Achtergrond

De VEX GO Intro to Building Unit maakt u en uw leerlingen vertrouwd met de VEX GO Kit. Studenten gaan aan de slag met de voorbereidingen voor een wetenschappelijke reis om Mars te verkennen! Ze gaan experimenteren met VEX GO-onderdelen en onderzoeken hoe deze functioneren in een STEM-'bouwwerk' om ruimtelijk inzicht en fundamentele bouwvaardigheden te ontwikkelen.

Onderdelen in de VEX GO Kit

Kinderen zijn gefascineerd door het bouwen en uit elkaar halen van dingen. VEX GO-bouwwerken zijn door studenten gemaakte, creatieve, fysieke constructies voor STEM-onderzoeken. Studenten maken kennis met de onderdelen van de VEX GO Kit tijdens de Intro to Building Unit.

VEX GO-onderdelenposter met diverse onderdelen die essentieel zijn voor het bouwen van GO-apparaten, waaronder balken, platen, assen en unieke onderdelen. Deze zijn geordend op functie, zodat u beter inzicht krijgt in de mechanismen die worden gebruikt om echte problemen op te lossen. — VEX GO-kitstukken

Op de VEX GO Kit-poster staan de belangrijkste onderdelencategorieën vermeld: pennen, afstandhouders, assen, tandwielen, katrollen, schijven, connectoren, wielen, balken, hoekbalken, grote balken, platen en elektronica. Op de poster worden ook de Pin Tool en de andere onderdelen van de set genoemd.

Begrip

Hieronder staan de basisprincipes voor het bouwen, die voor bijna alles wat met VEX te maken heeft gelden, en ook voor de echte wereld.

Oriëntatie

Probeer zelf, en vraag ook aan uw leerlingen, om een stuk te vinden dat op de poster staat afgebeeld en leg het op dezelfde manier in uw hand als in de afbeelding. Als je dit leert tijdens het bouwen, weet je zeker dat de onderdelen op de juiste plek op hun plaats komen. Bovendien verbetert het je ruimtelijk inzicht bij toekomstige bouwwerken. Het visualiseren van een onderdeel in een ‘glazen doos’ is een enorm concept in de techniek, omdat het afhangt van het beeld dat je in gedachten creëert. De VEX-bouwinstructies zijn gemaakt met deze aanzichten in gedachten. Daag uzelf dus uit en draai het onderdeel in uw hand opnieuw om het beste, optimale uitzicht te krijgen bij het maken van uw robot.

Onderdeelcategorieën

VEX Robotics gebruikt vier hoofdcategorieën onderdelen. U begint in het STEM Lab met behulp van begeleide instructies om uw ruimtelijk inzicht te vergemakkelijken. Daarna gaat u zelf aan de slag met bouwen, of met bouwen zonder begeleide instructies om zo aan uw behoeften te voldoen. Het enige wat u op dit punt moet onthouden, is dat elke constructie die u zich kunt voorstellen absoluut mogelijk is, aangezien deze simpelweg bestaat uit een bepaalde volgorde van deze categorieën. Probeer deze volgorde in de toekomst eens te veranderen, dan bent u nu net zo vrij aan het bouwen als de professionals!

Elektronica: geef uw robot leven en intelligentie.
Structurele componenten: worden gebruikt om onderdelen aan elkaar te bevestigen en de algehele vorm van het gebouw te behouden
Bevestigingsmiddelen: worden gebruikt om constructieonderdelen met elkaar te verbinden.
Bewegingscomponenten: voorzie uw robot van beweging en extra mogelijkheden.

Kunt u met uw leerlingen bepalen welke onderdelen bij welke categorie horen?

Gebouw

Bouwen met VEX GO is ontworpen met eenvoud in gedachten. De verbindingsstukken kun je vergelijken met het aansluiten van je telefoon op een oplader. Je hoeft geen buitensporige hoeveelheid druk uit te oefenen, maar je kunt de druk niet zomaar op een ander lichaamsdeel laten rusten. Probeer het zelf! Gebruik een pin en bevestig deze aan een willekeurige balk. U moet een duidelijke klik kunnen voelen of horen wanneer het onderdeel volledig is ingebracht. Als onderdelen niet goed op elkaar worden aangesloten, kan dit in de toekomst tot structurele storingen leiden. Dit proberen ingenieurs te voorkomen.

Pinnen en afstandhouders

Omdat pennen en afstandhouders andere onderdelen met elkaar verbinden, kan het voorkomen dat leerlingen de functies ervan verwarren. Afstandhouders verbinden twee stukken met elkaar, maar laten ruimte tussen de stukken. Elk type afstandhouder heeft een andere breedte van de opening die ontstaat door het gebruik ervan.

Pinnen verbinden twee of meer stukken zodat ze gelijk met elkaar liggen. De rode pin kan aan elke kant met één stuk worden verbonden. Daarentegen kan de Green Pin aan de ene kant één stuk verbinden en aan de andere kant twee stukken.

Pen die wordt gebruikt om twee dicht bij elkaar liggende stukken met elkaar te verbinden. — pinnen

Afstandsstuk dat gebruikt wordt om twee stukken met een ruimte ertussen aan elkaar te verbinden. — Standoff

Diagram van een niet-aangedreven supercar waarop de bovenste oranje afstandhouder en de ruimte die hierdoor ontstaat tussen twee structurele ondersteuningsstukken zijn gemarkeerd.

Het voordeel van het gebruik van een afstandhouder ten opzichte van een pen hangt volledig af van de situatie. In de eerste afbeelding links biedt de gemarkeerde afstandhouder in deze situatie een veel grotere structurele integriteit dan een pin.

Rode pinnen worden gebruikt om twee stukken dicht bij elkaar te bevestigen in de Unpowered Supercar Build.

Hier is een voorbeeld waarbij de rode pinnen beter werken dan afstandhouders. Wordt gebruikt om een balk stevig, zonder ruimte ertussen, aan een andere balk te bevestigen.

Één groene pin uit de VEX GO Kit die wordt gebruikt om meerdere onderdelen dicht bij elkaar te verbinden.

Hier ziet u een voorbeeld van een groene pin die drie balken aan elkaar bevestigt. Deze bouwtechniek kan worden gebruikt als er weinig ruimte is.

Connectoren

Pennen en afstandhouders zorgen voor verbindingen tussen onderdelen die parallel aan elkaar liggen. Connectoren maken echter verbindingen in een hoek van 90 graden, dus haaks op de kabel. De groene connector en de oranje connector maken zowel haakse als parallelle verbindingen mogelijk.

Verbindingsstuk, een klein, rechthoekig onderdeel dat wordt gebruikt om haakse verbindingen tussen balken in STEM-bouwprojecten te maken. — Connectoren

Diagram van een supercar waarbij het voorste verbindingsstuk is gemarkeerd om te illustreren hoe het kan worden gebruikt in STEM-bouwprojecten.

Hier ziet u een voorbeeld van een gebruikte connector, aangegeven in rood. Met deze verbindingsstuk worden twee balken aan elkaar bevestigd. Connectoren zijn ontzettend belangrijk als je verschillende assen wilt inbouwen.

Balken en platen

Balken en platen vormen de structurele basis van de meeste bouwwerken. Dit zijn platte stukken met verschillende breedtes en lengtes. De breedte en lengte van een balk of plaat kunnen worden gemeten aan de hand van het aantal gaten in het stuk. Studenten komen er tijdens het bouwen achter dat balken (met één gat in de breedte) niet zo stabiel zijn als grote balken (met twee gaten in de breedte) of platen (met drie of meer gaten in de breedte).

Tandwielen en wielen

Studenten leren tijdens de module ook hoe ze verschillende soorten tandwielen en wielen kunnen gebruiken. Tandwielen worden gebruikt om kracht van de ene positie naar de andere over te brengen. Dit kan worden gedaan door tandwielen van dezelfde grootte te gebruiken om dezelfde kracht over te brengen, of door tandwielen van verschillende groottes te gebruiken om een snelheids- of vermogensvoordeel te creëren wanneer de kracht wordt overgebracht. Met de roze pen kunt u tandwielen aan balken of platen bevestigen, terwijl het tandwiel nog steeds vrij kan draaien.

Optie 1 van het bouwen van een gemotoriseerde superauto, met een groot tandwiel dat op zijn plaats wordt gezet om vervolgens een klein tandwiel te laten draaien dat een wiel aandrijft.

Optie 2 van het bouwen van een gemotoriseerde superauto, met een groen tandwiel dat op zijn plaats wordt gezet en vervolgens een ander groen tandwiel laat draaien dat een wiel aandrijft.

Optie 1 van het bouwen van een gemotoriseerde superauto, met een klein tandwiel dat op zijn plaats wordt gezet om vervolgens een groot tandwiel te laten draaien dat een wiel aandrijft.

Er zijn drie voorbeelden te zien van het gebruik van tandwielen bij de bouw van een gemotoriseerde superauto. In het bijbehorende STEM-lab leren leerlingen welk verschil de grootte van tandwielen kan maken.

Pin-tool

Terwijl leerlingen vertrouwd raken met de VEX GO Kit, zullen ze onvermijdelijk hulp nodig hebben bij het uit elkaar halen van de onderdelen. Met de Pin Tool kunnen leerlingen stukken uit elkaar halen met behulp van drie verschillende functies: de Puller, de Lever en de Pusher. De Puller is het meest geschikt voor het verwijderen van pennen waarvan één uiteinde vrij is.

Om de Puller te gebruiken, steekt u de pin in de gleuf bij de neus, knijpt u in de Pin Tool en trekt u deze terug. De pen moet gemakkelijk uit het gat te verwijderen zijn. Als een pen niet gedeeltelijk is blootgelegd, kan de Pusher worden gebruikt om een deel van de pen vrij te duwen. De hendel is het meest geschikt als u twee balken of platen wilt loskoppelen die gelijk met elkaar liggen. De hendel kan tussen de twee delen worden geplaatst en gebruikt om de verbonden delen van elkaar te scheiden. Bekijk de onderstaande video voor een voorbeeld van elk gebruik van de pintool.

Missie naar Mars

Hoe verzamelen wetenschappers en ingenieurs informatie van plekken in het zonnestelsel die ver weg en moeilijk bereikbaar zijn?

Het zou ondenkbaar zijn om mensen naar de maan of Mars te sturen zonder de technologie die nodig is om te reizen, onderzoek te doen en leven in de ruimte in stand te houden. De ruimte en het oppervlak van Mars zijn barre omstandigheden voor mensen. Ingenieurs moeten de instrumenten ontwerpen en bouwen die astronauten beschermen en wetenschappelijk onderzoek in de extreme atmosfeer van Mars mogelijk maken.

Het oppervlak van Mars met een Marsrover in de buurt. Bandenprofielen in het zand geven aan waar de auto heeft gereden. — Het oppervlak van Mars

Leuke weetjes over Mars waar je rekening mee moet houden bij het ontwerpen voor de Intro to Building Unit:

Het oppervlak van Mars is erg koud en droog. Op de meeste plaatsen is het zelfs te koud of te droog voor de groei en voortplanting van aardse organismen.
De gemiddelde temperaturen op Mars liggen ruim onder de -60°C (-83°F).
Er is sprake van veel zonnestraling, die schade kan toebrengen aan lichaamsweefsel.
Er is weinig tot geen sfeer.
Er zijn geen voedsel- of waterbronnen.

Huidige initiatieven

Huidige Mars-initiatieven zijn onder meer NASA's Mars 2020 en NASA's Moon to Mars-programma. NASA's Mars 2020-missie is momenteel bezig met de planning van een langetermijnproject voor robotische verkenning van het oppervlak en de atmosfeer van Mars. De Mars 2020-rovermissie is gericht op wetenschappelijke doelen met hoge prioriteit voor de exploratie van Mars, waaronder de mogelijkheid van leven op Mars. De missie biedt ook mogelijkheden om kennis te vergaren en technologieën te demonstreren die het hoofd bieden aan de uitdagingen van toekomstige menselijke expedities naar Mars. Het Moon to Mars-programma van NASA onderzoekt de menselijke expansie door het zonnestelsel met behulp van commerciële en internationale partners.

Elke dag vinden er spannende, nieuwe doorbraken plaats op het gebied van ruimtevaartinitiatieven. Leraren en studenten kunnen op de hoogte blijven via NASA's Teachable Moments-blog. Teachable Moments is een interactieve bron met interviews met astronauten, actuele video's en foto's en STEM-uitdagingen die leuk zijn voor zowel volwassenen als kinderen.

Stabiliteit & Balans

Stabiliteit

In Lab 3 krijgen leerlingen de opdracht om een lanceerplatform te bouwen dat stabiel en in evenwicht is. Een stabiele constructie is een constructie die niet omvalt, verschuift of instort als er externe krachten op inwerken, zoals duwen of trekken. Stabiliteit is de weerstand van een constructie tegen ongewenste bewegingen, zoals schuiven, kantelen of instorten. De vorm en de gebruikte materialen bepalen de weerstand tegen deze krachten en beïnvloeden de stabiliteit. Meestal zijn constructies met een brede basis stabieler.

Evenwicht

Ingenieurs zijn geïnteresseerd in hoe objecten in evenwicht blijven, zodat ze veilige constructies kunnen bouwen (auditoria, reuzenraden en lanceerplatforms). Een gebalanceerde constructie heeft een sterk zwaartepunt en beweegt niet gemakkelijk. Het is zo ontworpen en gebouwd dat het de krachten die erop inwerken, zoals de zwaartekracht, in evenwicht houdt. Evenwicht is vooral belangrijk in gevallen waarin een constructie te maken kan krijgen met zware lasten of onvoorspelbare natuurverschijnselen, zoals bij ruimtereizen.

Het technisch ontwerpproces

Studenten gebruiken het Engineering Design Process (EDP) om een ruimteschip en een Marsbasis ontwerpen en te bouwen. Het EDP is een reeks stappen die ingenieurs doorlopen om oplossingen voor problemen te bedenken. Vaak bestaat de oplossing uit het ontwerpen van een product dat aan bepaalde criteria voldoet of een bepaalde taak volbrengt.

Next Generation Science Standards verdeelt het EDP in de volgende stappen: DEFINIËREN → OPLOSSINGEN ONTWIKKELEN → OPTIMALISEREN.

Het definiëren van technische problemen houdt in dat het op te lossen probleem zo duidelijk mogelijk wordt geformuleerd in termen van criteria voor succes en beperkingen of limieten.
Het ontwerpen van oplossingen voor technische problemen begint met het genereren van een aantal verschillende mogelijke oplossingen. Vervolgens worden potentiële oplossingen geëvalueerd om te zien welke het beste voldoen aan de criteria en beperkingen van het probleem.
Het optimaliseren van de ontwerpoplossing omvat een proces waarbij oplossingen systematisch worden getest en verfijnd en waarbij het uiteindelijke ontwerp wordt verbeterd door minder belangrijke kenmerken in te ruilen voor kenmerken die belangrijker zijn.

Een diagram van het technisch ontwerpproces, met een pictogram dat elke stap van het proces voorstelt en pijlen die aangeven dat het een herhalende cyclus is. Definieer eerst de oplossingen, ontwikkel ze en optimaliseer ze voordat u ze herhaalt.

Het EDP is cyclisch of iteratief van aard. Het is een proces van het maken, testen, analyseren en verfijnen van een product of proces. Op basis van de testresultaten worden nieuwe iteraties gemaakt. Deze worden voortdurend aangepast totdat het ontwerpteam tevreden is met de resultaten.

In deze eenheid gebruiken leerlingen het EDP om een Marsbasis te bedenken, plannen en bouwen. Na een eerste bouwproces testen en verbeteren de groepen hun basisontwerp om te voldoen aan de ontwerpcriteria en -beperkingen.

< Terug Terug naar Labs Volgende >