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科學、技術、工程和數學實驗室
抓取器

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教師工具箱圖標 教師工具箱 - 本節的目的

遊戲部分的目標是讓學生測試建造並幫助他們探索透過連結轉換運動。 讓學生測試抓取器如何移動。 激勵討論部分提供了一些問題,讓學生思考剪刀連桿如何改變力的方向以及如何改進抓取器的構造。 「播放」部分的第二頁將介紹專業剪叉式升降機中使用的剪叉連桿,以提供另一個熟悉的分析背景。
分組工作時,可以指派以下學生角色:

  • 建構專家: 負責了解 Grabber 的結構並在活動期間的不同點示範建構操作。

  • 記錄員: 負責在工程筆記本中記錄整個團隊的回饋。

如果小組人數超過兩人,則不只一位學生可以分擔同一角色的職責。

按此處取得基於團隊的工程筆記本評分標準 (Google / .docx / .pdf),按此處可取得協作評分標準 (Google / .docx / . pdf)。 有關各工程筆記本評分的評分標準,請按此處 (Google / .docx / .pdf)。

第 1 步:  檢查抓取器

在 Grabber 建置的步驟 2 中,您透過使用銷釘將兩個梁在中心連接在一起來建立連接。 這就形成了剪刀連桿機構。 當您想到剪刀的兩側如何圍繞中心點移動時,這一點應該很容易記住。

  • 建造專家: 雙手握住底部兩根橫樑的末端。 透過將雙手分開然後再合攏來關閉和打開抓取器,類似於使用一把剪刀但用兩隻手。

  • 記錄器: 在工程筆記本中繪製草圖並解釋建構專家的運動與抓取器的運動相比如何。 比較每個光束的移動方向並識別模式。
    提示:看看銷釘如何影響橫樑的移動。

教師工具箱圖標 教師工具箱 - 答案

需要注意的模式是,當建造專家將抓取器的兩端移動得更近和更遠時,銷釘充當樞軸點,橫梁分別向內和向外移動。

第 2 步:  考慮延長抓取器

抓取器具有三個剪式連桿。 添加更多的剪式連桿將使抓取器能夠進一步提升或延伸。

  • Build Expert: 將抓取器放下,使其半開啟。 考慮一下如果在構建中再添加兩個剪式連桿,抓取器會更長。 您可以使用兩個底樑的長度來估計。

  • 記錄器: 繪製擴展 Grabber 建構的草圖。 解釋為什麼添加兩個剪刀連桿可能不是一個好的設計計劃。 如果在構建中添加兩個以上的鏈接,抓取器的工作方式會發生什麼變化?

教師工具箱圖標 教師工具箱 - 答案

增加兩個剪刀連桿將改變控制抓取器所需的力,並會降低建造的穩定性。 抓取器越長,需要更大的力量來推出或拉入。 增加的重量也會對橫梁,尤其是銷釘施加更大的壓力,從而降低其穩定性。

激發討論圖標 激發討論

問: 當使用者將抓取器把手的兩端推在一起時,抓取端是靠得更近(捏)還是靠得更遠(張開)?
A: 當使用者將手把移近時,抓握端會移近(捏或抓)。

問: 推或拉動抓取器把手所產生的力是否始終朝同一方向移動還是會改變方向? 如果改變方向,力在哪裡改變方向?
A: 推動或拉動抓取器手柄所產生的力會在建造中的樞軸點或固定連接處多次改變方向。

Q: 隨著更多連桿的添加,如何改善建造使其更加剛性和穩定?
A: 一種可能的解決方案是使用更厚的梁來提供更高的穩定性(例如,使用 2x4 梁而不是 1x4 梁)。 另一種可能的解決方案是使用更長的引腳(1x2 或 2x2 而不是 1x1 連接器引腳)。

擴展您的學習圖標 擴展你的學習

為了擴展此活動,請向學生解釋簡單的槓桿是兩桿連桿機構(如剪式連桿機構)的範例。 地面被認為是透過關節或支點連接到槓桿的一個連桿。 在剪式連桿機構中,沒有由支點創建的接頭,而是由銷創建的樞軸點。
讓學生探索更複雜的聯繫,並在工程筆記本中記錄他們的設計/細節。

更複雜的聯繫的一些例子是:

  • 二進位連結

  • 三元連結

  • 四元連結

  • 五環鏈