Lý lịch

Trong Đơn vị này, học sinh sẽ sửa đổi bản dựng để giải quyết vấn đề và quan sát hiệu suất của bản dựng đó.

Có thể sửa đổi những gì trong bản dựng VEX GO?

Các kỹ sư áp dụng các nguyên tắc của khoa học và toán học để tìm ra giải pháp cho nhiều vấn đề khác nhau. Một cách để thực hiện điều này là cải tiến các thiết kế hiện tại để cải thiện hiệu suất bằng cách thay đổi các thành phần khác nhau của bản dựng. 

Có nhiều bộ phận mà học sinh có thể sửa đổi trên bản dựng VEX GO:

• Hệ thống cấu trúc- Các bộ phận này là “bộ xương” của robot mà tất cả các bộ phận khác được gắn vào. Hệ thống con này bao gồm tất cả các thành phần cấu trúc chính trong bộ VEX GO. Những bộ phận này (dầm, tấm, đầu nối, chốt chặn và chốt) có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau. Các bộ phận này kết nối với nhau để tạo thành khung của rô-bốt, thường được gọi là khung gầm.
  • Trọng tâm - Trọng tâm của công trình là nơi mà phần lớn trọng lượng dồn vào công trình. Một công trình cố định sẽ ổn định nhất khi trọng lượng được tập trung ở giữa, tuy nhiên đôi khi các kỹ sư sẽ điều chỉnh trọng tâm để thay đổi hiệu suất của công trình.
• Hệ thống chuyển động- Hệ thống chuyển động (bánh răng, ròng rọc, bánh xe, động cơ, dây thừng, núm, trục và vòng trục) kết hợp với các thành phần của Hệ thống cấu trúc trong hầu hết các bản dựng. Giống như cơ bám vào bộ xương trong cơ thể con người.  Hầu hết các bộ phận chuyển động VEX GO đều sử dụng lỗ vuông, vừa khít với trục VEX GO hình vuông.
  • Hệ thống truyền động- Mặc dù một số bản dựng thực hiện nhiệm vụ của mình mà không cần di chuyển, nhưng bản dựng thường cần phải di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác.  Học sinh thường sử dụng một số loại bộ phận có bánh xe gọi là hệ thống truyền động để tạo khả năng di chuyển cho mô hình.

• Ví dụ về các sửa đổi đối với Xe lò xo- Học sinh sẽ phát triển và thử nghiệm các sửa đổi đối với Xe lò xo trong phòng thí nghiệm. Đảm bảo bạn có đủ không gian để thử nghiệm; hãy sử dụng hành lang dài hoặc khu vực sàn tập thể dục.

  Sau đây là một số ví dụ về những thay đổi mà sinh viên có thể thử và kết quả điển hình:

  • Xe lò xo có dây chun gấp đôi các chốt.

    •  Bộ phận “lò xo” của xe rất quan trọng đối với chuyển động của Xe lò xo. Bạn kéo căng dây cao su càng nhiều thì năng lượng tiềm ẩn được tích trữ càng nhiều và xe có thể đi xa hơn và nhanh hơn. Độ dày của dây chun cũng ảnh hưởng đến khoảng cách, vì dây chun dày hơn khó kéo giãn hơn dây chun mỏng. Dây cao su đi kèm với bộ VEX GO được làm bằng silicon giúp cơ chế nạp của bạn bám chặt vào vật thể dễ dàng hơn nhưng không hiệu quả hơn trong việc kéo dài như dây cao su tổng hợp. Do đó, việc tăng gấp đôi dây cao su không phải là một cải tiến hiệu quả và có thể làm hỏng dây cao su.

  • Xe lò xo có hai dây cao su buộc trên chốt

    • Vì bạn kéo căng dây chun càng nhiều thì xe sẽ chạy càng xa và nhanh hơn như đã giải thích trong ví dụ trước, nên học sinh có thể muốn sử dụng cả hai dây chun trong bộ dụng cụ.  Nếu họ kéo căng hai trong số chúng, họ sẽ nhận được lực gấp đôi, cho phép Xe lò xo di chuyển cha.

  • Xe Spring Car với bánh trước được thay thế bằng Blue Wheels

    • Sự thay đổi này giúp Spring Car có thể đi xa hơn vì độ ổn định của xe được cải thiện nhờ bánh xe rộng hơn.

Quy trình thiết kế kỹ thuật là gì?

Học sinh sẽ sử dụng Quy trình thiết kế kỹ thuật (EDP) để sửa đổi Xe lò xo nhằm cải thiện hiệu suất của xe. EDP là một loạt các bước mà các kỹ sư sử dụng để đưa ra giải pháp cho các vấn đề. Thông thường, giải pháp liên quan đến việc thiết kế một sản phẩm đáp ứng các tiêu chí nhất định hoặc hoàn thành một nhiệm vụ nhất định.
EDP có thể được chia thành các bước sau: ĐỊNH NGHĨA → PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP → TỐI ƯU HÓA.

• Việc xác định các vấn đề kỹ thuật bao gồm việc nêu vấn đề cần giải quyết một cách rõ ràng nhất có thể về mặt tiêu chí thành công, cũng như các ràng buộc hoặc giới hạn.
• Việc thiết kế giải pháp cho các vấn đề kỹ thuật bắt đầu bằng việc đưa ra một số giải pháp khả thi khác nhau, sau đó đánh giá các giải pháp tiềm năng để xem giải pháp nào đáp ứng tốt nhất các tiêu chí và hạn chế của vấn đề.
• Tối ưu hóa giải pháp thiết kế bao gồm một quá trình trong đó các giải pháp được thử nghiệm và tinh chỉnh một cách có hệ thống và thiết kế cuối cùng được cải thiện bằng cách đánh đổi các tính năng ít quan trọng để lấy các tính năng quan trọng hơn.

EDP có tính chất tuần hoàn hoặc lặp đi lặp lại. Đây là quá trình sản xuất, thử nghiệm, phân tích và tinh chỉnh một sản phẩm hoặc quy trình. Dựa trên kết quả thử nghiệm, các phiên bản mới sẽ được tạo ra và tiếp tục được sửa đổi cho đến khi nhóm thiết kế hài lòng với kết quả.

Trong Đơn vị này, học sinh sẽ sử dụng EDP để cải thiện hiệu suất của Xe lò xo.   Sau khi xây dựng ban đầu, các nhóm sẽ đặt câu hỏi để cải thiện thiết kế của Spring Car nhằm tăng hiệu suất. Đây là Quy trình thiết kế kỹ thuật tương tự được quy định trong Tiêu chuẩn khoa học thế hệ tiếp theo (NGSS).

Thực hành quan sát tốt là gì?

Một trong những bước quan trọng nhất trong cả Phương pháp khoa học và Quy trình thiết kế kỹ thuật là thử nghiệm.  Các nhà khoa học và kỹ sư sẽ không biết liệu kết quả của họ có thành công hay không nếu không thu thập dữ liệu bằng cách quan sát trong bước thử nghiệm.

Có hai loại quan sát:

• Quan sát tự nhiên: Loại này bao gồm việc quan sát một cái gì đó ở trạng thái tự nhiên của nó mà không có bất kỳ sự can thiệp nào. Trong loại quan sát này, các nhà khoa học theo dõi và chờ đợi một sự kiện xảy ra trong quá trình thí nghiệm.
• Quan sát theo giai đoạn: Các kỹ sư và nhà khoa học thường bao quanh các dự án của họ xung quanh "điều gì sẽ xảy ra nếu… " câu hỏi. “Trọng tâm của công trình này là gì?” “Nếu tôi thay đổi chiều dài của thanh dầm trên khung xe thì sao?” Trong loại quan sát này, người kiểm tra sẽ can thiệp và quan sát kết quả. Loại thử nghiệm này có thể được quan sát nhiều lần vì nó có thể được thực hiện lại.

Khi tiến hành quan sát theo giai đoạn, có một số hướng dẫn cần tuân theo:

• Xác định trước những gì bạn muốn quan sát. Việc này cần được thực hiện trong giai đoạn lập kế hoạch của Quy trình thiết kế kỹ thuật. Một nhóm không thể xác định được thành công nếu họ không biết mình đang xem xét điều gì.
• Chỉ thay đổi một phần tử tại một thời điểm. Tất cả những yếu tố khác phải được giữ nguyên để có thể xác định được liệu yếu tố đang được thử nghiệm có thành công hay không.
• Quyết định số lượng quan sát cần thiết. Thời gian, vật tư và địa điểm có thể là những yếu tố quyết định số lần có thể thực hiện lại một bài kiểm tra.
• Lập biểu. Nếu nhiều nhóm tiến hành chạy thử nghiệm trong cùng một không gian, một lịch trình sẽ đảm bảo không có sự nhầm lẫn và mọi người đều có cơ hội kiểm tra bản dựng của mình.
• Ghi lại những quan sát của bạn để người khác có thể sử dụng chúng.  Sử dụng các thuật ngữ và phép đo chính xác khi ghi lại dữ liệu của bạn. 
• Quyết định sử dụng công cụ nào. Có nhiều loại công cụ mà các kỹ sư sử dụng khi thử nghiệm. 
  • Các công cụ này cho phép quan sát chính xác và cụ thể hơn:
    • Người cai trị
    • Nhiệt kế
    • Cân
    • Máy ảnh