Pozadí

Úvodní modul VEX GO ke stavebnici seznámí vás a vaše studenty se stavebnicí VEX GO. Studenti se budou připravovat na vědeckou cestu za účelem průzkumu Marsu! Budou experimentovat s dílky VEX GO a prozkoumat, jak fungují při „stavbě“ v oblasti STEM, aby si osvojili prostorové myšlení a základní stavitelské dovednosti.

Díly v sadě VEX GO

Děti fascinuje stavění a rozebírání věcí. Stavby VEX GO jsou studenty vytvořené, kreativní, fyzické struktury pro výzkumy v oblasti STEM. Studenti se seznámí s jednotlivými díly stavebnice VEX GO v úvodní lekci stavění.

Plakát sady VEX GO uvádí hlavní kategorie dílů: čepy, distanční sloupky, hřídele, ozubená kola, kladky, kotouče, konektory, kola, nosníky, úhlové nosníky, velké nosníky, desky a elektronika. Plakát také zmiňuje nástroj Pin Tool a další součásti obsažené v sadě.

Porozumění

Zde jsou základy stavění, které platí téměř ve všem, co souvisí s VEXem, i v reálném světě.

Orientace

Zkuste sami a také požádejte své studenty, aby našli část zobrazenou na plakátu a v ruce ji orientovali stejným způsobem, jak je znázorněno. Naučit se to dělat při stavbě zajistí, že se dílky spojí na správných místech, a také to zlepší vaše prostorové myšlení pro budoucí stavby. Schopnost vizualizovat součástku ve „skleněné krabici“ je v inženýrství velmi důležitý koncept, protože záleží na obrazu, který si ve své mysli vytváříte. Návody k sestavení VEXu jsou vytvořeny s ohledem na tyto pohledy, proto se vyzvěte a přeorientujte součástku v ruce, abyste při tvorbě robota viděli co nejlepší optimální pohled.

Kategorie dílů

Společnost VEX Robotics používá čtyři hlavní kategorie dílů. Na začátku ve STEM laboratoři se používají instrukce s průvodcem, které vám usnadní prostorové uvažování, než se pustíte do volného stavění nebo stavění bez průvodce, abyste si přizpůsobili své potřeby. V tomto bodě si stačí pamatovat jen to, že jakákoli stavba, kterou si dokážete představit, je naprosto možná, protože se jednoduše skládá z určitého pořadí těchto kategorií. Zkuste toto pořadí v budoucnu změnit a nyní budete stavět jako profesionálové!

• Elektronika: dodá vašemu robotovi život a inteligenci.
• Konstrukční prvky: slouží k upevnění dílů k sobě a k udržení celkového tvaru konstrukce
• Spojovací prvky: používají se ke spojení konstrukčních prvků.
• Pohybové komponenty: poskytují vašemu robotovi pohyb a další funkce.

Dokážete vy a vaši studenti určit, které části patří do každé kategorie?

Budova

Stavba s VEX GO je navržena s ohledem na jednoduchost. Připojovací díly by měly být chápány jako připojení telefonu k nabíječce. Nemusíte vyvíjet přemrštěný tlak, ale nemůžete ho jen tak rozmarně položit na jinou část. Zkuste to sami! Použijte kolík a připojte ho k libovolnému nosníku. Po úplném zasunutí součásti byste měli cítit nebo slyšet zřetelné cvaknutí. Neúplné spojení dílů může později vést k selhání konstrukce, čemuž se inženýři snaží vyhnout.

Kolíky a distanční sloupky

Protože kolíky a distanční sloupky spojují další díly dohromady, studenti si mohou plést jejich použití. Distanční sloupky spojují dva kusy, ale mezi nimi ponechávají mezeru. Každý druh distančního sloupku má jinou šířku mezery, která vznikne jeho použitím.

Kolíky spojují dva nebo více kusů tak, aby k sobě lícovaly. Červený kolík se dá spojit s jedním kusem na každé straně. Naproti tomu Green Pin může spojit jeden kus na jedné straně a dva kusy na druhé straně.

	Výhoda použití distančního sloupku oproti kolíku závisí výhradně na situaci. Na prvním obrázku vlevo zvýrazněná distanční vymezovací podložka v této situaci nabízí mnohem větší strukturální integritu než kolík.
	Zde je příklad, ve kterém by červené kolíky fungovaly lépe než distanční sloupky. Používá se k bezpečnému upevnění nosníku bez mezery mezi ním a jiným nosníkem.
	Zde je příklad zeleného kolíku, který spojuje tři trámy dohromady. Tuto stavební techniku lze použít, když není dostatek prostoru.

Konektory

Kolíky a distanční sloupky vytvářejí spojení mezi díly, které jsou navzájem rovnoběžné. Konektory však vytvářejí spojení v pravém úhlu 90 stupňů. Zelený a oranžový konektor umožňují pravoúhlé i paralelní připojení.

Zde je příklad použití konektoru, zakroužkovaný červeně. Tato spojka spojuje dva nosníky dohromady. Konektory jsou nesmírně důležité při pokusu o sestavení v různých osách.

Nosníky a desky

Nosníky a desky se používají k vytvoření konstrukčního základu většiny staveb. Jedná se o ploché kusy s různou šířkou a délkou. Šířku a délku nosníku nebo desky lze měřit počtem otvorů v kusu. Studenti se při stavbě naučí, že nosníky (o šířce jednoho otvoru) nejsou tak stabilní jako velké nosníky (o šířce 2 otvorů) nebo desky (o šířce 3 a více otvorů).

Ozubená kola a kola

Studenti se také v rámci této jednotky naučí používat kombinaci ozubených kol a kol. Ozubená kola se používají k přenosu síly z jedné polohy do druhé. Toho lze dosáhnout pomocí ozubených kol stejné velikosti pro přenos stejné síly nebo použitím ozubených kol různých velikostí pro vytvoření rychlostní nebo výkonové výhody při přenosu síly. Růžový kolík lze použít k připojení ozubených kol k nosníkům nebo deskám a zároveň umožnit volné otáčení ozubeného kola.

Při stavbě motorizovaného superauta lze vidět tři příklady použití převodových stupňů. Studenti se v doprovodné STEM laboratoři dozví, jaký rozdíl mohou mít velikosti ozubených kol.

Nástroj pro připnutí špendlíků

Zatímco se studenti seznamují se sadou VEX GO, budou nevyhnutelně potřebovat pomoc s oddělováním jednotlivých dílů. Nástroj Pin Tool pomáhá studentům oddělovat díly pomocí tří různých funkcí: stahováku, páky a tlačky. Stahovák je nejvhodnější pro vytahování čepů, které mají jeden volný konec.

Chcete-li použít stahovák, vložte kolík do drážky v nose, stiskněte nástroj na kolíky a zatáhněte zpět. Čep by měl jít z otvoru snadno vyjmout. V případě, že kolík není částečně odkrytý, lze k uvolnění jeho části použít tlačník. Páka je nejvhodnější při pokusu o odpojení dvou nosníků nebo desek, které jsou k sobě v jedné rovině. Páku lze vložit mezi dva kusy a použít k oddělení spojených kusů. Podívejte se na video níže, kde najdete příklad každého použití nástroje pro připínání.

Mise na Mars

Jak vědci a inženýři shromažďují informace z míst ve sluneční soustavě, která jsou vzdálená a těžko dostupná?

Bylo by nemyslitelné poslat lidi na Měsíc nebo Mars bez technologie potřebné k cestování, zkoumání a udržování života ve vesmíru. Vesmír a povrch Marsu jsou pro lidi drsným prostředím. Inženýři musí navrhnout a vyrobit nástroje na ochranu astronautů a usnadnění vědeckého výzkumu v drsné atmosféře Marsu.

Zajímavosti o Marsu, které je třeba zvážit při navrhování úvodní stavební jednotky:

• Povrch Marsu je velmi chladný a suchý; na většině míst je příliš chladný nebo suchý na to, aby umožnil růst a rozmnožování pozemských organismů.
• Průměrné teploty na Marsu jsou hluboko pod -60 °C (-83 °F).
• Jsou zde vysoké úrovně slunečního záření, které může poškozovat tělesné tkáně.
• Je tam málo nebo žádná atmosféra.
• Nejsou zde žádné zdroje jídla ani vody.

Aktuální iniciativy

Mezi současné iniciativy na Marsu patří Mars 2020 od NASA a program NASA Moon to Mars. Mise NASA Mars 2020 v současné době plánuje dlouhodobý projekt robotického průzkumu povrchu a atmosféry Marsu. Mise roveru Mars 2020 se zabývá vysoce prioritními vědeckými cíli pro výzkum Marsu, včetně potenciálu života na Marsu. Mise také poskytuje příležitosti ke shromažďování znalostí a demonstraci technologií, které řeší výzvy budoucích lidských expedic na Mars. Program NASA z Měsíce na Mars zkoumá expanzi lidstva v rámci sluneční soustavy prostřednictvím komerčních a mezinárodních partnerů.

Každý den se dějí vzrušující nové průlomy v oblasti vesmírných iniciativ. Učitelé a studenti mohou sledovat aktuální informace na blogu NASA Teachable Moments. Teachable Moments je interaktivní zdroj, který obsahuje rozhovory s astronauty, aktuální videa a fotografie a výzvy STEM, jež jsou poutavé pro dospělé i děti.

Stabilita & Rovnováha

Stabilita

V laboratoři 3 budou mít studenti za úkol postavit stabilní a vyváženou odpalovací rampu. Stabilní konstrukce je taková, která se nepřevrhne, neposune ani nezhroutí, když na ni působí vnější síly, jako jsou tlaky nebo tahy. Stabilita je odolnost konstrukce vůči nežádoucím pohybům, jako je posunutí, převrácení nebo zřícení. Tvar a materiály použité v konstrukci určují její odolnost vůči těmto silám a ovlivňují její stabilitu. Struktury se širokou základnou jsou obvykle stabilnější.

Váhy

Inženýři se zajímají o to, jak objekty vyvažují , aby mohli stavět bezpečné struktury (hlediště, ruská kola a odpalovací rampy). Vyvážená struktura má silné těžiště a nepohybuje se snadno. Je navržen a postaven tak, aby vyvažoval síly, které na něj působí, jako je gravitace. Rovnováha je obzvláště důležitá v případech, kdy na konstrukci může být vystavena těžká zátěž nebo nepředvídatelné přírodní jevy, jako je například cestování vesmírem.

Proces inženýrského návrhu

Studenti použijí část Procesu inženýrského návrhu (EDP) k návrhu a stavbě kosmické lodi a základny na Marsu. EDP je série kroků, které inženýři dodržují, aby našli řešení problémů. Řešení často zahrnuje návrh produktu, který splňuje určitá kritéria nebo plní určitý úkol.

Standardy Next Generation Science rozdělují EDP do následujících kroků: DEFINOVAT → VYTVOŘIT ŘEŠENÍ → OPTIMALIZOVAT.

• Definování inženýrských problémů zahrnuje co nejjasnější stanovení problému, který má být vyřešen, z hlediska kritérií úspěchu a omezení nebo limitů.
• Navrhování řešení inženýrských problémů začíná generováním řady různých možných řešení a následným vyhodnocením potenciálních řešení, aby se zjistilo, která z nich nejlépe splňují kritéria a omezení problému.
• Optimalizace návrhového řešení zahrnuje proces, ve kterém jsou řešení systematicky testována a zdokonalována a konečný návrh je vylepšen nahrazováním méně důležitých prvků těmi, které jsou důležitější.

EDP má cyklický nebo iterativní charakter. Je to proces výroby, testování, analýzy a zdokonalování produktu nebo procesu. Na základě výsledků testování se vytvářejí nové iterace a dále se upravují, dokud není konstrukční tým s výsledky spokojen.

V této lekci studenti použijí EDP k vymyšlení, naplánování a stavbě základny na Marsu. Po počátečním sestavení skupiny otestují a vylepší svůj základní návrh tak, aby splňoval kritéria a omezení návrhu.