Σπαγγέτι κανείς; Κατασκευή με ζυμαρικά

Γενικά για το πρότζεκτ

Για να ολοκληρώσουν αυτό το μάθημα, οι μαθητές θα πρέπει φτιάξουν την ψηλότερη ανεξάρτητη κατασκευή που μπορούν, η οποία θα μπορεί να κρατήσει στην κορυφή της ένα ζαχαρωτό για τουλάχιστον 15 δευτερόλεπτα. Παρ' όλο που η ιδέα φαίνεται εύκολη, οι μαθητές θα αναγκαστούν να υπερβούν αρκετές προκλήσεις καθώς θα έχουν στη διάθεσή τους μόνο σπαγγέτι και σελοτέιπ. Οι ίδιες δυνάμεις, που πρέπει να λάβουν υπόψη οι μηχανικοί όταν εργάζονται σε κεραίες του Δικτύου Βαθέως Διαστήματος, δηλαδή η βαρύτητα και ο άνεμος, παίζουν το ίδιο ρόλο όταν φτιάχνουμε μια κατασκευή από μακαρόνια. Σε μικρές ομάδες, οι μαθητές θα συζητήσουν γρήγορα τις ιδέες τους και θα συζητήσουν τα δυνατά και τα αδύνατα σημεία τους. Μόλις η ομάδα επιλέξει ένα σχέδιο, θα πρέπει να το κατασκευάσει, να το δοκιμάσει και να το επανασχεδιάσει για να βεβαιωθεί ότι είναι σταθερό και μπορεί να υποστηρίξει το ζαχαρωτό, όλα εντός του χρονικού ορίου των 18 λεπτών.

Υλικά

• Μακαρόνια άψητα, χοντρά

• Marshmallows (κανονικό μέγεθος) - Τα αμερικάνικα ζαχαρωτά Marshmallows πιθανώς να είναι δύσκολο να βρεθούν στην Ελλάδα αν και έχω δει στα Lidl. Το μέσο βάρος ενός marshmallow είναι περίπου 5 γραμμάρια, οπότε εδώ θα μπορούσε να αντικατασταθεί από μισό περίπου μπισκότο Πτι-μπερ, ή το ένα τρίτο μιας μπουκιάς λουκουμιού, η οποία ολόκληρη ζυγίζει γύρω στα 15 γραμμάρια. Το βάρος χρειάζεται να είναι μαλακής υφής για να μπορεί να καρφωθεί στο μακαρόνι, όπως λ.χ μια μαλακή καραμέλα

• Χάρτινες σακούλες οπωροπωλείου (προαιρετικά)
• 100 cm (1 m) κολλητικής ταινίας
• Ψαλίδι (για το κόψιμο των μακαρονιών)
• Φύλλο εργασίας για την παρακολούθηση και το σχεδιασμό το πρότζεκτ
• Μολύβι
• Χάρακας ή μετροταινία
• Χρονόμετρο (Προτιμήστε να χρησιμοποιήσετε μια διαδικτυακή έκδοση - όπως αυτή - ώστε να το εμφανίζεται προβάλλοντάς το σε όλη την τάξη κατά τη διάρκεια της δραστηριότητας)

Διαχείριση

• Αυτή η δραστηριότητα προορίζεται να είναι μια βιωματική εισαγωγή στη διαδικασία μηχανικού σχεδιασμού και όχι ένα επίσημο έργο μηχανικής. Έτσι, ενθαρρύνονται τα γρήγορα σκίτσα των μαθητών, αλλά δεν απαιτούνται επίσημα σχέδια. Σκεφτείτε να πραγματοποιήσετε αυτό το πρότζεκτ ως εισαγωγική δραστηριότητα στον μηχανικό σχεδιασμό, και, στη συνέχεια, συζητήστε το πώς οι φυσικές διαδικασίες σκέψης και δράσης αντικατοπτρίζονται στην επίσημη διαδικασία σχεδιασμού μηχανικής. Τα βήματα του επίσημου σχεδιασμού μηχανικής φαίνονται στην σχετική εικόνα πιο κάτω
  
• Πριν από το μάθημα, συγκεντρώστετα υλικά για κάθε ομάδα σε μια χάρτινη σακούλα οπωροπωλείου για ευκολία στη διανομή και για να παραμείνουν κρυμμένα μέχρι να αποκαλυφθεί η πρόκληση.
  
• Σε κάθε σακούλατοποθετήστε 20 μακαρόνια Νο 6 και ένα κανονικού μεγέθους ζαχαρωτό, ή μαλακή καραμέλα, ή μισό μπισκότο, βάρους όχι άνω των 5 γραμμαρίων.
  
• Τοποθετήστε λωρίδες κολλητικής ταινίας μήκους 1 μέτρου παντού στην αίθουσα για εύκολη πρόσβαση - στα παράθυρα ή σε οποιαδήποτε επιφάνεια που δεν κολλάει.
  
• Εμφανίστε ένα διαδικτυακό χρονόμετρο στο σύστημα προβολής της τάξης και ρυθμίστε το στα 18 λεπτά.
  
• Σκεφτείτε να παίξετε λίγη χαρούμενη μουσική κατά τη διάρκεια της πρόκλησης των 18 λεπτών.
  
• Σημείωση: αυτή η δραστηριότητα έχει ερευνηθεί καλά και τα 18 λεπτά έχουν καθοριστεί ως ο βέλτιστος χρόνος ολοκλήρωσης. Έχει αποδειχθεί ότι περισσότερος χρόνος μειώνει τη συμμετοχή των μελών της ομάδας.
  
• Οι ομάδες μπορούν να χρησιμοποιήσουν λιγότερο από 18 λεπτά και να ζητήσουν από τον δάσκαλο να μετρήσει το ύψος της δομής τους σε οποιοδήποτε σημείο πριν από το όριο των 18 λεπτών.

Ιστορικό

• Στην διαδικασία κατασκευής διάφορων κτισμάτων και πύργων είναι πολλές οι δυνάμεις που εμφανίζονται. Η βαρύτητα και το νεκρό φορτίο του πύργου ωθούν προς τα κάτω. Το έδαφος σπρώχνει προς τα πάνω και οι μικρές κινήσεις του αέρα σπρώχνουν από το πλάι. Η θεμελίωση κατανέμει το φορτίο στο περιβάλλον υλικό του εδάφους και μπορεί να βοηθήσει στην εξισορρόπηση της δύναμης του πλευρικού ανέμου. Το μέγεθος του θεμελίου εξαρτάται από την αντοχή του εδάφους. Έτσι, το θεμέλιο που τοποθετείται σε βράχο μπορεί να είναι μικρότερο από ένα θεμέλιο που τοποθετείται σε άμμο ή λάσπη.
  
• Βασικές Έννοιες
  
  
  • Κάμψη: Συνδυασμός δυνάμεων που κάνει ένα μέρος του υλικού να συμπιέζεται και ένα άλλο να εκτείνεται
    
  • Συμπίεση: Η δύναμη που συμπιέζει το υλικό συνολικά
    
  • Διαδικασία σχεδίασης: Προσδιορισμός του προβλήματος, καταιγισμός ιδεών, σχεδίαση, κατασκευή, δοκιμή, αξιολόγηση, κοινή χρήση, επανασχεδιασμός και ανακατασκευή
    
  • Φέροντα μέλη: Για υποστήριξη ή ενίσχυση στέγης, γέφυρας ή άλλης υπερυψωμένης κατασκευής με δίκτυο δοκών και ράβδων
    
  • Ουδέτερος άξονας: Ένα νοητό επίπεδο που διατρέχει το μέσο ενός υλικού υπό κάμψη, στο οποίο παρατηρείται μηδενική τάση
    
  • Ένταση: Η δύναμη που εφελκύει το υλικό
    
  • Υποστήλωμα: Ο τρόπος υποστήριξης και πρόσδεσης μιας δομικής κατασκευής
  
  
• Παρακολουθήστε την ομιλία του TED " Build a Tower, Build a Team ", στην οποία ο μηχανικός σχεδιαστής Tom Wujec περιγράφει πώς αυτή η δραστηριότητα αποτελεί ένα αποκαλυπτικό και ουσιαστικό μάθημα συνεργασίας.
  

Διαδικασίες

1. Οργανώστε τους μαθητές σε μικρές ομάδες. Βεβαιωθείτε ότι κάθε ομάδα έχει κάποιο λευκό χαρτί και μολύβια διαθέσιμα για σχεδίαση.
   
2. Παρουσιάστε τα υλικά και την πρόκληση. Τονίστε ότι η δομή πρέπει να υποστηρίζει ολόκληρο το ζαχαρωτό για τουλάχιστον 15 δευτερόλεπτα.
   
3. Πείτε στους μαθητές ότι θα έχουν 18 λεπτά στη διάθεσή τους για να ολοκληρώσουν την εργασία.
   
4. Ξεκινήστε το χρονόμετρο (και τη μουσική, εάν είναι διαθέσιμη) και ανακοινώστε, "Πάμε!"
   
5. Αναφέρετε διάφορα χρονικά σημεία όπως στο μέσον του χρόνου, στα 9 λεπτά, 5 λεπτά απομένουν, 2 λεπτά απομένουν κ.λπ.
   
6. Στο τέλος των 18 λεπτών (ή όταν οι ομάδες τελειώσουν πριν σταματήσει το ρολόι), μετρήστε και καταγράψτε το ύψος των κατασκευών.
   
7. Οι μαθητές μοιράζονται τα μοντέλα τους στην τάξη και εξηγούν τη διαδικασία σχεδιασμού τους - συζήτησαν πρώτα μεταξύ των μελών της ομάδας; Ζωγράφισαν; Ποιες δομές δοκίμασαν;
   
8. Δείξτε στους μαθητές την εικόνα της διαδικασίας του μηχανικού σχεδιασμού και βοηθήστε τους να δουν ότι ο τρόπος που σκέφθηκαν και η διαδικασία που ακολούθησαν κατά τη διάρκεια αυτής της δραστηριότητας, μοιάζει πολύ με αυτή την αποδειγμένα αποδοτική μεθοδολογία.
9. Ζητήστε από τους μαθητές να κάνουν μια καταχώριση στο σημειωματάριό τους σχετικά με αυτή τη δραστηριότητα. Ζητήστε τους να σκιτσάρουν το τελικό τους αποτέλεσμα, ανεξάρτητα από το αν πέτυχε ή απέτυχε, και να συζητήσουν τα σημεία επιτυχίας και αποτυχίας. Ζητήστε τους να σχεδιάσουν ένα άλλο σχέδιο που πιστεύουν ότι θα μπορούσε να αποδώσει καλύτερα αν είχαν την ευκαιρία να το ξανακάνουν.

Συζήτηση

• Τι πρόσφερες στην ομάδα σου;
  (Οι απαντήσεις θα ποικίλλουν.)

• ---

  Τι πιστεύεις ότι πρέπει να λάβουν υπόψη οι μηχανικοί όταν προτείνουν ποια υλικά θα ήταν καλύτερα για μια συγκεκριμένη κατασκευή;
  Την αντοχή των υλικών, τους τύποι δυνάμεων που ασκούνται στην κατασκευή κ.λπ.

  ---

• Τι μπορεί να προκαλέσει το πέσιμο του πύργου;
  Τα κτίρια πέφτουν όταν οι μηχανικοί δεν χρησιμοποιούν σχέδια και υλικά που είναι αρκετά ισχυρά ώστε να αντιστέκονται στις δυνάμεις συμπίεσης και εφελκυσμού

  ---

• Ποια χαρακτηριστικά του σχεδίου βοήθησαν τον πύργο σας να φτάσει σε νέα ύψη;
  (Οι απαντήσεις θα ποικίλλουν.)

  ---

• Μετά τη δοκιμή τι αλλαγές κάνατε στον πύργο σας;
  (Οι απαντήσεις θα ποικίλλουν.)

  ---

• Οι πρώτες ιδέες των μηχανικών σπάνια λειτουργούν τέλεια. Πώς συμβάλλει η δοκιμή στη βελτίωση του σχεδιασμού σας;
  Η δοκιμή σας βοηθά να δούμε τι λειτουργεί και τι όχι. Γνωρίζοντας αυτό, μπορούμε να βελτιώσουμε ένα σχέδιο διορθώνοντας τα πράγματα που δεν λειτουργούν καλά ή που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν καλύτερα

  ---

• Τι έμαθες παρακολουθώντας τους άλλους;
  (Οι απαντήσεις θα ποικίλλουν.)

  ---

Αξιολόγηση

• Ζητήστε από τους μαθητές να δείξουν τη δομική αντοχή των πύργων τους και να μιλήσουν για το πώς έλυσαν τα προβλήματα που προέκυψαν κατά τη διαδικασία σχεδιασμού.
• Ρωτήστε για τις δυνάμεις συμπίεσης και τάσης καθώς σχετίζονται με την αντοχή των δομών τους.
• Τα σημειωματάριά τους πρέπει να περιέχουν μετρήσεις και σχεδιαγράμματα των πύργων.

Εκπαιδευτικές προεκτάσεις

• Κατασκευάστε ένα χάρτινο μοντέλο του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού
• Κατασκευή με οδοντογλυφίδες για να μάθετε για τις δομές του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού