ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРАВИЛА
МАТЕМАТИКА / НАУКА, 3–6 КЛАССЫ
Обзор урока:
В этом упражнении учащиеся используют Tinkercad для создания своих собственных линеек с настраиваемыми единицами измерения и функциями. Линейки могут быть разработаны для изготовления на 3D-принтере или с помощью лазерного резака или резака для винила / поделок. Объединив единицы измерения, геометрические концепции и персонализацию в одну линейку, цель состоит в том, чтобы способствовать многофункциональной гибкости, увлекательности и индивидуальному обучению в классе.
Этот проект структурирован так, чтобы следовать процессу инженерного проектирования (EDP), процессу, который помогает дизайнерам в любой дисциплине находить решения проблем. Хотя существует множество способов решения проблем, дизайнеры часто используют EDP, потому что он предлагает четкую дорожную карту, которой они должны следовать, работая над решением.
Сначала дизайнеры определяют проблему, с которой они сталкиваются, затем узнают больше о проблеме и исследуют существующие решения. Заманчиво пропустить эти первые несколько шагов и сразу перейти к мозговому штурму, но не делайте этого! Когда дизайнеры находят время, чтобы ясно понять проблему, они находят гораздо лучшие решения. На этапе проектирования происходит мозговой штурм. Дизайнеры проводят мозговой штурм по нескольким возможным решениям, а затем разрабатывают некоторые из них в более подробные планы. Поощряйте своих учеников спланировать как минимум 3 из своих потенциальных идей, прежде чем выбирать направление дизайна и начинать создавать продукт на основе их дизайна. Если они столкнутся с какими-либо препятствиями, пытаясь создать свой первый выбор дизайна, они смогут пересмотреть свои альтернативные планы дизайна и выбрать новое направление - не начиная с нуля. Затем дизайнерам нужно время, чтобы понаблюдать за своим дизайном и посмотреть, как они могут его улучшить. Мы настоятельно рекомендуем, чтобы у учащихся была возможность пройти как минимум 2 цикла «Создать-Наблюдать-Улучшить». Когда учащиеся чувствуют, что им нужно «сделать все правильно с первого раза», они менее склонны рисковать и проявлять творческий подход. Повторяя цикл, у них появляется шанс исправить недостатки и перенимать успешные идеи у одноклассников, и, по сути, они практикуют то, что на самом деле делают профессиональные дизайнеры. Хороший цикл проектирования позволяет дизайнеру задуматься о своем продукте и процессе его создания, выявляя привычки обучения и идеи, которые помогут в решении будущих проблем. Когда работа завершена, дизайнеры готовы поделиться. Они приносят свои работы в реальный мир, размещая, публикуя, представляя или выставляя - или отдавая или продавая, если это необходимо! - что они сделали. Для студентов, работающих в процессе проектирования, настоящая аудитория помогает студентам связать свой учебный и рабочий опыт с миром за пределами классной комнаты. В частности, для проектов Makerspaces и Maker это очень важно для укрепления доверия к каждому учащемуся и создания чувства общности среди создателей. Чтобы помочь студентам проработать этот процесс, не забудьте на каждом этапе предусмотреть запланированные «остановки», чтобы учащиеся записывали свои мысли и прогресс по мере прохождения циклов итераций продукта.
Создатели: Аня Тимченко, Дайан Бранкацио, MIT Edgerton Center
Существенный вопрос (ы):
Чем полезны линейки для понимания единиц измерения и измерения? Как учащиеся могут создавать линейки с важными для них и интересными в использовании единицами, дробями и геометрическими понятиями? Как студенты могут создавать собственные линейки для определенных целей?
Обучаемые навыки:
- Единицы измерения, с дробями
- Геометрия: Углы
- Геометрия: радиус, диаметр
- 3D моделирование в Tinkercad
Требуемое время: 1-2 часа
Необходимые материалы:
- Для дизайна:
- Бумага для набросков и карандаши
- Tinkercad
- Линейки / транспортиры
- Разные материалы для прототипирования (картон, пенопласт, маркеры и т. Д.)
Для изготовления - варианты:
- 3D-принтер и нить
- Лазерный резак и дерево или пластиковый лист
- Винил / резак и картон
Шаг 1. Определите
Контекст:
Линейки - это обычные инструменты, используемые для измерения. Чтобы использовать их эффективно, учащиеся должны понимать, как предполагается использовать линейку. Что, если ученики выберут единицы и концепции, которые для них важны, и разработают свою собственную линейку? Как насчет пользовательских линеек для определенной цели?
Проблема / вызов:
Начните упражнение, поделившись с учащимися определением проекта, критериями и ограничениями.
Определение:
Учащиеся используют Tinkercad для создания своих собственных линеек с настраиваемыми единицами измерения и функциями. Линейки будут изготовлены с использованием материалов и технологий, указанных учителем.
Критерии:
Учащиеся выбирают 3 из следующих, чтобы включить в свою линейку
- Линейная шкала с делениями (например, дюйм и ⅛ “или сантиметр и 0,5 см)
- Треугольники с определенными углами углов (например, 30 °, 60 °, 90 ° или 45 °, 45 °, 90 °)
- Круги определенного диаметра (например, “, ⅓“, ½ “, ¾“).
- Полукруги для обозначения радиуса и диаметра (например, дюйма R и ½ дюйма D)
- Преобразование единиц - в тексте (например, 2,54 см = 1 дюйм, 12 дюймов = 1 фут)
- Шаблоны для трафарета (например, кривые, зигзаги, полукруги)
- Личное имя, логотип или выбранный персонаж
Ограничения:
Общий размер линейки
- Для пластиковых линеек, изготовленных на 3D-принтере - примерно 4 x 1,5 дюйма или 10 см x 4 см. Такой размер позволяет им легко помещаться на платформе для печати и сводить к минимуму проблемы с печатью. Время печати зависит от уровня детализации. Для печати средней линейки требуется 40–60 минут. Простые линейки с небольшим количеством вырезов займут меньше времени, около 30 минут или меньше.
- Для картонных линеек, изготовленных на резаке для винила / поделок - менее 10 дюймов x 2 дюйма или 25 см x 5 см. Такой размер позволяет им уместиться на стандартном листе картона.
- Для деревянных или пластиковых линеек, изготовленных на лазерном резаке - менее 10 дюймов x 2 дюйма или 25 см x 5 см. Такой размер позволяет помещать их на стандартный листовой материал.
Обучение / Продуктовые цели:
Учащиеся изготовят линейки для себя, для особых нужд, определенных в классе, или для совместного использования в классе.
Шаг 2. Изучите / исследуйте
1. Исследования:
Просмотрите существующие линейки, транспортиры и другие измерительные инструменты. Обсудите, для чего они предназначены и насколько они на самом деле полезны для учащихся. Учащиеся перечисляют, что им нравится / понимается и не нравится / понимается в измерительных инструментах. Поищите в Интернете другие типы «детских линейок» или специальные измерительные инструменты.
2. Соберите:
Попросите учащихся создать страницу для вдохновения, на которой они зарисовывают и / или документируют несколько понравившихся им правителей. Включите список величин, для измерения которых используется линейка.
Шаг 3: Дизайн
1. Дизайн:
Учащиеся обдумывают идеи, используя Определение проекта, а также критерии и ограничения, указанные в шаге «Определение». Используйте для справки страницу вдохновения, созданную на шаге «Изучение / изучение».
- Вариант A: нарисуйте дизайн, показывающий, как линейка будет выглядеть и / или работать. Используйте бумагу, доску, приложения для рисования.
- Вариант Б. Постройте простые модели, используя материалы для изготовления (бумага, клей, глина, средства для чистки труб и т. Д.), Чтобы показать внешний вид и / или функцию.
- Вариант C: Предложите учащимся поиграть в Tinkercad, чтобы познакомиться с программой и создать практические модели.
Важно, чтобы учащиеся выдвинули как минимум три разные идеи. Многие захотят реализовать свою первую идею. Предложите им сделать наброски линейки в натуральную величину, чтобы они могли начать думать о деталях, а затем поэкспериментировать с идеями и посмотреть, что из этого получится. Генерация идей может быть тяжелой работой, но затраченное время и усилия могут дать отличные творческие и неожиданные результаты.
Некоторые примеры:
Прямоугольная линейка (см. Красную / обведенную линейку выше):
- Прямоугольник 4 x 2 дюйма с шагом дюйма и числом на каждом целом дюйме.
- Формы различаются по диаметру.
- Форму можно экспортировать в SVG (числа и имя не отображаются) для лазерной резки или в формате STL и 3D-печати.
- Чтобы экспортировать подробный файл SVG для виниловой / лазерной резки, убедитесь, что цифры / буквы превращены в отверстия, которые проходят через линейку. Учитывайте размер при экспорте формы.
Линейка Круга (см. Оранжевую линейку выше):
- Общий диаметр около 4 дюймов. На внешних краях показаны все углы, кратные 10, от 10 ° до 80 °.
- Внутренние формы показывают диаметры. 1 дюйм и 0,33 дюйма, а также треугольник 90-45-45.
- «Рот» лица измеряется в дюймах (0,5 дюйма) внизу и в миллиметрах (5 мм) вверху.
- Форму можно экспортировать в SVG (числа и имя не отображаются) для лазерной резки или в формате STL и 3D-печати.
Правитель треугольника (см. Зеленую линейку выше):
- Два комплекта на измерительных блоках по краям. 4 дюйма с шагом 0,25 дюйма и см с шагом 5 мм.
- Общая форма - треугольник с углами 60 градусов.
- Формы можно экспортировать в формате SVG (числа и единицы измерения не отображаются) для лазерной резки или в формате STL и 3D-печати.
Полукруглая линейка (см. Синюю линейку выше):
- Форма основана на радиусе 4 дюйма и имеет четыре угла вокруг формы: 35 °, 50 °, 55 °, 40 °.
- Нижняя часть разделена с шагом”, с числом на каждом целом дюйме.
- Внутренние формы имеют различные размеры, включая 1”, ½” и ¼”.
- Фигуру можно экспортировать как SVG (числа и имя не отображаются) для лазерной резки или как STL для 3D-печати.
Подробная линейка (см. Фиолетовую линейку выше):
Возможно создание высокодетализированной линейки. Однако это может занять несколько часов на создание, а затем несколько часов на печать. Учащиеся могут использовать Tinkercad дома, чтобы при желании продолжить добавлять детали позже
2. Выберите направление:
Предложите учащимся выбрать дизайн, соответствующий критериям проекта. Набросайте эти проекты и подчеркните, что это их «направление» дизайна и что дизайн, который они создают, может отличаться по мере того, как они узнают больше о доступных инструментах и повторяют цикл проектирования.
Шаг 4: Создайте
- Перед началом моделирования установите единицы сетки в дюймы или миллиметры по желанию. Установите для оснастки наименьшую единицу измерения (например,”¼”, 5 мм или 1 мм).
- Вытяните форму, которая будет использоваться в качестве тела линейки. Это может быть круг, полукруг, треугольник, квадрат, прямоугольник и т. Д.
- Нажмите на фигуру и увеличьте ее до желаемой длины и ширины. Помните об ограничениях вашего 3D-принтера, резака для винила / поделок или лазерного резака. См. Рекомендуемые размеры в разделе «Ограничения» на шаге 1: определение.
- Установите высоту формы ⅛”или 3 мм.
- Создайте приращения, вставив отверстие или сплошные блоки и расположив их по желаемой единице измерения, а затем сгруппировав их по основанию линейки.
- Вытяните формы и измените размеры по желанию. Студентам может потребоваться рассчитать длину сторон, чтобы получить углы для желаемых треугольников. Превратите элементы в отверстия и сгруппируйте их с помощью линейки.
Чтобы создать прямоугольный треугольник в пределах заданного угла (A), используйте форму клина и поверните его так, чтобы он был плоским на рабочей плоскости. Чтобы создать подходящие углы, установите стороны на 1, загар (A) и масштабируйте оттуда. Например, чтобы создать треугольник 30, 60, 90, установите стороны равными 1 и желтовато-коричневым (30). Для равнобедренных треугольников используйте форму крыши, повернутую на бок.
Изображение: синяя форма - это клин, а зеленая форма - это крыша.
7. Персонализируйте линейку, добавив текст и / или формы для имен, инициалов, логотипов и т. Д. Текст / фигуры можно поместить поверх линейки для создания рельефных элементов. Для гравированных элементов измените текст / форму на отверстие и сгруппируйте его с помощью линейки. Немного приподнимите элемент, если у текста / фигуры есть элементы, которые в противном случае будут проваливаться.
Обратите внимание, что линейки, экспортированные как файлы SVG, будут включать только контур детали (включая внутренние элементы, но не будут включать рельефные или выгравированные элементы. Чтобы успешно экспортировать SVG, убедитесь, что буквы и цифры вырезаны на линейке перед экспортом.)
Шаг 5: наблюдайте, улучшайте, повторяйте
- Попробуйте новые линейки! Веселитесь, измеряя вещи. Поощряйте студентов делиться своими творениями и придумывать друг другу вещи, которые можно измерить.
- Для учащихся рекомендуется иметь возможность пройти как минимум два цикла "проектирование-сборка-улучшение". Когда учащиеся чувствуют, что им нужно «сделать все правильно с первого раза», они менее склонны рисковать и проявлять творческий подход. Во второй раз они могут исправить недостатки и перенимать удачные идеи от одноклассников.
- Предоставьте классу точки остановки, где учащиеся могут наблюдать, оценивать и документировать свой дизайн.
- Создавайте руководящие принципы документации, чтобы студенты могли записывать свои мысли и прогресс по мере прохождения циклов итераций продукта. Это может служить формирующей оценкой.
- Описание / эскиз конструкции
- Насколько хорошо дизайн соответствует определению проекта, критериям и ограничениям
- Что студентам понравилось в их дизайне
- Что студенты хотят улучшить в дизайне
- Предложения по улучшению
Возможные подсказки:
Шаг 6: размышляйте
Отражать:
После того, как время проектирования и сборки закончится, попросите учащихся поразмышлять над процессом и продуктом. Это отражение похоже на отражение в шаге «Наблюдать, улучшить, повторить», но теперь оно также включает отражение процесса.
Возможные подсказки:
Шаг 7. Поделиться
Дайте ученикам возможность поделиться своими личными линейками с классом или другим сообществом. Варианты совместного использования включают презентацию, демонстрацию, запись в блоге или в Интернете, видеоклип, физический дисплей, семейные мероприятия и ярмарки производителей или использование, для которого он был предназначен.
Шаг 8: Ресурсы
Контрольный список «ВЕЩЬ»:
Чтобы получить качественную 3D-печать, просмотрите список, прежде чем приступать к печати. (См. Изображения выше)
Учебники:
Базовое руководство - 3:27 минут, объясняет базовое перемещение фигуры, простую ориентацию, масштабирование и группировку.
Проектирование из 2D в 3D - 5:52 минуты, показывающее, как очистить файлы SVG и преобразовать их в экструдированные 3D-формы.
Расширенный генератор форм - 19:46 мин, демонстрация того, как создавать собственные формы произвольной формы для создания нестандартных дизайнов.
Шаг 9: Расширения проекта
Примеры:
- Учащиеся создают индивидуальную единицу измерения для своих линеек. Они используют новые линейки вместе со стандартными линейками единиц для измерения и записи данных для предметов в классе. Получив эти данные, учащиеся могут анализировать, сравнивать и делиться тем, какие тенденции они замечают в своих данных. Они могут использовать десятичное умножение и деление для преобразования своих пользовательских единиц в стандартные для сравнения. Они также могут обсудить, будет ли их индивидуальная линейка хорошим инструментом для измерения дополнительных предметов (например, автомобиля, расстояния от стола до двери класса, школьной дорожки, чашки воды и т. Д.), И они могут внести свои предложения. для правильных единиц измерения, которые потребуются для измерения указанных предметов.
- Учащиеся узнают о системах измерения в разных культурах или периодах времени, включая нестандартные системы измерения, и включают эту информацию в свои линейки, возможно, как общую длину.
- Учащиеся обсуждают единицы измерения, которые не являются физическими размерами, такие как деньги, температура, цвет или вес. Они могут посмотреть на различные приращения, используемые в различных системах, и обсудить достоинства соответствия универсальной системе измерения.
- Добавить преобразование единиц. Дюймы в сантиметры, дроби в десятичные дроби, градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, миллиметры в см и метры (и т. Д.).
Мы надеемся, что вам понравилось создавать свои персонализированные линейки и делиться ими. Что вы сделали? Какие материалы вы использовали? Мы хотим видеть! Если вы делали это в классе K-12, по какому предмету это было?
Отправьте нам электронное письмо или оставьте комментарий, чтобы мы могли видеть, что вы делаете.
Посетите наш сайт k12maker.mit.edu, чтобы получить ресурсы для учителей K-12:
- Семинары по созданию навыков для преподавателей K-12 - весна, лето и осень
- Списки инструментов и материалов и иллюстрированные диаграммы для печати и публикации
- Руководство по надзору и безопасности для администраторов магазинов
- Учебные руководства для общих инструментов (включая контрольные списки для студентов и руководства для повышения квалификации)
- Наша методология Maker для разработки проектов Maker для основной учебной программы, включая образцы проектов