خلفية

يقوم المصممون والمهندسون بإنشاء حلول لحل المشاكل اليومية. في هذه الوحدة، سوف يستخدم الطلاب عملية التصميم الهندسي لبناء البندول واختباره وتعديله في المختبر 1. في المختبر 2، سيستخدم الطلاب عملية التصميم الهندسي لاختبار وتعديل عناصر لعبة Pendulum Kerplunk الخاصة بهم.

ما هي عملية التصميم الهندسي (EDP)؟

سيستخدم الطلاب عملية التصميم الهندسي (EDP) أثناء تعديل تصميمات البندول الخاصة بهم لحل التحديات. إن EDP عبارة عن سلسلة من الخطوات التي يتبعها المهندسون للتوصل إلى حلول للمشاكل. في كثير من الأحيان، يتضمن الحل تصميم منتج يلبي معايير معينة أو ينجز مهمة معينة.

يمكن تقسيم عملية تطوير الحلول الإلكترونية إلى الخطوات التالية: التعريف → تطوير الحلول → التحسين.

• يتضمن تعريف مشاكل الهندسة تحديد المشكلة التي يتعين حلها بوضوح قدر الإمكان من حيث معايير النجاح والقيود أو الحدود.
• يبدأ تصميم الحلول للمشاكل الهندسية بتوليد عدد من الحلول الممكنة المختلفة، ثم الحلول المحتملة لمعرفة أيها يلبي بشكل أفضل معايير وقيود المشكلة.
• يتضمن حل التصميم عملية يتم فيها اختبار الحلول وتحسينها بشكل منهجي وتحسين التصميم النهائي من خلال التنازل عن الميزات الأقل أهمية مقابل تلك الأكثر أهمية.

إن EDP عبارة عن دورة أو تكرارية في الطبيعة. إنها عملية تصنيع واختبار وتحليل وتحسين منتج أو عملية. بناءً على نتائج الاختبار، يتم إنشاء تكرارات جديدة، والاستمرار في تعديلها حتى يصبح فريق التصميم راضيًا عن النتائج.

في هذه الوحدة، سوف يستخدم الطلاب EDP لتعديل بناء البندول واختبار كيفية تأثير تعديلاتهم على أداء البندول. ومن ثم، سيستخدمون عملية التصميم التكرارية لتصميم لعبة Pendulum Kerplunk الخاصة بهم.

ما هو البندول؟

البندول هو جسم موجود على الذراع. يتم ربط الذراع بمحور، وهو نقطة للتأرجح منها. سوف يتدلى الجسم بشكل طبيعي بسبب الجاذبية، ولكن إذا تم دفعه إلى أحد الجانبين فإنه سوف يتأرجح من جانب إلى آخر (يتذبذب). سوف يظل تردد البندول المتأرجح ثابتًا حتى يوقفه الجاذبية والاحتكاك. شاهد الرسوم المتحركة أدناه لرؤية كيفية تحرك البندول.

لقد تم استخدام البندولات تاريخيا في قياس الوقت، وقياس الجاذبية، وحتى كأجهزة قياس الزلازل المبكرة. في هذه الوحدة، يتم استخدام بناء البندول كقاعدة للطلاب للتجربة أثناء بناء لعبة Pendulum Kerplunk. سيُطلب من الطلاب تعديل لعبة Pendulum Kerplunk أثناء إنشاء قواعدهم وأهدافهم الخاصة.

القطع الموجودة في مجموعة VEX GO

إن الأطفال مهتمون ببناء الأشياء وتفكيكها. تعتبر هياكل VEX GO عبارة عن هياكل مادية إبداعية من صنع الطلاب لتحقيقات STEM. سيتم تعريف الطلاب على قطع مجموعة VEX GO في وحدة لعبة Pendulum Kerplunk.

يحتوي ملصق مجموعة VEX GO على الفئات الرئيسية للأجزاء: المسامير، والمباعدات، والأعمدة، والتروس، والبكرات، والأقراص، والموصلات، والعجلات، والعوارض، والعوارض الزاوية، والعوارض الكبيرة، والألواح، والإلكترونيات. يذكر الملصق أيضًا أداة Pin والأجزاء الأخرى المضمنة في المجموعة.

الدبابيس والمباعدات

نظرًا لأن الدبابيس والمفاصل تربط قطعًا أخرى معًا، فقد يخلط الطلاب بين استخداماتها. تقوم الفواصل بربط قطعتين ولكنها تترك مسافة بينهما. كل نوع من أنواع التباعد لديه فجوة عرض مختلفة والتي سيتم إنشاؤها عن طريق استخدامه.

تقوم الدبابيس بربط قطعتين أو أكثر بحيث تكون متماشية مع بعضها البعض. يمكن توصيل الدبوس الأحمر بقطعة واحدة على كل جانب. في المقابل، يمكن للدبوس الأخضر توصيل قطعة واحدة على جانب واحد وقطعتين على الجانب الآخر.

الموصلات

تعمل الدبابيس والمباعدات على إنشاء اتصالات بين القطع المتوازية مع بعضها البعض. ومع ذلك، فإن الموصلات تنشئ اتصالات بزاوية قائمة تبلغ 90 درجة. يسمح الموصل الأخضر والموصل البرتقالي بالاتصالات بزاوية قائمة بالإضافة إلى الاتصالات المتوازية.

العوارض والألواح

يتم استخدام العوارض والألواح لإنشاء القاعدة الهيكلية لمعظم المباني. وهي عبارة عن قطع مسطحة ذات عرض وأطوال مختلفة. يمكن قياس عرض وطول العارضة أو اللوحة من خلال عدد الثقوب الموجودة على القطعة. سيتعلم الطلاب أثناء بدء البناء أن العوارض (عرض ثقب واحد) ليست مستقرة مثل العوارض الكبيرة (عرض ثقبين) أو الألواح (عرض 3 فتحات أو أكثر).

هناك العديد من العوارض الفريدة بما في ذلك أربعة عوارض زاوية. هذه العوارض تخلق زوايا بمقدار 45 أو 90 درجة. تتضمن الحزم الفريدة الأخرى شعاع Blue Thin Beam الذي يحتوي على فتحة واحدة تناسب العمود وتسمح للشعاع بالدوران، كما يحتوي على فتحات إضافية للتوصيلات القياسية. يمكن استخدام الشعاع الوردي المشقوق لتأمين الشريط المطاطي أو الحبال في البناء.

قطع فريدة من نوعها

يمكن استخدام الفواصل لإضافة مساحة بين الأجزاء أو كطوق للعمود. تُعد الفواصل مفيدة بشكل خاص عند إفساح المجال لجزء للتحرك بحرية في البناء.

الشريط المطاطي هو شريط قابل للتمدد يتم استخدامه بطرق متنوعة في تصميمات VEX GO، مثل توليد الطاقة أو ربط البكرات معًا. إن تمديد الشريط المطاطي إلى أطوال مختلفة سيعطي البناء كميات مختلفة من الطاقة الكامنة التي يمكن تحويلها إلى طاقة حركية لتشغيل جزء من البناء.

الحبل الطويل والحبل القصير عبارة عن قطع متعددة الأغراض ولها العديد من التطبيقات في تصميمات VEX GO. ويمكن استخدامها، على وجه الخصوص، لربط الأجزاء أو تسهيل نقل الطاقة داخل المبنى.

أداة الدبوس

بينما يتعرف الطلاب على مجموعة VEX GO، فسوف يحتاجون حتماً إلى المساعدة في فصل القطع. تساعد أداة الدبوس الطلاب على فصل القطع من خلال ثلاث وظائف مختلفة: الساحب، والرافعة، والدافع. إن الساحب هو الأنسب لإزالة الدبابيس التي يكون أحد طرفيها حرًا.

لاستخدام أداة السحب، أدخل الدبوس في الفتحة الموجودة في الأنف، ثم اضغط على أداة السحب واسحب للخلف. ينبغي إزالة الدبوس بسهولة من الفتحة. في حالة عدم تعرض الدبوس جزئيًا، يمكن استخدام الدافع لدفع جزء من الدبوس لتحريره. يعد استخدام الرافعة هو الأكثر ملاءمة عند محاولة فصل شعاعين أو لوحين متساويين مع بعضهما البعض. يمكن إدخال الرافعة بين القطعتين واستخدامها لفصل القطع المتصلة. شاهد الرسوم المتحركة أدناه لمعرفة كيفية استخدام أداة Pin Tool.