배경

디자이너와 엔지니어는 매일 문제를 해결하는 솔루션을 만들어냅니다. 이 단원에서 학생들은 엔지니어링 설계 과정을 사용하여 실험 1에서 진자를 제작, 테스트 및 수정합니다. 랩 2에서 학생들은 엔지니어링 설계 프로세스를 사용하여 Pendulum Kerplunk 게임의 요소를 테스트하고 수정합니다.

엔지니어링 설계 프로세스(EDP)란 무엇인가요?

학생들은 과제를 해결하기 위해 진자 제작을 수정하면서 엔지니어링 설계 프로세스(EDP)를 활용합니다. EDP는 엔지니어가 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 따르는 일련의 단계입니다. 종종 해결책에는 특정 기준을 충족하거나 특정 작업을 완수하는 제품을 설계하는 것이 포함됩니다.

EDP는 다음 단계로 나눌 수 있습니다. 정의 → 솔루션 개발 → 최적화.

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

EDP의 3단계를 나타내는 아이콘을 삼각형 모양으로 배치한 다이어그램입니다. 맨 위에는 물음표가 있는 겹쳐진 말풍선이 정의를 나타내고, 오른쪽 아래에는 연필이 쓰여진 목록이 개발 솔루션을 나타내고, 왼쪽 아래에는 돋보기가 최적화를 나타냅니다. 세 개의 아이콘을 연결하는 화살표는 단계 간 이동을 나타냅니다. — 정의, 설계 및 테스트

EDP는 순환적이거나 반복적 의 특성을 가지고 있습니다. 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 진자 구조를 수정하고, 수정 사항이 진자 성능에 어떤 영향을 미치는지 테스트합니다. 그런 다음 반복적 디자인 프로세스를 사용하여 자신만의 Pendulum Kerplunk 게임을 디자인합니다.

진자란 무엇인가?

진자는 팔에 달린 물체입니다. 팔은 피벗에 연결되어 있는데, 피벗은 스윙을 위한 지점입니다. 물체는 중력 때문에 자연스럽게 아래로 매달려 있지만, 한쪽으로 밀면 좌우로 흔들립니다(진동합니다). 진자의 진동수는 중력과 마찰로 인해 진자가 멈출 때까지 일정하게 유지됩니다. 아래 애니메이션을 시청하여 진자가 어떻게 움직이는지 살펴보세요.

진자는 역사적으로 시간 측정, 중력 측정, 심지어 지진을 측정하는 초기 지진계로도 사용되어 왔습니다. 이 단원에서는 진자 빌드를 기반으로 학생들이 진자 커플렁크 게임을 만들면서 실험합니다. 학생들은 자신만의 규칙과 목표를 만들면서 진자 커플렁크 게임을 수정하도록 요청받을 것입니다.

VEX GO 키트의 구성품

아이들은 물건을 만들고 분해하는 것을 좋아합니다. VEX GO 빌드는 STEM 연구를 위해 학생들이 만든 창의적이고 물리적인 구조물입니다. 학생들은 Pendulum Kerplunk 게임 단원에서 VEX GO 키트의 구성품을 소개합니다.

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.

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.

두 개의 회색 빔을 핀과 스탠드오프로 연결하는 것을 나란히 비교한 그림입니다. 왼쪽에는 두 개의 회색 빔이 두 개의 빨간색 핀으로 연결되어 빔이 서로 닿아 평평하게 연결됩니다. 오른쪽에는 두 개의 주황색 스탠드오프가 두 개의 회색 빔을 연결하는 데 사용되어 빔 사이에 공간이 남습니다. — 핀 및 스탠드오프

커넥터

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

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 건물을 짓기 시작하면서 보(구멍 1개 너비)는 큰 보(구멍 2개 너비)나 판(구멍 3개 이상 너비)만큼 안정적이지 않다는 것을 배우게 됩니다.

4개의 각도 빔을 포함하여 여러 개의 고유한 빔이 있습니다. 이러한 빔은 45도 또는 90도 각도를 생성합니다. 다른 독특한 빔으로는 샤프트에 맞는 구멍이 하나 있고 빔을 회전시킬 수 있으며, 표준 연결을 위한 추가 구멍이 있는 Blue Thin Beam이 있습니다. 핑크 슬롯 빔은 빌드에서 고무줄이나 로프를 고정하는 데 사용할 수 있습니다.

VEX GO 부품 포스터의 빔과 플레이트 이미지는 크기 방향과 색상 및 모양의 다양성을 보여줍니다. — 보와 판

독특한 조각들

스페이서는 부품 사이에 공간을 추가하거나 샤프트의 칼라로 사용할 수 있습니다. 스페이서는 특히 조립 과정에서 부품이 자유롭게 움직일 수 있는 공간을 만드는 데 유용합니다.

고무줄은 VEX GO 빌드에서 다양한 용도로 사용되는 늘어나는 밴드로, 전력을 생성하거나 풀리를 연결하는 데 사용됩니다. 고무줄을 여러 길이로 늘리면 구조물에 다양한 양의 잠재 에너지가 발생하고, 이 잠재 에너지는 구조물의 일부에 동력을 공급하는 운동 에너지로 변환될 수 있습니다.

긴 로프와 짧은 로프는 VEX GO 빌드에서 다양한 용도로 활용할 수 있는 다목적 부품입니다. 특히, 부품을 부착하거나 빌드 내에서 에너지 전달을 용이하게 하는 데 사용할 수 있습니다.

GO 키트의 검은색과 흰색 로프가 표시됩니다. 검은색 밧줄은 위쪽에 있고 아래쪽의 흰색 밧줄보다 짧습니다. 오른쪽에는 회색 스페이서가 있습니다. — 로프 및 스페이서

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 밀어서 빼낼 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 애니메이션을 시청하여 핀 도구를 사용하는 방법을 알아보세요.

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