Φόντο

Η Εισαγωγική Μονάδα Κτιρίου VEX GO θα εξοικειώσει εσάς και τους μαθητές σας με το Κιτ VEX GO. Οι μαθητές θα εργαστούν για να προετοιμαστούν για ένα επιστημονικό ταξίδι εξερεύνησης του Άρη! Θα πειραματιστούν με κομμάτια VEX GO και θα εξερευνήσουν πώς λειτουργούν σε μια «κατασκευή» STEM για να αποκτήσουν χωρική συλλογιστική και βασικές δεξιότητες κατασκευής.

Κομμάτια στο κιτ VEX GO

Τα παιδιά ενθουσιάζονται με την κατασκευή και την αποσυναρμολόγηση πραγμάτων. Οι κατασκευές VEX GO είναι δημιουργικές, φυσικές κατασκευές που κατασκευάζονται από μαθητές για έρευνες STEM. Οι μαθητές θα ενημερωθούν για τα κομμάτια του κιτ VEX GO καθ' όλη τη διάρκεια της Εισαγωγικής Μονάδας Κτιρίου.

Η αφίσα του κιτ VEX GO παραθέτει τις κύριες κατηγορίες εξαρτημάτων: πείρους, αποστάτες, άξονες, γρανάζια, τροχαλίες, δίσκοι, σύνδεσμοι, τροχοί, δοκοί, γωνιακές δοκοί, μεγάλες δοκοί, πλάκες και ηλεκτρονικά. Η αφίσα αναφέρει επίσης το εργαλείο καρφίτσας και τα άλλα κομμάτια που περιλαμβάνονται στο κιτ.

Κατανόηση

Εδώ είναι τα βασικά για την κατασκευή, τα οποία ισχύουν σχεδόν σε όλα όσα σχετίζονται με το VEX, καθώς και στον πραγματικό κόσμο.

Προσανατολισμός

Προσπαθήστε μόνοι σας, καθώς και ζητήστε από τους μαθητές σας, να βρουν ένα κομμάτι που φαίνεται στην αφίσα και να το προσανατολίσουν με τον ίδιο τρόπο στο χέρι σας όπως φαίνεται. Μαθαίνοντας να το κάνετε αυτό κατά την κατασκευή, διασφαλίζετε ότι τα κομμάτια συνδέονται στις σωστές θέσεις, ενώ παράλληλα ενισχύετε τη χωρική σας συλλογιστική για μελλοντικές κατασκευές. Η δυνατότητα οπτικοποίησης ενός εξαρτήματος σε ένα «γυάλινο κουτί» είναι μια τεράστια έννοια στη μηχανική, καθώς εξαρτάται από την εικόνα που δημιουργείτε στο μυαλό σας. Οι οδηγίες κατασκευής VEX δημιουργούνται έχοντας κατά νου αυτές τις προβολές, οπότε δοκιμάστε τον εαυτό σας και επαναπροσανατολίστε το εξάρτημα στο χέρι σας για να δείτε την καλύτερη δυνατή προβολή κατά τη δημιουργία του ρομπότ σας.

Κατηγορίες εξαρτημάτων

Η VEX Robotics χρησιμοποιεί τέσσερις κύριες κατηγορίες εξαρτημάτων. Ξεκινώντας στο Εργαστήριο STEM, χρησιμοποιούνται καθοδηγούμενες οδηγίες για να διευκολύνουν τη χωρική σας συλλογιστική προτού αναλάβετε την ελεύθερη κατασκευή ή την κατασκευή χωρίς καθοδηγούμενες οδηγίες με σκοπό την προσαρμογή στις ανάγκες σας. Το μόνο που χρειάζεται να θυμάστε σε αυτό το σημείο είναι ότι οποιαδήποτε κατασκευή μπορείτε να φανταστείτε είναι απολύτως εφικτή, καθώς απλώς αποτελείται από μια συγκεκριμένη σειρά αυτών των κατηγοριών. Δοκιμάστε να αναδιατάξετε αυτήν τη σειρά στο μέλλον και τώρα θα χτίζετε ελεύθερα σαν επαγγελματίες!

• Ηλεκτρονικά: παρέχετε ζωή και νοημοσύνη στο ρομπότ σας.
• Δομικά Στοιχεία: χρησιμοποιούνται για τη στερέωση των εξαρτημάτων μεταξύ τους και περιέχουν το συνολικό σχήμα της κατασκευής
• Συνδετήρες: χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των δομικών στοιχείων.
• Στοιχεία κίνησης: παρέχουν κίνηση και πρόσθετες δυνατότητες στο ρομπότ σας.

Μπορείτε εσείς και οι μαθητές σας να προσδιορίσετε ποια μέρη ανήκουν σε κάθε κατηγορία;

Κτίριο

Η κατασκευή με το VEX GO έχει σχεδιαστεί με γνώμονα την απλότητα. Τα συνδετικά εξαρτήματα θα πρέπει να θεωρούνται ως σύνδεση του τηλεφώνου σας με φορτιστή. Δεν χρειάζεται να ασκήσετε υπερβολική πίεση, αλλά δεν μπορείτε απλώς να το ακουμπήσετε ιδιότροπα σε κάποιο άλλο μέρος. Δοκιμάστε το μόνοι σας! Χρησιμοποιήστε μια καρφίτσα και συνδέστε την σε οποιαδήποτε δοκό. Θα πρέπει να μπορείτε να νιώσετε ή να ακούσετε ένα ξεχωριστό κλικ όταν το εξάρτημα εισαχθεί πλήρως. Η μη πλήρης σύνδεση των κομματιών μεταξύ τους μπορεί να οδηγήσει σε δομική αστοχία σε μεταγενέστερο στάδιο, κάτι που οι μηχανικοί προσπαθούν να αποφύγουν.

Καρφίτσες και αποστάτες

Επειδή οι καρφίτσες και οι προεξοχές συνδέουν άλλα κομμάτια μεταξύ τους, οι μαθητές μπορεί να συγχέουν τις χρήσεις τους. Οι αποστάτες συνδέουν δύο κομμάτια αλλά αφήνουν ένα κενό μεταξύ τους. Κάθε είδος απόστασης έχει ένα διαφορετικό πλάτος κενού που θα δημιουργηθεί με τη χρήση του.

Οι καρφίτσες συνδέουν δύο ή περισσότερα κομμάτια έτσι ώστε να εφάπτονται το ένα με το άλλο. Η κόκκινη καρφίτσα μπορεί να συνδεθεί με ένα κομμάτι σε κάθε πλευρά. Αντίθετα, η Πράσινη Πείρος μπορεί να συνδέσει ένα κομμάτι στη μία πλευρά και δύο κομμάτια στην άλλη πλευρά.

	Το όφελος από τη χρήση ενός standoff έναντι μιας καρφίτσας εξαρτάται αποκλειστικά από την περίσταση. Στην πρώτη εικόνα στα αριστερά, η επισημασμένη απόκλιση προσφέρει πολύ μεγαλύτερη δομική ακεραιότητα από ό,τι θα έκανε μια καρφίτσα σε αυτήν την περίπτωση.
	Ακολουθεί ένα παράδειγμα στο οποίο οι κόκκινες καρφίτσες θα λειτουργούσαν καλύτερα από τις αποστάτες. Χρησιμοποιείται για την ασφαλή στερέωση μιας δοκού χωρίς κενό μεταξύ μιας άλλης δοκού.
	Ακολουθεί ένα παράδειγμα μιας πράσινης καρφίτσας που ασφαλίζει τρεις δοκούς μεταξύ τους. Αυτή η τεχνική κατασκευής θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί όταν ο χώρος δεν είναι δεδομένος.

Συνδέσεις

Οι καρφίτσες και οι προεξοχές δημιουργούν συνδέσεις μεταξύ κομματιών που είναι παράλληλα μεταξύ τους. Ωστόσο, οι σύνδεσμοι δημιουργούν συνδέσεις σε ορθή γωνία 90 μοιρών. Ο πράσινος σύνδεσμος και ο πορτοκαλί σύνδεσμος επιτρέπουν συνδέσεις ορθής γωνίας καθώς και παράλληλες συνδέσεις.

Ακολουθεί ένα παράδειγμα χρήσης ενός συνδέσμου, κυκλωμένου με κόκκινο χρώμα. Αυτός ο σύνδεσμος συνδέει δύο δοκούς μεταξύ τους. Οι σύνδεσμοι είναι εξαιρετικά σημαντικοί όταν προσπαθείτε να ενσωματώσετε διαφορετικούς άξονες.

Δοκοί και Πλάκες

Οι δοκοί και οι πλάκες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της δομικής βάσης των περισσότερων κατασκευών. Αυτά είναι επίπεδα κομμάτια με ποικίλα πλάτη και μήκη. Το πλάτος και το μήκος μιας δοκού ή πλάκας μπορούν να μετρηθούν από τον αριθμό των οπών στο κομμάτι. Οι μαθητές θα μάθουν καθώς αρχίζουν να κατασκευάζουν ότι οι δοκοί (πλάτους μίας οπής) δεν είναι τόσο σταθερές όσο οι μεγάλες δοκοί (πλάτους 2 οπών) ή οι πλάκες (πλάτους 3 ή περισσότερων οπών).

Γρανάζια και Τροχοί

Οι μαθητές θα μάθουν επίσης να χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό γραναζιών και τροχών μέσω της Ενότητας. Τα γρανάζια χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δύναμης από τη μία θέση στην άλλη. Αυτό μπορεί να γίνει με γρανάζια του ίδιου μεγέθους για τη μεταφορά της ίδιας δύναμης ή χρησιμοποιώντας γρανάζια διαφόρων μεγεθών για να δημιουργηθεί πλεονέκτημα ταχύτητας ή ισχύος καθώς μεταφέρεται η δύναμη. Η ροζ καρφίτσα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση γραναζιών σε δοκούς ή πλάκες, επιτρέποντας παράλληλα στο γρανάζι να περιστρέφεται ελεύθερα.

Τρία παραδείγματα χρήσης εξοπλισμού μπορούν να παρατηρηθούν στην κατασκευή του μηχανοκίνητου υπεραυτοκινήτου. Οι μαθητές θα μάθουν στο συνοδευτικό εργαστήριο STEM τη διαφορά που μπορούν να κάνουν τα μεγέθη των εργαλείων.

Εργαλείο καρφιτσών

Ενώ οι μαθητές εξοικειώνονται με το VEX GO Kit, αναπόφευκτα θα χρειαστούν βοήθεια για να χωρίσουν τα κομμάτια. Το Εργαλείο Καρφίτσας βοηθά τους μαθητές να διαχωρίζουν τα κομμάτια μέσω τριών διαφορετικών λειτουργιών: του Εξολκέα, του Μοχλού και του Σπρώχτη. Ο εξολκέας είναι ιδανικός για την αφαίρεση καρφιτσών που έχουν ελεύθερο το ένα άκρο.

Για να χρησιμοποιήσετε τον εξολκέα, εισάγετε τον πείρο στην υποδοχή στη μύτη, πιέστε το εργαλείο πείρου και τραβήξτε προς τα πίσω. Η καρφίτσα πρέπει να αφαιρείται εύκολα από την τρύπα. Σε περίπτωση που ένας πείρος δεν είναι μερικώς εκτεθειμένος, το Pusher μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σπρώξει ένα μέρος του πείρου προς τα έξω. Ο μοχλός είναι ο καταλληλότερος όταν προσπαθείτε να αποσυνδέσετε δύο δοκούς ή πλάκες που είναι ευθυγραμμισμένες μεταξύ τους. Ο μοχλός μπορεί να εισαχθεί ανάμεσα στα δύο κομμάτια και να χρησιμοποιηθεί για να διαχωρίσει τα συνδεδεμένα κομμάτια. Παρακολουθήστε το παρακάτω βίντεο για να δείτε ένα παράδειγμα κάθε χρήσης του εργαλείου καρφίτσας.

Αποστολή στον Άρη

Πώς συλλέγουν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πληροφορίες από μέρη του ηλιακού συστήματος που είναι μακριά και δύσκολο να τα προσεγγίσει κανείς;

Θα ήταν αδιανόητο να στείλουμε ανθρώπους στη Σελήνη ή τον Άρη χωρίς την τεχνολογία που απαιτείται για να ταξιδέψουμε, να ερευνήσουμε και να διατηρήσουμε τη ζωή στο διάστημα. Το διάστημα και η επιφάνεια του Άρη είναι σκληρά περιβάλλοντα για τον άνθρωπο. Οι μηχανικοί πρέπει να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν τα εργαλεία για την προστασία των αστροναυτών και τη διευκόλυνση της επιστημονικής έρευνας στην σκληρή ατμόσφαιρα του Άρη.

Ενδιαφέροντα στοιχεία για τον Άρη που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά το σχεδιασμό της Εισαγωγικής Μονάδας Κτιρίου:

• Η επιφάνεια του Άρη είναι πολύ κρύα και ξηρή. Στα περισσότερα μέρη, είναι πολύ κρύα ή ξηρή για να επιτρέψει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των γήινων οργανισμών.
• Οι μέσες θερμοκρασίες στον Άρη είναι πολύ κάτω από τους -60°C (-83°F).
• Υπάρχουν υψηλά επίπεδα ηλιακής ακτινοβολίας, τα οποία μπορούν να βλάψουν τους ιστούς του σώματος.
• Υπάρχει ελάχιστη ή καθόλου ατμόσφαιρα.
• Δεν υπάρχουν πηγές τροφής ή νερού.

Τρέχουσες Πρωτοβουλίες

Οι τρέχουσες πρωτοβουλίες για τον Άρη περιλαμβάνουν το πρόγραμμα Mars 2020 της NASA και το πρόγραμμα Moon to Mars της NASA. Η αποστολή Mars 2020 της NASA σχεδιάζει επί του παρόντος ένα μακροπρόθεσμο έργο για τη ρομποτική εξερεύνηση της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας του Άρη. Η αποστολή του ρόβερ Mars 2020 καλύπτει επιστημονικούς στόχους υψηλής προτεραιότητας για την εξερεύνηση του Άρη, συμπεριλαμβανομένων των δυνατοτήτων για ζωή στον Άρη. Η αποστολή παρέχει επίσης ευκαιρίες για τη συλλογή γνώσεων και την επίδειξη τεχνολογιών που αντιμετωπίζουν τις προκλήσεις των μελλοντικών ανθρώπινων αποστολών στον Άρη. Το πρόγραμμα Moon to Mars της NASA διερευνά την ανθρώπινη επέκταση μέσω του ηλιακού συστήματος μέσω εμπορικών και διεθνών συνεργατών.

Συναρπαστικές νέες ανακαλύψεις στις διαστημικές πρωτοβουλίες συμβαίνουν καθημερινά. Οι εκπαιδευτικοί και οι μαθητές μπορούν να ενημερώνονται στο ιστολόγιο Teachable Moments της NASA. Το Teachable Moments είναι ένας διαδραστικός πόρος που περιλαμβάνει συνεντεύξεις αστροναυτών, τρέχοντα βίντεο και φωτογραφίες, καθώς και προκλήσεις STEM που είναι ενδιαφέρουσες τόσο για ενήλικες όσο και για παιδιά.

Σταθερότητα & Ισορροπία

Σταθερότητα

Στο Εργαστήριο 3, οι μαθητές θα κληθούν να κατασκευάσουν μια πλατφόρμα εκτόξευσης που να είναι σταθερή και ισορροπημένη. Μια σταθερή κατασκευή είναι αυτή που δεν θα ανατραπεί, δεν θα γλιστρήσει ή δεν θα καταρρεύσει όταν ασκηθούν σε αυτήν εξωτερικές δυνάμεις, όπως ωθήσεις ή έλξεις. Η σταθερότητα είναι η αντίσταση μιας κατασκευής σε ανεπιθύμητες κινήσεις όπως ολίσθηση, ανατροπή ή κατάρρευση. Το σχήμα και τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε μια κατασκευή καθορίζουν την αντοχή της σε αυτές τις δυνάμεις και επηρεάζουν τη σταθερότητά της. Συνήθως, οι κατασκευές με ευρεία βάση είναι πιο σταθερές.

Ισορροπία

Οι μηχανικοί ενδιαφέρονται για το πώς τα αντικείμενα ισορροπούν , ώστε να μπορούν να κατασκευάσουν ασφαλείς κατασκευές (αμφιθέατρα, τροχούς λούνα παρκ και εξέδρες εκτόξευσης). Μια ισορροπημένη δομή έχει ισχυρό κέντρο βάρους και δεν κινείται εύκολα. Είναι σχεδιασμένο και κατασκευασμένο με τρόπο που να εξισορροπεί τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό, όπως η βαρύτητα. Η ισορροπία είναι ιδιαίτερα σημαντική σε περιπτώσεις όπου μια κατασκευή μπορεί να επηρεαστεί από βαριά φορτία ή απρόβλεπτα φυσικά φαινόμενα, όπως τα διαστημικά ταξίδια.

Η Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής

Οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής (EDP) για να σχεδιάσουν και κατασκευάσουν ένα διαστημόπλοιο και μια βάση στον Άρη. Το EDP είναι μια σειρά από βήματα που ακολουθούν οι μηχανικοί για να βρουν λύσεις σε προβλήματα. Συχνά, η λύση περιλαμβάνει τον σχεδιασμό ενός προϊόντος που πληροί ορισμένα κριτήρια ή επιτελεί μια συγκεκριμένη εργασία.

Τα Επιστημονικά Πρότυπα Επόμενης Γενιάς αναλύουν το EDP στα ακόλουθα βήματα: ΟΡΙΣΜΟΣ → ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΛΥΣΕΩΝ → ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ.

• Ο ορισμός προβλημάτων μηχανικής περιλαμβάνει τη διατύπωση του προβλήματος που πρέπει να λυθεί όσο το δυνατόν σαφέστερα όσον αφορά τα κριτήρια επιτυχίας και τους περιορισμούς ή τα όρια.
• Σχεδιασμός λύσεων σε προβλήματα μηχανικής ξεκινά με τη δημιουργία ενός αριθμού διαφορετικών πιθανών λύσεων και στη συνέχεια αξιολογεί τις πιθανές λύσεις για να διαπιστωθεί ποιες ανταποκρίνονται καλύτερα στα κριτήρια και τους περιορισμούς του προβλήματος.
• Βελτιστοποίηση της λύσης σχεδιασμού περιλαμβάνει μια διαδικασία κατά την οποία οι λύσεις δοκιμάζονται και βελτιώνονται συστηματικά και ο τελικός σχεδιασμός βελτιώνεται αντικαθιστώντας λιγότερο σημαντικά χαρακτηριστικά με εκείνα που είναι πιο σημαντικά.

Η EDP είναι κυκλική ή επαναληπτική στη φύση της. Είναι μια διαδικασία κατασκευής, δοκιμής και ανάλυσης, καθώς και βελτίωσης ενός προϊόντος ή μιας διαδικασίας. Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών, δημιουργούνται νέες επαναλήψεις και συνεχίζουν να τροποποιούνται μέχρι η ομάδα σχεδιασμού να μείνει ικανοποιημένη με τα αποτελέσματα.

Σε αυτήν την ενότητα, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν το EDP για να ονειρευτούν, να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν μια βάση στον Άρη. Μετά από μια αρχική κατασκευή, οι ομάδες θα δοκιμάσουν και θα βελτιώσουν τον βασικό τους σχεδιασμό ώστε να πληρούν τα κριτήρια και τους περιορισμούς σχεδιασμού.