Achtergrond

Ontwerpers en ingenieurs creëren oplossingen voor problemen die elke dag optreden. In deze eenheid gebruiken studenten het Engineering Design-proces om de Pendulum uit Lab 1 te bouwen, testen en aanpassen. In Lab 2 gebruiken studenten het Engineering Design Process om elementen van hun Pendulum Kerplunk-spel te testen en aan te passen.

Wat is het Engineering Design Proces (EDP)?

Studenten maken gebruik van het Engineering Design Process (EDP) terwijl ze hun Pendulum-ontwerpen aanpassen om uitdagingen op te lossen. 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.

Het EDP kan worden onderverdeeld 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.

Diagram met pictogrammen die de drie fasen van het EDP voorstellen, weergegeven in een driehoek. Bovenaan staan overlappende tekstballonnen met vraagtekens voor Define. Rechtsonder schrijft een potlood een lijst voor Develop Solutions en linksonder staat een vergrootglas voor Optimize. Er zijn pijlen die de drie pictogrammen verbinden en de beweging tussen de fasen aangeven. — Definiëren, ontwerpen en testen

De 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 studenten het EDP om de Pendulum-constructie aan te passen en te testen hoe hun aanpassingen de prestaties van de Pendulum beïnvloeden. Vervolgens gebruiken ze het iteratieve ontwerpproces om hun eigen Pendulum Kerplunk-spel te ontwerpen.

Wat is een slinger?

Een slinger is een voorwerp aan een arm. De arm is bevestigd aan een scharnierpunt, waaraan gezwaaid kan worden. Het voorwerp zal door de zwaartekracht op natuurlijke wijze naar beneden hangen, maar als het naar één kant wordt geduwd, zal het van de ene kant naar de andere kant zwaaien (oscilleren). De frequentie van een slingerende slinger blijft constant totdat de zwaartekracht en wrijving de slinger stoppen. Bekijk de onderstaande animatie om te zien hoe de slinger beweegt.

Slingers werden historisch gezien gebruikt voor tijdmeting, zwaartekrachtmeting en zelfs als seismografen om aardbevingen te meten. In deze unit gebruiken leerlingen de Pendulum-bouwsteen als basis om mee te experimenteren terwijl ze het Pendulum Kerplunk-spel bouwen. Studenten krijgen de opdracht om het Pendulum Kerplunk-spel aan te passen en hun eigen regels en doelstellingen te creëren.

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. In de Pendulum Kerplunk Game Unit maken leerlingen kennis met de onderdelen van de VEX GO Kit.

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.

VEX GO Kit-onderdelen — VEX GO Kit-stukken

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.

Een vergelijking van het verbinden van twee grijze balken met pennen versus afstandhouders. Links zijn twee grijze balken met twee rode pinnen verbonden, waardoor de balken elkaar raken en plat op elkaar aansluiten. Rechts worden twee oranje afstandhouders gebruikt om de twee grijze balken met elkaar te verbinden, waarbij er ruimte tussen de balken overblijft. — Pinnen en afstandhouders

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.

Er zijn twee grijze balken afgebeeld die in een hoek van 90 graden met elkaar zijn verbonden, loodrecht op elkaar. Aan het uiteinde van de balk op de grond is een blauwe connector bevestigd en de tweede balk is verticaal met twee rode pinnen verbonden om de hoek te creëren. — Voorbeeld van een connector

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 1 gat breed) niet zo stabiel zijn als grote balken (met 2 gaten breed) of platen (met 3 of meer gaten breed).

Er zijn verschillende unieke balken, waaronder vier hoekbalken. Deze balken creëren hoeken van 45 of 90 graden. Andere unieke balken zijn onder meer de Blue Thin Beam. Deze heeft één gat waar een as in past en waardoor de balk kan draaien, en extra gaten voor standaardverbindingen. De roze sleufbalk kan worden gebruikt om het elastiek of touwen in een bouwwerk vast te zetten.

De afbeelding van balken en platen van de VEX GO Parts-poster toont de maatvoering, de verschillende kleuren en vormen. — Balken en platen

Unieke stukken

Afstandhouders kunnen worden gebruikt om ruimte tussen onderdelen te creëren of als kraag voor een as. Afstandhouders zijn vooral handig als u ruimte wilt maken voor een onderdeel dat vrij kan bewegen tijdens een bouwproject.

De Rubber Band is een rekbare band die op verschillende manieren wordt gebruikt bij VEX GO-constructies, bijvoorbeeld om kracht op te wekken of om katrollen aan elkaar te koppelen. Door het elastiek tot verschillende lengtes uit te rekken, krijgt het bouwwerk verschillende hoeveelheden potentiële energie. Deze energie kan worden omgezet in kinetische energie om een deel van het bouwwerk van stroom te voorzien.

Het Lange Touw en het Korte Touw zijn multifunctionele onderdelen die op veel verschillende manieren gebruikt kunnen worden bij VEX GO-constructies. Ze kunnen met name worden gebruikt om onderdelen aan elkaar te bevestigen of om de overdracht van energie binnen een bouwwerk te vergemakkelijken.

De zwart-witte touwen uit de GO Kit zijn afgebeeld. Het zwarte touw bevindt zich bovenaan en is korter dan het witte touw onderaan. Rechts is een grijze spacer te zien. — Touw en afstandhouder

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 animatie om te zien hoe u de Pin Tool gebruikt.

< Terug Terug naar Labs Volgende >