教師用ツールボックス - このセクションの目的
再生セクションの目的は、学生がビルドをテストし、リンケージを使用したモーションの変換を探索できるようにすることです。 生徒たちにグラバーがどのように動くかをテストしてもらいます。 「モチベーションを高めるディスカッション」セクションでは、シザー リンクが力の方向をどのように変えるか、またグラバーの構造をどのように改善できるかについて学生に考えさせるための質問が提供されます。 「遊び」セクションの 2 ページ目では、プロ仕様のシザーリフト内で使用されるシザー リンケージを紹介し、分析のためのもう 1 つの馴染みのあるコンテキストを提供します。
グループで作業する場合、次の生徒の役割を割り当てることができます。
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ビルド エキスパート: Grabber の構造を理解し、アクティビティ中のさまざまな時点でビルドの操作をデモンストレーションする責任を負います。
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レコーダー: チーム全体からのフィードバックをエンジニアリング ノートブックに文書化する責任を負います。
グループが 3 人より大きい場合は、複数の生徒が同じ役割の責任を分担できます。
チームベースのエンジニアリング ノートブックのルーブリックは、ここ (Google / .docx / .pdf) をクリックすると入手できます。コラボレーションのルーブリックは、ここをクリックして入手できます (Google / .docx / .pdf)。 個々のエンジニアリング ノートブックを採点するためのルーブリックについては、ここをクリックしてください (Google / .docx / .pdf)。
ステップ 1: グラバーを調べる
Grabber ビルドのステップ 2 では、ピンを使用して 2 つのビームを中央で結合してリンケージを作成しました。 これにより、シザーリンクが作成されました。 これは、ハサミの側面が中心点の周りをどのように移動するかを考えると簡単に覚えられるはずです。
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ビルドエキスパート: 下の 2 つの梁の端を両手で持ちます。 グラバーを閉じたり開いたりするには、両手を使って 1 本のハサミを使用するのと同じように、両手を離したり、再び近づけたりします。
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レコーダー: エンジニアリング ノートにスケッチを作成し、ビルド エキスパートの動きとグラバーの動きを比較して説明します。 各ビームの動きの方向を比較し、パターンを特定します。
ヒント: ピンがビームの動きにどのような影響を与えるかを見てください。
教師用ツールボックス ~ の回答
注意すべきパターンは、ビルド エキスパートがグラバーの端を近づけたり遠ざけたりするにつれて、ピンがピボット ポイントとして機能し、ビームがそれぞれ内側と外側に移動することです。
ステップ 2: グラバーの拡張を検討する
Grabber には 3 つのシザー リンケージがあります。 シザーリンクをさらに追加すると、グラバーをさらに持ち上げたり延長したりできるようになります。
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Build Expert: グラバーを半分だけ開くように置きます。 さらに 2 つのシザー リンケージをビルドに追加した場合、グラバーがどのくらい長くなるかを考えてみましょう。 下部の 2 つの梁の長さを見積もるために使用できます。
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Recorder: 拡張 Grabber ビルドがどのようになるかをスケッチします。 さらに 2 つのシザー リンケージを追加することが適切な設計計画ではない理由を説明してください。 ビルドにさらに 2 つのリンケージが追加された場合、Grabber の動作に何が変わる可能性がありますか?
教師用ツールボックス ~ の回答
さらに 2 つのシザー リンケージを追加すると、グラバーを制御するために必要な力が変わり、ビルドの安定性が低下します。 グラバーが長いほど、押し出したり引き込んだりするためにより多くの力が必要になります。 重量が増えると、ビーム、特にピンにかかるストレスも大きくなり、安定性が低下します。
ディスカッションの動機付け
Q: ユーザーがグラバーのハンドルの端を一緒に押すと、つかみ端は互いに近づきますか (ピンチ)、または遠ざかりますか (開きます)。
A: ユーザーがハンドルを互いに近づけると、つかみ端が互いに近づきます (つまむか掴む)。
Q: グラバーのハンドルを押したり引いたりすることで生じる力は常に同じ方向に動きますか、それとも方向が変わりますか? 方向が変わる場合、力はどこで方向を変えるのでしょうか?
A: グラバーのハンドルを押したり引いたりすることによって生成される力は、ビルド内のピボット ポイントまたはピン接続でそれぞれ数回方向が変わります。
Q: リンケージをさらに追加する場合、より剛性と安定性を高めるために構造を改善するにはどうすればよいですか?
A: 考えられる解決策の 1 つは、安定性を高めるために厚いビームを使用することです (1x4 ビームの代わりに 2x4 ビームを使用することが例です)。 考えられるもう 1 つの解決策は、長いピン (1x1 コネクタ ピンの代わりに 1x2 または 2x2) を使用することです。
学習の幅を広げる
この活動を拡張するには、単純なレバーがシザー リンケージのような 2 つのバーのリンケージの一例であることを生徒に説明します。 地面は、ジョイントまたは支点でレバーに接続された 1 つのリンクと見なされます。 シザースリンケージには、支点による関節ではなく、ピンによる支点が存在します。
生徒たちに、より複雑な連携を調べさせ、その設計/詳細をエンジニアリング ノートに記録させます。
より複雑なリンクの例をいくつか示します。
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バイナリリンク
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ターナリリンク
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クォータナリリンク
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ペンタナリーリンク