배경

VEX GO 건축 소개 단원에서는 귀하와 학생들이 VEX GO 키트를 익히는 데 도움이 됩니다. 학생들은 화성을 탐험하는 과학 여행을 준비하게 될 것입니다! 학생들은 VEX GO 조각을 실험하고 STEM "빌드"에서 어떻게 기능하는지 탐색하여 공간 추론 능력과 기본적인 조립 기술을 습득합니다.

VEX GO 키트의 구성품

아이들은 물건을 만들고 분해하는 것을 좋아합니다. VEX GO 빌드는 STEM 연구를 위해 학생들이 만든 창의적이고 물리적인 구조물입니다. 학생들은 건축 소개 단원에서 VEX GO 키트의 각 구성품을 소개받게 됩니다.

VEX GO 키트 포스터에는 핀, 스탠드오프, 샤프트, 기어, 풀리, 디스크, 커넥터, 휠, 빔, 앵글 빔, 대형 빔, 플레이트, 전자 장치 등 주요 부품 범주가 나열되어 있습니다. 포스터에는 핀 도구와 키트에 포함된 다른 부품도 소개되어 있습니다.

이해

VEX와 관련된 거의 모든 것과 현실 세계에서 적용되는 기본적인 건축 원칙은 다음과 같습니다.

정위

포스터에 나온 작품을 직접 찾아보고, 학생들에게도 물어보세요. 그리고 포스터에 나온 작품과 같은 방향으로 손에 쥐고 보세요. 조립하면서 이런 방법을 배우면 조각들이 올바른 위치에 연결되는지 확인할 수 있고, 나중에 조립할 때 공간적 추론 능력도 향상됩니다. "유리 상자"에 있는 부품을 시각화할 수 있다는 것은 엔지니어링에서 매우 중요한 개념입니다. 왜냐하면 그것은 여러분의 마음 속에 만들어지는 이미지에 달려 있기 때문입니다. VEX 빌드 설명서는 이러한 관점을 염두에 두고 작성되었으므로, 로봇을 만들 때 최적의 관점을 보려면 손에 든 부품을 다시 배치하여 도전해 보세요.

부품 카테고리

VEX Robotics는 4가지 주요 범주의 부품을 사용합니다. STEM 랩에서 시작하여, 자유 건축이나 가이드 지침 없이 필요에 맞게 건축하기 전에 공간적 추론을 돕기 위해 가이드 지침이 사용됩니다. 이 시점에서 기억해야 할 것은 여러분이 상상할 수 있는 모든 빌드가 절대적으로 가능하다는 것입니다. 이는 단순히 이러한 카테고리의 특정 순서로 구성되어 있기 때문입니다. 나중에 이 순서를 바꿔보세요. 그러면 당신도 전문가처럼 자유롭게 건축할 수 있을 거예요!

• 전자 장치: 로봇에 생명과 지능을 제공합니다.
• 구조적 구성 요소: 부품을 함께 고정하고 빌드의 전체 모양을 포함하는 데 사용됩니다.
• 패스너: 구조적 구성 요소를 연결하는 데 사용됩니다.
• 모션 구성 요소: 로봇에 모션과 추가 기능을 제공합니다.

당신과 학생들은 각 범주에 속하는 부분이 무엇인지 판단할 수 있나요?

건물

VEX GO를 사용한 빌딩은 단순성을 염두에 두고 설계되었습니다. 부품을 연결하는 것은 휴대폰을 충전기에 연결하는 것과 같다고 생각하면 됩니다. 엄청난 양의 압력을 가할 필요는 없지만, 마음대로 다른 부분에 올려놓을 수도 없습니다. 직접 시도해 보세요! 핀을 사용하여 모든 들보에 연결하세요. 부품이 완전히 삽입되면 뚜렷한 클릭 소리가 들리거나 느껴져야 합니다. 조각들을 완전히 연결하지 않으면 나중에 구조적 고장이 발생할 수 있는데, 엔지니어들은 이를 피하려고 노력합니다.

핀과 스탠드오프

핀과 스탠드오프는 다른 조각들을 연결하기 때문에 학생들은 그 용도를 혼동할 수 있습니다. 스탠드오프는 두 조각을 연결하지만 그 사이에 공간을 남겨둡니다. 각 종류의 스탠드오프는 사용에 따라 생성되는 너비 간격이 다릅니다.

핀은 두 개 이상의 조각을 서로 맞닿게 연결합니다. 빨간 핀은 양쪽에 하나씩 연결할 수 있습니다. 이와 대조적으로 그린핀은 한쪽에는 말 한 개를 연결할 수 있고, 반대쪽에는 말 두 개를 연결할 수 있습니다.

	스탠드오프와 핀의 장점은 전적으로 상황에 따라 달라집니다. 왼쪽의 첫 번째 이미지에서 강조된 스탠드오프는 이 상황에서 핀보다 훨씬 더 큰 구조적 무결성을 제공합니다.
	스탠드오프보다 빨간 핀이 더 잘 작동하는 예는 다음과 같습니다. 다른 보 사이에 공간 없이 보를 안전하게 고정하는 데 사용됩니다.
	세 개의 들보를 함께 고정하는 녹색 핀의 예는 다음과 같습니다. 이 빌드 기술은 공간이 부족할 때 활용될 수 있습니다.

커넥터

핀과 스탠드오프는 서로 평행한 조각들 사이에 연결을 만듭니다. 하지만 커넥터는 90도 직각으로 연결을 만듭니다. 녹색 커넥터와 주황색 커넥터는 직각 연결은 물론 병렬 연결도 가능합니다.

빨간색으로 표시된 부분이 커넥터를 활용한 예입니다. 이 커넥터는 두 개의 빔을 함께 고정합니다. 다양한 축으로 제작하려고 할 때 커넥터는 매우 중요합니다.

보와 판

대부분의 건축물의 구조적 기초를 만드는 데 보와 판이 사용됩니다. 이것은 너비와 길이가 다양한 평평한 조각입니다. 보나 판의 너비와 길이는 해당 조각에 있는 구멍의 수로 측정할 수 있습니다. 학생들은 건축을 시작하면서 보(구멍 1개 너비)는 큰 보(구멍 2개 너비)나 판(구멍 3개 이상 너비)만큼 안정적이지 않다는 것을 배우게 됩니다.

기어와 바퀴

학생들은 또한 이 단원을 통해 기어와 바퀴를 조합하여 사용하는 법을 배웁니다. 기어는 힘을 한 위치에서 다른 위치로 전달하는 데 사용됩니다. 동일한 힘을 전달하기 위해 동일한 크기의 기어를 사용하거나, 힘이 전달될 때 속도나 출력의 이점을 만들기 위해 다양한 크기의 기어를 사용할 수 있습니다. 핑크핀은 기어가 자유롭게 회전할 수 있도록 하면서 기어를 빔이나 플레이트에 연결하는 데 사용할 수 있습니다.

모터화된 슈퍼카를 만드는 데에는 기어가 사용된 세 가지 예를 볼 수 있습니다. 학생들은 STEM 랩에서 장비 크기에 따라 어떤 차이가 생기는지 배웁니다.

핀 도구

학생들이 VEX GO 키트에 익숙해지는 동안, 필연적으로 조각을 분리하는 데 도움이 필요할 것입니다. 핀 도구는 풀러, 레버, 푸셔의 세 가지 기능을 통해 학생들이 조각을 분리하는 데 도움을 줍니다. 풀러는 한쪽 끝이 비어 있는 핀을 제거하는 데 가장 적합합니다.

풀러를 사용하려면 핀을 코 부분의 슬롯에 삽입하고 핀 도구를 꽉 쥐고 뒤로 당깁니다. 핀은 구멍에서 쉽게 제거될 것입니다. 핀이 부분적으로 노출되지 않은 경우 푸셔를 사용하여 핀의 일부를 밀어낼 수 있습니다. 레버는 서로 맞닿아 있는 두 개의 보나 판을 분리할 때 가장 적합합니다. 레버는 두 조각 사이에 삽입하여 연결된 조각을 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 아래 영상을 시청하여 핀 도구의 각 사용 예를 살펴보세요.

화성 탐사

과학자와 엔지니어는 태양계에서 멀리 떨어져 있고 접근하기 어려운 곳에서 어떻게 정보를 수집할까요?

우주를 여행하고, 연구하고, 생명을 유지하는 데 필요한 기술이 없다면 인간을 달이나 화성에 보내는 것은 상상도 할 수 없을 것입니다. 우주와 화성 표면은 인간에게 가혹한 환경이다. 엔지니어는 우주인을 보호하고 화성의 혹독한 대기 속에서 과학적 탐구를 촉진하는 도구를 설계하고 제작해야 합니다.

건축 입문 단원을 설계할 때 고려해야 할 화성에 대한 재미있는 사실:

• 화성의 표면은 매우 차갑고 건조합니다. 대부분 지역은 지구 생물이 자라고 번식하기에는 너무 차갑거나 건조합니다.
• 화성의 평균 기온은 -60°C(-83°F)보다 훨씬 낮습니다.
• 신체 조직을 손상시킬 수 있는 높은 수준의 태양 복사선이 있습니다.
• 대기가 거의 없거나 전혀 없습니다.
• 음식이나 물을 구할 수 있는 곳이 없습니다.

현재 이니셔티브

현재 진행 중인 화성 탐사 계획에는 NASA의 Mars 2020과 NASA의 Moon to Mars 프로그램이 있습니다. NASA의 2020년 화성 탐사선은 현재 화성 표면과 대기를 로봇으로 탐사하는 장기 프로젝트를 계획하고 있습니다. 2020년 화성 탐사 로버 임무는 화성에서의 생명체 존재 가능성을 포함하여 화성 탐사에 대한 최우선 과학 목표를 다룹니다. 또한 이 임무는 미래의 유인 화성 탐사에 따른 과제를 해결하는 기술을 시연하고 지식을 수집할 수 있는 기회를 제공합니다. NASA의 달에서 화성으로의 이주 프로그램은 상업적, 국제적 파트너를 통해 태양계를 통한 인간의 확장을 탐구합니다.

우주 개발 분야에서는 매일 흥미로운 새로운 혁신이 일어나고 있습니다. 교사와 학생들은 NASA의 Teachable Moments 블로그에서 최신 정보를 얻을 수 있습니다. Teachable Moments는 우주인 인터뷰, 최신 영상과 사진, STEM 과제 등을 담은 대화형 리소스로, 어른과 어린이 모두가 참여할 수 있습니다.

안정성 & 균형

안정

3번째 실험에서 학생들은 안정적이고 균형 잡힌 발사대를 만들어 보라는 과제를 받게 됩니다. 안정적인 구조란 밀거나 당기는 등 외부의 힘에 의해 작용해도 넘어지거나 미끄러지거나 무너지지 않는 구조를 말합니다. 안정성이란 미끄러짐, 넘어짐, 붕괴와 같은 바람직하지 않은 움직임에 대한 구조물의 저항력을 말합니다. 구조물의 모양과 재료는 이러한 힘에 대한 저항력을 결정하고 안정성에 영향을 미칩니다. 일반적으로 바닥이 넓은 구조물은 더 안정적입니다.

균형

엔지니어들은 물체 의 균형을 맞춰서 안전한 구조물(강당, 관람차, 발사대)을 건설하는 데 관심이 있습니다. 균형 잡힌 구조는 중심이 튼튼하여 쉽게 움직이지 않습니다. 중력과 같은 작용하는 힘을 균형 있게 조절할 수 있도록 설계되고 제작되었습니다. 구조물이 무거운 하중이나 우주 여행과 같은 예측할 수 없는 자연 현상의 영향을 받을 수 있는 경우 균형은 특히 중요합니다.

엔지니어링 설계 프로세스

학생들은 엔지니어링 설계 프로세스 (EDP)을 사용하여 우주선과 화성 기지를 설계하고 건설합니다. EDP는 엔지니어가 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 따르는 일련의 단계입니다. 종종 해결책에는 특정 기준을 충족하거나 특정 작업을 완수하는 제품을 설계하는 것이 포함됩니다.

차세대 과학 표준은 EDP를 다음 단계로 구분합니다. 정의 → 솔루션 개발 → 최적화.

• 엔지니어링 문제 정의 성공 기준, 제약 또는 한계를 고려하여 해결해야 할 문제를 가능한 한 명확하게 명시하는 것이 포함됩니다.
• 엔지니어링 문제에 대한 솔루션 설계는 여러 가지 가능한 솔루션을 생성하는 것으로 시작하며, 그런 다음 잠재적 솔루션을 평가하여 문제의 기준과 제약 조건을 가장 잘 충족하는 솔루션을 찾습니다.
• 설계 솔루션 최적화 에는 솔루션을 체계적으로 테스트하고 개선하는 프로세스가 포함되며, 덜 중요한 기능을 더 중요한 기능으로 전환하여 최종 설계를 개선합니다.

EDP는 본질적으로 순환적이거나 반복적입니다. 제품이나 공정을 만들고, 시험하고, 분석하고, 개선하는 과정입니다. 테스트 결과에 따라 새로운 반복 버전이 만들어지고, 디자인 팀이 결과에 만족할 때까지 계속 수정됩니다.

이 단원에서 학생들은 EDP를 사용하여 화성 기지를 구상하고, 계획하고, 건설합니다. 초기 구축 후, 그룹은 설계 기준과 제약 조건을 충족시키기 위해 기본 설계를 테스트하고 개선합니다.