Hintergrund

Designer und Ingenieure entwickeln Lösungen, die täglich Probleme lösen. In dieser Einheit verwenden die Schüler den technischen Designprozess, um das Pendel in Labor 1 zu bauen, zu testen und zu modifizieren. In Labor 2 verwenden die Schüler den Engineering Design Process, um Elemente ihres Pendulum Kerplunk-Spiels zu testen und zu ändern.

Was ist der Engineering Design Process (EDP)?

Die Schüler verwenden den Engineering Design Process (EDP), wenn sie ihre Pendelkonstruktionen modifizieren, um Herausforderungen zu lösen. Das EDP besteht aus einer Reihe von Schritten, die Ingenieure befolgen, um Lösungen für Probleme zu finden. Die Lösung besteht häufig darin, ein Produkt zu entwerfen, das bestimmte Kriterien erfüllt oder eine bestimmte Aufgabe erfüllt.

Die EDP lässt sich in folgende Schritte unterteilen: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN.

• Bei der Definition von technischen Problemen geht es darum, das zu lösende Problem hinsichtlich Erfolgskriterien und Einschränkungen oder Beschränkungen so klar wie möglich zu formulieren.
• Das Entwerfen von Lösungen für technische Probleme beginnt mit der Generierung einer Anzahl unterschiedlicher möglicher Lösungen und der anschließenden Bewertung potenzieller Lösungen, um zu sehen, welche die Kriterien und Einschränkungen des Problems am besten erfüllen.
• Die Optimierung der Designlösung umfasst einen Prozess, bei dem Lösungen systematisch getestet und verfeinert werden und das endgültige Design durch den Austausch weniger wichtiger Funktionen gegen wichtigere verbessert wird.

Der EDP ist zyklischer oder iterativer Natur. Es handelt sich dabei um einen Prozess der Herstellung, Prüfung, Analyse und Verfeinerung eines Produkts oder Prozesses. Basierend auf den Testergebnissen werden neue Iterationen erstellt und weiter geändert, bis das Designteam mit den Ergebnissen zufrieden ist.

In dieser Einheit verwenden die Schüler das EDP, um den Pendelaufbau zu modifizieren und zu testen, wie sich ihre Modifikationen auf die Leistung des Pendels auswirken. Anschließend verwenden sie den iterativen Designprozess, um ihr eigenes Pendulum-Kerplunk-Spiel zu entwerfen.

Was ist ein Pendel?

Ein Pendel ist ein Gegenstand an einem Arm. Der Arm ist an einem Drehpunkt befestigt, der als Schwingpunkt dient. Aufgrund der Schwerkraft hängt das Objekt natürlich nach unten, wird es jedoch auf eine Seite geschoben, schwingt es von einer Seite zur anderen (oszilliert). Die Frequenz eines schwingenden Pendels bleibt konstant, bis Schwerkraft und Reibung das Pendel stoppen. Sehen Sie sich die Animation unten an, um zu sehen, wie sich das Pendel bewegt.

Pendel wurden in der Vergangenheit zur Zeitmessung, zur Messung der Schwerkraft und sogar als frühe Seismographen zur Messung von Erdbeben verwendet. In dieser Einheit dient der Pendelaufbau als Grundlage für die Schüler zum Experimentieren beim Aufbau des Pendulum-Kerplunk-Spiels. Die Schüler werden gebeten, das Pendulum-Kerplunk-Spiel zu modifizieren, indem sie ihre eigenen Regeln und Ziele erstellen.

Teile im VEX GO Kit

Kinder sind fasziniert davon, Dinge aufzubauen und wieder auseinanderzunehmen. VEX GO-Builds sind von Schülern erstellte, kreative, physische Strukturen für MINT-Untersuchungen. Die Schüler lernen die Teile des VEX GO-Kits in der Pendulum Kerplunk Game Unit kennen.

Auf dem VEX GO Kit-Poster sind die wichtigsten Teilekategorien aufgeführt: Stifte, Abstandshalter, Wellen, Zahnräder, Riemenscheiben, Scheiben, Verbindungsstücke, Räder, Balken, Winkelbalken, große Balken, Platten und Elektronik. Auf dem Poster werden auch das Pin-Tool und die anderen im Kit enthaltenen Teile erwähnt.

Stifte und Abstandshalter

Da Stifte und Abstandshalter andere Teile miteinander verbinden, kann es sein, dass Schüler ihre Verwendung verwechseln. Abstandshalter verbinden zwei Teile, lassen aber dazwischen einen Zwischenraum. Bei jedem Abstandshaltertyp ist die Lücke unterschiedlich breit und entsteht durch seine Verwendung.

Stifte verbinden zwei oder mehrere Teile, so dass diese bündig aneinander liegen. Der Red Pin kann mit je einem Stück auf jeder Seite verbunden werden. Der Green Pin hingegen kann auf der einen Seite ein Teil und auf der anderen Seite zwei Teile verbinden.

Anschlüsse

Stifte und Abstandshalter stellen Verbindungen zwischen Teilen her, die parallel zueinander liegen. Steckverbinder hingegen stellen Verbindungen im 90-Grad-Winkel her. Der grüne und der orangefarbene Anschluss ermöglichen rechtwinklige Verbindungen sowie parallele Verbindungen.

Balken und Platten

Balken und Platten bilden die strukturelle Grundlage der meisten Bauwerke. Es handelt sich dabei um flache Stücke mit unterschiedlichen Breiten und Längen. Die Breite und Länge eines Balkens oder einer Platte kann anhand der Anzahl der Löcher im Stück gemessen werden. Die Schüler werden beim Bauen lernen, dass Balken (1 Loch breit) nicht so stabil sind wie große Balken (2 Löcher breit) oder Platten (3 oder mehr Löcher breit).

Es gibt mehrere einzigartige Balken, darunter vier Winkelbalken. Diese Strahlen erzeugen Winkel von 45 oder 90 Grad. Zu den weiteren einzigartigen Balken gehört der Blue Thin Beam, der über ein Loch verfügt, durch das eine Welle passt und das Drehen des Balkens ermöglicht, und über zusätzliche Löcher für Standardverbindungen verfügt. Mit dem rosa Schlitzbalken können Sie Gummibänder oder Seile in einer Konstruktion befestigen.

Einzigartige Stücke

Abstandshalter können verwendet werden, um Platz zwischen Teilen zu schaffen oder als Kragen für eine Welle. Abstandshalter sind besonders nützlich, wenn man bei einer Konstruktion Platz für die freie Bewegung eines Teils schaffen möchte.

Das Gummiband ist ein dehnbares Band, das in VEX GO-Builds auf verschiedene Weise verwendet wird, beispielsweise zur Stromerzeugung oder zum Verbinden von Rollen. Durch das Dehnen des Gummibands auf unterschiedliche Längen erhält die Konstruktion unterschiedliche Mengen an potenzieller Energie, die in kinetische Energie umgewandelt werden kann, um einen Teil der Konstruktion anzutreiben.

Das lange Seil und das kurze Seil sind Mehrzweckteile, die in VEX GO-Builds vielseitig einsetzbar sind. Insbesondere können sie zum Befestigen von Teilen oder zum Ermöglichen einer Energieübertragung innerhalb einer Konstruktion verwendet werden.

Stiftwerkzeug

Während die Schüler sich mit dem VEX GO Kit vertraut machen, benötigen sie zwangsläufig Hilfe beim Trennen der Teile. Das Stiftwerkzeug hilft Schülern durch drei verschiedene Funktionen beim Trennen von Teilen: dem Zieher, dem Hebel und dem Drücker. Der Abzieher eignet sich am besten zum Entfernen von Stiften, bei denen ein Ende frei ist.

Um den Abzieher zu verwenden, stecken Sie den Stift in den Schlitz an der Nase, drücken Sie das Stiftwerkzeug zusammen und ziehen Sie ihn zurück. Der Stift sollte sich leicht aus dem Loch entfernen lassen. Falls ein Stift nicht teilweise freiliegt, kann der Pusher verwendet werden, um einen Teil des Stifts herauszudrücken. Der Hebel eignet sich am besten zum Trennen von zwei Balken oder Platten, die bündig miteinander abschließen. Der Hebel kann zwischen die beiden Teile gesteckt und zum Trennen der verbundenen Teile verwendet werden. Sehen Sie sich die Animation unten an, um zu erfahren, wie Sie das Pin-Tool verwenden.