdirin, isimlendirin ve işaretler yapın.Bunun için 30 dakikaya kadar bekleyin. Önerilen tasarımlarının fiziksel olarak mümkün olduğundan emin olmak için çizimlerine bakın.Fiziksel olarak mümkün değilse, hız treni tasarımlarının yeniden düşünmek isteyebilecekleri yönlerine dikkat etmelerini sağlayın. Tasarımlarını yinelemeleri için onlara zaman verin.

4.Ders

  • Her öğrenciye Hız Treni Tasarım Kitapçığını (Ek 3.) dağıtın. Zorluğunu gözden geçirin ve tasarım kısıtlamalarını tanıtın. Öğrencilere, odadaki duvarları, sandalyeleri ve diğer malzemeleri bantlayabileceklerini, ancak test sırasında hız trenini kaldıramayacaklarını, serbest durması gerektiğini söyleyin.
  • Mühendislik Tasarım Sürecini tanıtın. Her adımı gözden geçirin (Soru Sor, Hayal Et, Planla, Oluştur, Test Et, Geliştir) ve öğrencilere proje boyunca çalışmak için bu süreci kullanacaklarını söyleyin.
  • Öğrencileri üç veya dört kişilik takımlara ayırın (1. Gün ile aynı veya farklı olabilir). Öğrencilerin fikirleri tartışması ve bir plan geliştirmesi için 15 dakika bekleyin.
  • Her takıma iki boy yalıtım borusu , bir rulo maskeleme bandı, bir bilye ve bir plastik bardak dağıtın. Ekiplerin bir hız treni inşa etmesi ve tasarım kısıtlamalarına karşı hız trenlerini kontrol etmesi için tam olarak 30 dakika bekleyin.
  • 30 dakikanın sonunda tüm takımları durdurun ve son bir güvenlik kontrolünü (1.tur) tamamlayın. Başarılı olamayan takımlara, bir sonraki dersten önce yeniden tasarım yapmaları için zaman verilebilir.
  1. Ders
  • Bir takımın hız treni güvenlik kontrolünden geçtikten sonra, takıma 10 kez deneme yapmasını söyleyin, süreyi yukarıdan aşağıya saniyenin en yakın yüzde birine kadar kaydedin.
  • Takım bilyenin ortalama süresini hesaplayacak ve kaydedecektir (hesap makinesi isteğe bağlı).
  • Takım bilyenin ortalama hızını ( m/saniye) hesaplayacak ve kaydedecektir.
  • Her takımın bilyesinin ortalama hızını karşılaştırmak için bir sınıf tablosu geliştirin.
  • Verileri analiz edin—öğrencilerden farklılıkların olası nedenlerini düşünmelerini isteyin (örneğin, bir hız treninin ortalama hızı ile döngü sayısı arasındaki ilişki nedir?)

Materyaller:

Grupların ihtiyaçları:

  • Boyuna ikiye kesilmiş 2 metrelik (6 fit) uzun yalıtım boru (1/2″ boru izolasyonu) (Genellikle, borunun bir tarafı delikli gelir, bu da deliği kesmek için makas veya maket bıçağı kullanmayı kolaylaştırır ve borunun diğer tarafı iki yarım oluşturacak şekilde, esasen bilyeleri tutmak için mükemmel şekilde şekillendirilmiş iki uzun kanal yapar; böylece, bir kesme boru, iki grup için yol malzemesi sağlar
  • cam bilye
  • ahşap bilye
  • çelik bilye
  • kağıt yada plastik bardak
  • rulo maskeleme bandı
  • boya kalemleri veya kurşun kalem
  • boş kağıt
  • kronometre

 

Hazırlık: [ 10] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [ 20 ] Dakika

Geçiş: [110 ] Dakika

Öğretmen: Etkinliği ve öğrencilerin ne yapacaklarını tanıtacak. Bir hız treni inşa ederken öğrencileri izleyecek ve yönlendirecektir.

Öğrenciler: Öğrenciler 3-4 kişilik gruplar halinde bir hız treni yapmak için çalışacaklar (bilyeleri hız treninin başından sonuna kadar sürekli hareketli olmasını sağlayın)

Öğrenciler, hız trenleri için nelerin işe yarayıp nelerin yaramadığını ve sonuçlarını yazacaklar.

 

Açıklama: Bu, öğrencilerin yeni bilgileri sentezlemelerine ve daha fazla açıklamaya ihtiyaç duyarlarsa sorular sormalarına yardımcı olan, öğretmen liderliğindeki bir aşamadır. Açıklama aşamasının etkili olması için öğretmenler, “5E Öğretim Modeli: Sorgulamaya Dayalı Fen Öğretimi için Öğrenme Döngüsü Yaklaşımı”na göre teknik bilgileri daha doğrudan bir şekilde sunmadan önce Keşfetme aşamasında öğrendiklerini öğrencilerden paylaşmalarını istemelidir. ” Bu aynı zamanda öğretmenlerin anlamayı artırmak için video, bilgisayar yazılımı veya diğer yardımcıları kullandığı zamandır.

  1. Ders

Yerçekimi, arabaya (bilye) etki eden ve onu dünyaya doğru çeken temassız bir kuvvettir.

-Newton’un 1. Hareket Yasası, hareket halindeki bir nesnenin, başka bir kuvvet tarafından etkilenmedikçe, aynı yönde ve aynı hızda hareket halinde kalacağını belirtir.

– Araba ile palet arasındaki sürtünme, hareketi yavaşlatan bir temas kuvvetidir.

-Bir hız treninin potansiyel enerjisinin miktarı konumu ile ilgilidir. Hız treni, en yüksek noktada en fazla potansiyel enerjiye sahiptir. En yüksek hızda en fazla kinetik enerjiye sahiptir.

Yansıtma Soruları

  1. Bilyenin başlangıç konumu, ilk tepenin sonundaki bilyenin hızını nasıl etkiler?
  2. Bilye bir tepeye çıkıp yavaşlarken enerjisine ne olur?
  3. Bir bilye başlangıç yüksekliğinden daha yüksek bir tepeyi aşabilir mi? Neden?
  4. Farklı boyutta bir bilye kullanmak, başlangıç potansiyel enerjisini nasıl etkiler?
  5. Hız treninizin gerçek boyutlu bir versiyonu yapılsaydı, ona biner miydiniz? Neden?

Materyaller: Bilgisayar,cep telefonu,internet bağlantısı

Hazırlık: [2 ] Dakika 

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [ 15] Dakika

Geçiş: [ 25] Dakika

Öğretmen: Öğrencilere hız trenlerinin neden düzgün çalıştığını yada çalışmadığını soracak.

Öğrenciler: Öğrenciler hız trenlerini daha iyi hale getirmenin yollarını düşünecekler.

Gruplara hız trenini neden bu şekilde yapılandırdıklarına dair sorular soracaklar.

 

Derinleştirme: 5E Modelinin detaylandırma aşaması, öğrencilere öğrendiklerini uygulamaları için alan vermeye odaklanır. Bu onların daha derin bir anlayış geliştirmelerine yardımcı olur. Öğretmenler, öğrencilerden yeni becerileri pekiştirmek için sunumlar hazırlamalarını veya ek araştırmalar yapmalarını isteyebilir. Bu aşama, öğrencilerin değerlendirmeden önce bilgilerini pekiştirmelerini sağlar.

  1. Ders

-İnşaat mühendisliğinin öğrenci dostu bir tanımı ve diğer mühendislik alanlarını keşfetmek için http://discovere.org/discover-engineering/engineering-careers/ adresini ziyaret edin.

-Newton’un Hareket Yasalarını keşfetmek için aşağıdaki bağlantıya tıklayın:

http://www.physics4kids.com/files/motion_laws.html.

 

Materyaller:Bigisayarlar,cep telefonları,internet bağlantısı

Hazırlık: [5 ] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [5 ] Dakika

Geçiş: [ 30] Dakika

Öğretmen: Hız trenlerinin gerçek hayatta nasıl inşa edildiği hakkında sorular soracak.

Öğrenciler: Soruları cevaplayacaklar

 

Değerlendirme:  5E Modeli hem resmi hem de gayri resmi değerlendirmeye izin verir. Bu aşamada, öğretmenler öğrencilerini gözlemleyebilir ve temel kavramları tam olarak kavrayıp kavramadıklarını görebilirler. Öğrencilerin öğrendiklerine dayalı olarak sorunlara farklı bir şekilde yaklaşıp yaklaşmadıklarını not etmek de yararlıdır. Değerlendirme aşamasının diğer yararlı unsurları arasında öz değerlendirme, akran değerlendirmesi, yazma ödevleri ve sınavlar yer alır.

  1. Ders

Hız Treni Tasarım Broşürü (Ek 3.)

Hız Treni Bireysel Yazılı Yanıtı (Ek 5.)

Değerlendirme Testi (Ek 8.)

Materyaller: Ek 3.,Ek 5.,Ek 8

Hazırlık: [2 ] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [5 ] Dakika

Geçiş: [35 ] Dakika

Öğretmen: Öğrencilerin kendi başlarına tamamlayacakları değerlendirme sınavını yönetecektir.

Öğrenciler: Değerlendirme sınavını kendi başlarına tamamlayacaklardır.

 

Lesson

  • Her dersin sonunda, öğrencilerin aşağıdaki başlıklar altında dersin bir özetini tamamlamasını sağlayın:
  • Bugün ne yaptık
  • En sevdiğim şey
  • Sevmediğim şey
  • Bir dahaki sefere yapmak istediğim şey

Student feedback

Fen : Kuvvetler ve hareket, enerji – Keşif

Matematik : Tahmin ve problem çözme – İnovasyon

Sosyal Bilgiler : Tarihsel perspektifler – İçerme

Bilgisayar Bilimi : Mantıksal Düşünme – Takım Çalışması

STEM KARİYER İLİŞKİLERİ:

  1. İnşaat Mühendisliği : https://www.youtube.com/watch?v=-xbtnz4wdaA
  2. İnşaat Mühendisleri ne yapar? https://www.youtube.com/watch?v=cJaRjI7K-Lw
  3. Bu Hız Treni Mühendisi, Dünyaca Ünlü Eğlence Parkı Trenleri Tasarlıyor

https://www.youtube.com/watch?v=0gnjYG1OoYk

 

Çoğu öğrenci eğlence parklarıyla gerçek yaşam deneyimine sahip olduğundan bu proje, hız trenlerinin yapımını ve Fizik’i keşfederken bu deneyimden yararlanır.

Curriculum mapping of outcomes attained

Öğrenciler, sorular sorarlarsa, etkinlik sırasında mühendislik sürecini kullanırlarsa, fizik ilkelerini powerpoint’ten tasarımlarına uygularlarsa, çalışan bir hız treni oluşturmak için çalışırlarsa, bir ekip ortamında iyi çalışırlarsa tasarımlarını geliştirmek için belirli bir öğrenme hedefini anlamış olacaklardır.

Etkinlik Öncesi Değerlendirme

Tartışma: Potansiyel ve kinetik enerji ile ilgili sınıf tartışmalarına öğrenci katılımını gözlemleyin.

Etkinlik İle Bütünleştirilmiş Değerlendirme

Gözlem: Ön ve nihai tasarım aşamalarında grup içinde öğrenci katılımını ve katkısını gözlemleyin.

Etkinlik Sonrası Değerlendirme

Hız Tahmini: Öğrencilerin kinetik enerjinin en yüksek olduğu noktadaki (pistin en alçak noktası) hızı tahmin etmelerini sağlayın. Başlangıçtaki potansiyel enerjiyi (PE = m*g*h ) tahmin etmelerini sağlayarak başlayın ve sonra bu enerjinin tamamının kinetik enerjiye dönüştürüldüğünü varsayın. Hız için KE = (1/2)mv2 denklemini çözün.

Grafik: Sınıfça, hesaplanan teorik hıza karşı her bir pistin maksimum yüksekliğinin dağılım grafiğini oluşturun. Değişkenler arasındaki ilişkiyi tartışın.

Özet: Öğrencilerden, hız treni tasarımlarını eskizlerle, neyin işe yarayıp neyin yaramadığını açıklayarak bireysel olarak tanımlamalarını isteyin. Anlama derinliklerini ölçmek için özetlerini gözden geçirin.

-Her grubun kendi hız treni modelini sınıfa sunmasını sağlayın. Sınıf yarışmasında hız trenlerini değerlendirmek için Hız Treni Puanlama Değerlendirme Tablosunu kullanın. Sonuçları sınıf olarak tartışın ve öğrencilere şunları sorun:

Yaratıcılık açısından hangi hız treni kazandı? Performans ve güvenlik açısından hangi hız treni kazandı?

  • Hangi roller coaster’lar en heyecan vericiydi? Hangileri en güvenliydi?
  • Hem heyecan verici tasarım olması sebebiyle hem de güvenlik açısından beklentileri en fazla hangi model karşıladı?
  • Modelinizi test ederken ne öğrendiniz?
  • Eğer hız treninizi yeniden tasarlayacak olsanız,neleri hangi sebeple geliştirirdiniz?
  • Siz/mühendisler tasarımlarınızda fiziğin temel yasalarını göz ardı etseydiniz ne olurdu?
  • Mühendislerin tasarımlarını (cihazlar, arabalar, köprüler, merdivenler, hız trenleri vb. için) inşa edilmeden ve insanlar tarafından kullanılmadan önce test etmeleri sizin için ne kadar önemli?
  • Bugün hangi mühendislik tasarım adımlarını ve tekniklerini kullandık? (Cevap: Beyin fırtınası, modelleme, simülasyon, test etme, analiz etme, yeniden tasarlama, optimizasyon.)

Anlamlandırmak: Öğrencilerin keşfettikleri bilim fenomenleri ve/veya kullandıkları bilim ve mühendislik becerileri hakkında öğrendiklerini Yorum Bildirme Formunu (Ek 6.)  tamamlayarak yansıtmalarını sağlayın.

Jump to:

Materials

Ders için kullanılan materyaller : 

Bu deneyi yapmak için aşağıdaki materyallere ihtiyacınız olacak:

En az iki 183cm lik 1-1 / 2 inç (yaklaşık 4 cm) çapında köpük boru yalıtımı (yalıtım borusu)

Boya kalemleri veya kurşun kalemler

Cam, ahşap, çelik bilyeler

Kağıt veya plastik bardak

Maket bıçağı

Maskeleme bandı

Şerit metre

Hız treni başlangıç noktası için kitaplık, masa veya diğer destekler

Kronometre

Bilyeyi tartmak için dijital cep terazisi gibi terazi

Bilyenin hareket etmesi için Masonitin (pürüzsüz sunta) uzunluğu (yol boyunca farklı noktalarda hızı ölçmek için). Masoniteyi V şeklinde yapıştırabilir ve 5 veya 10 cm aralıklarla değişen şeritlerle boyayabilirsiniz. V-şekli bilyenin düz gitmesini sağlar ve çizgiler, belirli bir aralıkta bilyenin kat ettiği mesafeyi kolayca ölçmenizi sağlar.

İsteğe bağlı: video kamera

Çevrimiçi kaynaklar:

Dersin sunumu : https://docs.google.com/presentation/d/1tJuYLTSrXoq7QtT7oCUGtauLHfs2fiZtpE04Dh9wDuU/edit?usp=sharing

 

  1. İlk Simülasyon Web Sitesi: https://www.learner.org/exhibits/parkphysics/coaster/

Bu web sitesi çoktan seçmeli bir test gibidir. Bunu öğrencilere gösterin. İlk önce giriş sayfasını okuyun. Sayfanın alt kısmındaki Hız Treni bağlantısını tıklayın.

Başlamak için “Bir Hız Treni Tasarla”ya tıklayın ve “başla”ya tıklayın.

  1. İkinci Simülasyon Web Sitesi:http://www.physicsclassroom.com/Physics-Interactives/Work-and-Energy/Roller-Coaster-Model/Roller-Coaster-Model-Interactive

Bu web sitesi, hız treni  ile ilgili olarak kinetik ve potansiyel enerji arasındaki ilişkiyi görmenin harika bir yoludur. Tepenin yüksekliğini değiştirebilir, bir tepe ekleyebilir veya düz bir yol oluşturabilir ve potansiyel ve kinetik enerjinin nasıl farklılaştığını görebilirsiniz. Bu, yüksekliğin potansiyel enerji üzerinde nasıl bir etkisi olduğunu gözlemlemek için büyük bir şans.

  1. Üçüncü Simülasyon Web Sitesi: http://www.funderstanding.com/educators/coaster/

Bu web sitesi kendi hız treninizi yapmanızı sağlar. Tepeler ve döngüler ekleyebilir, tepe yüksekliklerini, treninizin hızını, yerçekimini, sürtünmeyi ve kütleyi ayarlayabilirsiniz.

Hız Trenlerinin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinin

 Hız trenlerinin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinin ,eylemsizlik ve merkezcil kuvvet hakkında bilgi edinmek için bazı ek ev etkinliklerine bakın.

 hız trenlerinde fizik hakkında bir video izleyin

 Bilye hız treni etkinliği

 Kağıt hız treni

 

Hız Treni Tarihi

Hız Treni!

http://www.ultimaterollercoaster.com/

Hız treni geçmişi ve seçili sürüşler hakkında bilgiler.

Hız Trenleri nasıl çalışır?

http://tlc.howstuffworks.com/family/roller-coaster.htm

Hız trenlerinin nasıl çalıştığıyla ilgili TLC makalesi

Hız Treni Veri Tabanı

 http://www.rcdb.com/

450’den fazla sürüşü kapsayan, hız treni istatistiklerinin aranabilir bir veritabanı.

Preparation

Amaç: Bu projenin amacı, parkur boyunca çeşitli noktalarda potansiyel ve kinetik enerjinin yerlerini belirlemek ve hesaplamak için köpük boru izolasyonu ve diğer malzemeleri kullanarak bilyeler için bir hız treni inşa etmektir.

-Öğrencilerin bugün ne öğreneceklerini paylaşın/gösterin ve bunun NEDEN değerli bir beceri olduğunu sorun/açıklayın.

-Öğrencilerin ne bekleyeceklerini bilmeleri için projenin genel taslağını paylaşın. Bir merak duygusu uyandırmaya çalışın. (Hızlı Trenleri Eğlenceli Kılan Nedir?/Bugün, Siz Mühendissiniz!)

-Her türlü kuralı ve beklentileri gözden geçirin

– Derse başlamadan önce sınıf, sınıf tartışması içeren giriş etkinliğine katılacaktır. Sınıf, hız trenleri ve Fizik terimleri hakkındaki bilgilerini tartışacak. Bu tartışma, sınıfın halihazırda hangi bilgilere sahip olduğunu belirlemeye yardımcı olacaktır.

– Hız treni projesine başlamadan önce öğrencilerden aşağıdaki YouTube videosunu sınıf olarak izlemeleri istenecektir. https://youtu.be/khRTNdEgZqg

– Öğretmen sınıfı “Hızlı trenleri bilimle nasıl ilişkilidir?” sorusuyla yönlendirecektir.

– Öğretmen daha sonra sınıftan hız trenleri ve eğlence parkları ile ilgili kişisel deneyimlerini paylaşmalarını isteyecektir. Şunlar gibi sorular sorun:

Kim daha önce bir hız trenine bindi?

En korkunç kısımı neresiydi?

Bilim…. hız treni…….bağlantı nedir?

Hız trenlerinin kavislerden ve tepelerden geçmesine ne izin verir?

Mühendisler hızlı, eğlenceli ve güvenli hız trenlerini nasıl tasarlar?

Potansiyel enerji nedir?

Kinetik enerji nedir?

Farklı kuvvetler nesnelerin hareketini nasıl etkiler?

Enerji nasıl harekete neden olur veya değişim yaratır?

Team Work

Hız Treni projesi, öğrencilerin eksiksiz bir hız treni tasarlamak için bir ekip olarak bir araya geldikleri yerdir. Bu proje tabanlı aktivitenin amacı öğrencileri motive etmek ve onlara enerji vermektir. Proje yönetimi ve ekip olarak etkin bir şekilde işbirliği yapmanın önemini öğrenirler. Bu anlayış iş senaryosuna da uygulanır. Hız Treni, öğrencilerin kendilerine sağlanan malzemelerle tam bir hız treni tasarlamaları gereken heyecan verici bir aktivitedir. Bilye sadece yerçekimi yardımıyla ray boyunca ilerleyebilecek şekilde tasarlanmalıdır.

Rubrics

Bağımsız Çalışma Ölçeği
Sıfır Bağımsızlık Biraz Bağımsızlık için Çok Fazla Yardım  Yarı Bağımsız Tam Bağımsız
Öğretmen, öğrencilere deneylerin ve mühendislik tasarım sürecinin nasıl gerçekleştirileceği konusunda net talimatlar içeren eksiksiz bir yöntem sunar. Öğretmen öğrencilere prosedür için bir taslak verir ancak farklı adımlarda seçeneklere* izin verir. Öğretmen öğrencilere deneyleri ve mühendislik tasarım sürecinin gerçekleştirme prosedürü için bir taslak verir, ancak bazı teknik ve ekipman seçenekleri vardır. Öğrenciler, deneyin ve tasarımın hazırlanması için uygulanacak yöntemi araştırırlar. Öğrenciler, sağlanan ekipmanı kullanarak deneyleri ve mühendislik tasarım sürecini gerçekleştirmek için yöntemler araştırır. Öğrenciler deneyi ve mühendislik tasarım sürecini gerçekleştirme yöntemlerini araştırır ve kullanılacak yöntemleri ve ekipmanı seçer.
Yetkinliklerin Gözlenmesi ve Değerlendirilmesi
Yazılı ve sözlü prosedürlerin takip edilmesi Öğrenciler yazılı ve sözlü talimatları takip eder. Öğrenciler, teknik veya ekipman konusunda bireysel seçimler yaparak yazılı ve sözlü talimatları takip eder. Öğrenciler araştırdıkları bir yöntemi takip ederler. Öğrenciler araştırdıkları bir yöntemi takip ederler.
Bir dizi pratik ekipman ve malzemenin güvenle kullanılması Öğrenciler ekipmanı güvenli bir şekilde kullanmalıdır. Öğrenciler ekipmanı güvenli bir şekilde kullanmalıdır. Öğrenciler, minimum yönlendirme ile riskleri en aza indirir. Öğrenciler tam bir risk değerlendirmesi yapmalı ve riskleri en aza indirmelidir.
Alet ve ekipmanı kullanırken araştırmacı yaklaşımları ve yöntemleri uygular Öğrenciler uygun ekipmanları doğru şekilde kullanmalıdır. Prosedür metodik olarak izlenmeli ve uygun değişkenler ölçülmeli veya kontrol edilmelidir. Öğrenciler uygun ekipmanları doğru şekilde kullanmalıdır. 

Prosedür metodik olarak izlenmeli ve uygun değişkenler tanımlanmalı, ölçülmeli ve kontrol edilmelidir.

Öğrenciler uygun ekipmanı doğru bir şekilde seçmeli ve kullanmalıdır. Prosedürel adımlar iyi bir şekilde sıralanmalı ve gerektiğinde ayarlanmalıdır. Uygun değişkenler tanımlanır, ölçülür ve kontrol edilir. Öğrenci uygun bir metodik yaklaşım, ekipman ve teknik seçmelidir. Prosedürel adımlar iyi bir şekilde sıralanmalı ve gerektiğinde ayarlanmalıdır. Ölçüm ve kontrol için uygun değişkenler tanımlanmalıdır. Değişkenlerin kolaylıkla kontrol edilemediği durumlarda, yaklaşımlar bunu dikkate alacak şekilde planlanmalıdır.
Gözlemler yapar ve kaydeder Öğrenciler verileri belirtilen şekillerde kaydeder. Öğrenciler doğru verileri belirtilen yollarla kaydeder. Öğrenciler, belirli şekillerde, uygun birimleri kullanarak metodik olarak kesin ve doğru verileri kaydederler. Öğrenciler, uygun birimleri kullanarak metodik olarak kesin ve doğru verileri kaydetmenin en etkili yolunu seçmelidir.
Araştırmalar, referanslar ve raporlar Veriler rapor edilir ve sonuçlar çıkarılır. Öğrenciler, birçok rehberlik eşliğinde pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Veriler rapor edilir ve sonuçlar çıkarılır. Öğrenciler sonuçları karşılaştırır ve farklılıkların nedenlerini belirler. Öğrenciler, rehberlik eşliğinde pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Öğrenciler mevcut yöntemleri araştırmalıdır. Sonuçları karşılaştırırlar ve farklılıklar hakkında rapor verirler. Verileri işlemek ve bulguları raporlamak için uygun grafik ve tabloları kullanır. Öğrenciler, asgari öğretmen yardımı ile pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Öğrenciler, çalışmalarını planlamak için alternatifleri araştırmalıdır. Raporlama, sonuçlarının planlanmasını, yürütülmesini ve analizini kapsar. Verileri işlemek ve bulguları raporlamak için uygun grafik,tablolar ve/veya araçlar kullanılır. Öğrenciler, öğretmen yardımı olmadan uygulamalı etkinliklerle ilgili sunumlar yaparlar.

*Seçenekler: Daha fazla seçenek, daha fazla öğrenci özerkliği. Öğretmenler, öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirebilmeleri için öğrencilere seçenekler sunar. Öğretmen öğrencilere ne kadar çok seçenek sunarsa, öğrenci probleme dayalı öğrenme ve bağımsız öğrenme için daha fazla fırsata sahip olur. Bu, sıfır bağımsızdan tam bağımsız öğrenmeye kadar pratik değerlendirme listelerine göre ölçülür.

 

Hız Treni  Puanlama Anahtarı:

KRİTER OLASI PUAN KAYDEDİLEN PUAN

İlk Tepe

10
İkinci Tepe yada Kavis

10
Görevi Tamamlayan Bilye 15
Çizimlerde Etiketlenmiş En Büyük Potansiyel Enerji 5
Çizimlerde Etiketlenmiş En Büyük Kinetik Enerji 5
İşbirlikçi tutum, sorumlu davranışlar, tüm kural ve beklentilere uyulması 10
SAV

5
KANIT

10
MANTIK

10
EKSTRA PUANLAR

Tepeler

+2
Kavisler

+5
Bilye, rayın 15 cm yakınında durur +5
Hız Treninin 7-12. sınıf müfredatıyla ilgili yaratıcı bir teması var. +5
KAYDEDİLEN TOPLAM PUAN

Ek

Print or Download

Ek. I.

Bilimsel Araştırma

 

Ek II. 

 

Fikir Şablonunuzu Test Edin

 

Fikir Düzenleyicinizi Test Etme   
  • Araştırma Sorusu 

Sorunuz, manipüle edilen değişkeni yanıt veren değişkenle ilişkilendirmelidir.

Araştırma Sorusu: Bir roller coaster’ın Fiziği nedir?
  • Hipotez

Hipoteziniz EĞER, ÖYLEYSE, ÇÜNKÜ ifadesi olarak yazılmalıdır.

  

  

  

  

  • Değişkenler  
  • Manipüle Edilen Değişken (Neyi değiştireceksiniz)
  • Yanıt Veren Değişken (Neyi ölçeceksiniz)
  • Kontrollü Değişkenler (Test boyunca ne sabit kalacak)
  
  • Materyaller

İhtiyacınız olan tüm malzemelerin bir listesini oluşturun.  

  
  • Prosedür aşağıdakileri içermelidir… 
  • Manipüle Edilmiş Değişken 
  • Yanıt Veren Değişken 
  • Kontrollü Değişkenler 
  • Mantıksal, Tekrarlanabilir Adımlar 
  • Belirli Verilerin Kaydedilmesi 
  • Tekrarlanan Denemeler 
  
  • Veri
  • Testiniz sırasında toplayacağınız verileri düzenlemek için bir tablo tasarlayın.
  • Veri toplamak ve kaydetmek için prosedürünüzü kullanın.
  • Uygun grafikler ve/veya çizelgeler kullanarak verilerinizi görüntüleyin

 

  
  • Sonuç/Çıkarım
  • Manipüle edilen değişkenle yanıt veren değişkenle ilgili sonucunuzu belirtin.
  • Vardığınız sonucu doğrulamak için verileri kullanın.
  • Gözlemlenen verilere dayanarak hipotezinizin kabul edilip edilemeyeceğini belirtin. 

 

  
  • Analiz
  • Olası hata kaynaklarını ve sonuçlarınız üzerindeki olası etkisini tartışın
  • Deneysel tasarımın nasıl ve neden geliştirilebileceği konusunda fikir verin. 

 

  • Şaşırtıcı verileri tanımlayın

 

  • Test fikirlerinizi gözden geçirerek listeleyin

 

  
  • Bulgularınızı sınıfınıza sunun.
  

  

  

 

Ek 3.

                                          Hız Treni Tasarım Broşürü

Ad/Soyad:                                                                           Takım Üyeleri:

Görev: Hız trenleri tasarlayan ve üreten bir mühendislik firmasının başkanısınız. Vialand, sizi ve yüksek eğitimli ve uzman mühendislerden oluşan ekibinizi yeni hız trenlerini tasarlamanız için görevlendirdi. Bu, dünyanın önde gelen hız trenlerinden biri olacak ve var olan diğer tüm trenlerden daha hızlı ve daha heyecan verici olacak.

Tasarım Kısıtlamaları:

Pist bağımsız olmalıdır; onu tutamazsınız veya yerinden oynatamazsınız.

  • Araba (bilye) 10 ardışık denemeyi baştan sona yapmalıdır.
  • Parkur en az 1 kavis  ve 1 dönüş içermelidir.
  • Bilye sonunda bardağa düşmeli veya onu devirmelidir.

Plan

Malzemeler: 2 boy boru izolasyonu (yalıtım borusu), 1 bilye, maskeleme bandı, fincan, kronometre

Hızlı, eğlenceli ve güvenli bir hız treni tasarlamak için sağlanan malzemeleri nasıl kullanacaksınız?

 

Planladığınız hız treninin yandan görünümünü çizin:

 

 

 

 

 

Tasarım

Malzemeleri toplayın ve treninizi inşa edin! Orijinal tasarımda değişiklik yaparsanız, eskizinizi değiştirin ve ardından treninizi modifiye edin.

Kontrol

 10 ardışık başarılı denemeyi tamamlayın. Bilyeyi yukarıdan aşağıya doğru zamanlayın ve sonuçları aşağıdaki veri tablosuna kaydedin (saniyenin en yakın yüzde birine kadar).

Deneme 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ort
Süre(saniye)

 

Formülü kullanarak arabanızın (bilye) ortalama hızını hesaplayın

hız = yol / zaman

yol (d)  , ortalama zaman (t) , s = d / t 

Tasarım Kısıtlamaları Takımların Bireysel Kontrolleri
Hız treniniz bağımsız (desteksiz) duruyor mu? Evet                                Hayır
Hız treniniz güvenli mi? 10 ardışık denemeyi baştan sona tamamladı mı? Evet                                Hayır
Hız treniniz eğlenceli mi? En az 1 kavis ve 1 dönüş içeriyor mu? Evet                                Hayır
Treniniz yeterince hızlı mı Ortalama hız ________

 

Paylaş

Tamamladığınız hız treninizin fotoğrafını çekin

Tasarımınızın son halinin yandan görünümünü çizin:

 

Ek 4.

Hipotez:

Deneme Süre (s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ortalama

Veri:

Hız Treninin Uzunluğu:_____________ (m)

 

Bilyenin Kütlesi: ________________ (g)

 

Ortalama Hız: ___________________ (m/s)

 

Hız Treninin Yüksekliği: ________________ (m)

 

Ağırlık: _______________ (m/s2)

 

  1. Noktadaki Potansiyel Enerji: ____________________

 

2.Noktadaki Potansiyel Enerji: _____________________

Hız Treninin Adı: ____________________________________

 

Ek 5.

                                                    Hız Treni Bireysel Yazılı Yanıt

Ad/Soyad _____________________________  

Yönergeler: Bilye yol boyunca hareket ederken kuvvetlerin hareketini nasıl etkilediğini açıklamak için aşağıdaki diyagramı kullanın.

 

Ek 6.

Ad/Soyas:                                                    Tarih:                                             Sınıf:

Yorum Bildirme Formu
Keşfettiğiniz bilim fenomenleri, kullandığınız bilim ve mühendislik becerileri ve aktiviteyi uyarlama fikriniz hakkında kısa bir yansıma sağlayarak aktiviteyi anlamlandırın. Aşağıdaki istemleri tam cümlelerle yanıtlayın:
3 Bu aktivitede öğrendiğim ve uyguladığım üç bilim kavramı:
2 Bu aktivitede kullandığım iki bilim ve mühendislik becerisi:
Bilim ve Mühendislik Uygulamaları:

Soru sorma (bilim için) ve sorunları tanımlama (mühendislik için)

Modelleri geliştirme ve kullanma

Araştırmaların planlanması ve yürütülmesi

Verileri analiz etme ve yorumlama

Matematiksel ve sayısal düşünmeyi kullanma

Açıklamalar oluşturma (bilim için) ve çözümler tasarlama (mühendislik için)

Kanıttan tartışmaya geçiş

Bilgi edinme, değerlendirme ve iletme

Mühendislik Tasarım Süreci:

Sor: İhtiyacı ve Kısıtlamaları Belirleyin

Sorunu Araştırın

Hayal edin: Olası Çözümler Geliştirin

Planlayın: Umut Veren Bir Çözüm Seçin

Oluşturun: Bir Prototip Oluşturun

Prototipinizi test edin ve değerlendirin

İyileştirin: Gerektiğinde Yeniden Tasarlayın

Mühendislik Tasarım Düşüncesi:

Problemleri Formüle Etme

Çözüm Arama

Belirsizlik İçinde Başarılı Olma

Sürekli İşbirliği

Prototipleme Fikirleri

Yineleme Seçenekleri

Sıkça Yansıtma

1 Bu projeyi daha fazla araştırmak ve genişletmek zorunda olduğum bir fikir:

 

Ek 7.

   Roller Coaster Project Rubric

Harika
4 pts
Ortalama
3 pts
Geliştirilebilir
2 pts
Uygun Değil
1 pts
Görev Gerçekleştirilmedi

0 pts

Projenin Tamamlanması  Proje %100 tamamlandı ve görev tanımına göre çalıştı. Proje tamamlandı ve çalıştı, ancak küçük değişiklikler gerekiyordu. Sadece 2-3 düzeltme gerekli. Proje tamamlandı ama çalışmadı; birkaç küçük değişiklik gerektirdi. Görevde 3’ten fazla değişiklik gerekiyordu, ancak etrafındaki diğer akranlarının görevi ciddi şekilde yapmalarını etkilemedi. Proje tamamlandı ama çalışmadı; birkaç büyük değişiklik gerektirdi. Öğrenci verilen süre içerisinde projesini tamamlamamış, projeye başlamayı reddetmiş veya projeyi başlattığı anda yarıda bırakmıştır.
Tasarım Bilgisinin Sunumu Öğrenci, projenin tamamlanması için gerekli teorileri/görevi bilir, tanımlayabilir ve açıklayabilir. Görevi tamamlamak için kendi  becerilerine güvenir. Öğrenci, biraz yardım alarak projenin tamamlanması için gerekli teorileri/görevi belirleyebilir ve açıklayabilir. Görevi tanımlamak için kendi sözcüklerini kullanır. Öğrenci, ana yönlendirme olmadan kavramları tanımlayamaz veya açıklayamaz. İşi yapmak için yetişkin yardımına ihtiyaç duyar. Görevi tanımlamak için çok az kelime kullanır. Öğrenci, temel teorileri/görevi hem tanımlayamaz hem de açıklayamaz. Görevi açıklamak için diğer görüşleri kullanır ve herhangi bir adım için görevi kendi başına tamamlamaz Öğrenci, proje ve/veya süreç bilgisini gösterme konusunda ilgisizdi.
Yönergeleri Takip Etme Yeteneği Yönerge talimatlarını takip etti. Yönergeler takip edildi. Gerektiğinde çevresindekileri dinledi. Yönergeleri orta derecede takip etti. Üretken bir hızda çalıştı, ancak kendisine koçluk yapan yetişkini dinlemedi. Herhangi bir görev için yönergeleri takip etmedi ve zaman zaman görevi iyi yapmak için yavaşlamayı reddetti. Öğrenci talimatlara %100 uymadı.
Gerekli Yardım Düzeyi Öğrenci, görevi yardım almadan tamamlayabildi. Öğrenci, görevi çok az yardımla tamamlayabildi. Öğrenci, görevi orta düzeyde yardımla tamamlayabildi. Öğrenci, büyük yardım almadan görevi tamamlayamadı. Öğrenci, yardım teklif edildiğinde projeyi reddetti veya başlatamadı.
Öğrenci Hazırlık Öğrenci tüm materyalleri topladı ve çalışmaya tamamen hazırdı. Öğrenci çoğu materyali aldı/topladı ve çalışmaya başladı. Öğrenci çoğu materyali topladı, ancak bunun için fazla zamana ihtiyacı vardı. Öğrenci, çalışmak için gerekli materyallerin bazılarını toplayamadı. Öğrenci, projeyi tamamlamak için gerekli materyalleri toplamayı reddetti.
Zaman Yönetimi  İşin zamanında yapılması için proje boyunca rutin olarak zamanı iyi kullandı. Proje boyunca zamanı oldukça iyi kullandı. Biraz erteledi ama işi zamanında yaptı. Yetersiz ilgisi nedeniyle zaman çizelgesine uyamadı. Öğrenci projeyi zamanında tamamlamaya hiç ilgi göstermedi.
Proje Süresince Öğrenci Tutumu  Öğrenci, gayretli çabalarının bir yansıması olarak projeyi tamamladı. Öğrenci, memnun olduğu projeyi teslim etti. Öğrenci, ortalama bir not almak için yarı yeterli olan projeyi teslim etti. Öğrenci sadece görevi tamamlamak için projeyi teslim etti. Öğrenci projeyi tamamlamayı reddetti. 
Teknoloji Kullanımı Öğrenci programı sonuna kadar kullandı ve başkalarına yardım edebildi. Öğrenci programı sonuna kadar kullandı. Öğrenci programı kullanırken zorlandı ve birkaç temel özelliği kaçırdı. Öğrenci, programı sonuna kadar kullanamadı ve birçok önemli özelliği kaçırdı. Öğrenci doğru programı kullanmamış veya öğrenmeyi reddetmiştir.
Fizik Kavramları Öğrenciler şu kavramları doğru bir şekilde tanımlar ve açıklar: kuvvet, ivme, Newton’un Hareket Yasaları, hız ve Enerjinin Korunumu Öğrenciler, Fizik kavramlarının tümünü değil, bazılarını doğru bir şekilde tanımlar ve açıklar. Öğrenciler Fizik kavramlarını doğru bir şekilde tanımlar ancak açıklamazlar. Öğrenciler, Fizik kavramlarının hepsini değil, birkaçını tanımladılar. Öğrenciler Fizik kavramlarından herhangi birini tanımlamaz veya açıklamazlar.
Sözlü Sunum Belli ki yüksek düzeyde bir hazırlık var. Sunucu(lar) seçtikleri konu hakkında derinlemesine bir anlayışa sahiptir. Projeleriyle ilgili tüm soruları cevaplayabilirler. Belli bir hazırlık seviyesi var. Sunucu(lar) seçtikleri konu hakkında genel bir anlayışa sahiptir. Projeleriyle ilgili çoğu soruyu cevaplayabilirler. Düşük-orta düzeyde bir hazırlık var. Sunucu(lar) seçtikleri konu hakkında biraz bilgi sahibidir. Projeleriyle ilgili herhangi bir soruya çok az cevap verebilirler. Düşük bir hazırlık seviyesi var. Sunucu(lar) seçtikleri konu hakkında yüzeysel bir anlayışa sahiptir. Projeleriyle ilgili herhangi bir soruya çok az cevap verebilirler. Sunum hazır değildi.

 

Ek 8.

Değerlendirme Quizi: 

  1. Potansiyel ve kinetik enerji bir hız trenini nasıl etkiler?
  1. Hız treninin hareketinde yerçekiminin rolü nedir?
  1. Momentumun hız treni hareketi üzerindeki etkisi nedir?
  1. Enerjinin Korunumu yasası bir hız treninin  hareketlerini nasıl etkiler?
  1. Bir hız treninin hareketi için üç hareket yasasının nasıl gerekli olduğunu açıklayın:
  1. Bir hız treninin hareketini izlerken Newton’un Birinci Hareket Yasasını ne zaman gözlemlersiniz?
  1. Bir hız treninin hareketini izlerken Newton’un İkinci Hareket Yasasını ne zaman gözlemlersiniz?
  1. Bir hız treninin hareketini izlerken Newton’un Üçüncü Hareket Yasasını ne zaman gözlemlersiniz?
  1. Bir hız treninin hareketiyle ilgili olarak sürat ve hız arasındaki ilişkiyi açıklayın.
  1. Bir hız treninin hareketinde kuvvet, madde üzerinde bir itme veya çekme nasıl gösterilir?
  1. Bir hız treninin hareketini izlerken tüm gözlemlenebilir enerji biçimlerini listeleyin ve açıklayın.

 

Ek 9.

Şekil 1. Bu şekilde: tren maksimum potansiyel enerji (PE) ve neredeyse hiç kinetik enerji (KE) (1) ile ilk tepenin üstünden başlamaktadır. Tepeden aşağı indikçe KE kazanır ve PE kaybeder (2). Tepenin dibinde, maksimum KE’ye sahiptir ancak neredeyse hiç PE (3) yoktur. Tepeye geri dönerken KE kaybeder ama tekrar PE kazanır (4). Yeterli enerjisi olmadığı için hiçbir zaman ikinci tepenin zirvesine çıkamaz (5). Bunun yerine, geri dönecek ve sonunda dibe yerleşecektir (3).

Şekil 2. Bu şekilde ikinci, üçüncü vb. tepelerin tümü birinci tepeden (1) daha kısadır. Ancak, sürtünme nedeniyle hız treni yine de sonunda duracaktır (4)