Мой университет часто посещают группы учеников средней школы, и я всегда ищу интересные практические занятия, которые действительно иллюстрируют то, что мы делаем в области инженерии. Но их посещения отделения представляют собой сложную задачу:
- Они там не очень долго (обычно меньше часа).
- Каждый ученик может интересоваться математикой и естественными науками, а может и не интересоваться им.
- Обычно у них НЕТ инженерного опыта, на который можно было бы опираться.
В этом упражнении проводятся параллели между художниками и инженерами - людьми, которые работают с вещами, людьми, которые создают вещи. Он не требует вычислений или уравнений, но по-прежнему осмысленно вовлекает каждого ученика в концепции силы и равновесия. Наконец, это требует от студентов эффективной работы в командах. Вместе они создают что-то действительно красивое и великолепное. Слова, которые они используют для описания сеанса, всегда включают «потрясающий», «безмятежный», «интересный» и «фантастический». И я тоже хорошо провожу время. Это важно, потому что делать это лучше, чем весело; мы, конечно же, не получаем за это никаких заслуг. Я проделал это примерно пять раз и выработал удобный ритм, который, кажется, работает. Это не только для учеников средней школы. Я сделал это, представив студентам инженерных специальностей, чтобы они вычисляли точки баланса. Я думаю, что вы могли бы сделать то же самое с классом статики, требуя от студентов делать расчеты и делать прогнозы. И я думаю, что вы могли бы сделать это как упражнение на тимбилдинг со взрослыми или старшими учениками. Если вы расширите его или примените в разных ситуациях, я бы очень хотел об этом услышать.
Шаг 1: материалы
Формы вырезаны из пенопласта. Вам понадобится как минимум по одному на каждого участника, но вы можете иметь на 10-20% больше, чтобы участники чувствовали, что у них есть выбор. Для эстетики, которая мне нравится, и чтобы ее было легко сделать раньше времени, я вырезал геометрические формы с прямыми краями из черно-белого пенопласта. Другие варианты могут иметь цвет только с одной стороны, с белой или черной пеной внутри. Если у вас есть больше времени со студентами, вы можете позволить им сделать свои собственные формы из любых материалов, которые вы предоставите. Вам даже не нужно придерживаться двухмерных форм, но вы хотите оставаться легкими. Тяжелые предметы могут быть сбалансированы, но они не будут плавать или двигаться на легком ветру, и ваши горизонтальные элементы должны быть сильнее. Формы должны иметь самый большой размер от 50% до 80% длины ваших коротких дюбелей. Проверьте соотношение толщины фигур и маленьких скрепок для папок; зажимы должны удерживать фиксируемые формы, не оставляя больших вмятин. Короткие (12-14 дюймов) дюбели заедают. Они должны быть довольно маленькими, скажем, 1/4 дюйма в диаметре. Один из них понадобится на каждые 2-3 участника. Проверьте соотношение стержней дюбелей и небольших зажимов для скрепления; зажимы должны надежно удерживать стержни, не соскальзывая. (30-36 дюймов) дюбели. Они могут быть немного толще коротких, но у меня такой же диаметр. Мне нравится легкий вид более длинных легких стержней, но длинные иногда немного гнутся, если они загружен рядом с концами. Вам понадобится один из них на каждые 6-8 участников. Проверьте соотношение дюбелей и небольших зажимов для скрепления; зажимы должны надежно захватывать стержни, не соскальзывая. Длинный (8-10 футов) канал. Я использовал 1/2 "ПВХ, но 3/8" кажется, что он подойдет. Металл мог бы выглядеть лучше, но он тяжелее, сложнее вешать и более скользкий. ПВХ немного провисает, но я думаю, что это безопаснее. Один из них вам понадобится для 20-25 участников. МНОГО зажимов для бумаги, которые могут надежно удерживать пенопласт и дюбеля. Проверьте свой зажим. вставьте дюбели, чтобы убедиться, что они плотно прилегают, достаточно большие, чтобы поместиться, но достаточно тугие, чтобы они не скользили легко. Вам понадобится как минимум в 4 раза больше фигур, которые вы планируете повесить (что также является количеством участников). НЕКОТОРЫЕ зажимы для монстров для связывания достаточно велики, чтобы охватить ваш канал. Это довольно сложно. Они должны быть достаточно большими, чтобы поместиться, но не достаточно свободными, чтобы скользить по трубопроводу. Гигантские, которые я использовал, идеально подходят для 1/2 "ПВХ. Вам нужно будет точно определить, сколько вы будете использовать; вы можете легко установить 4-5 комплектов на один кабелепровод, в зависимости от длины ваших длинных дюбелей.. Груды скрепок. Много-много-много их. Карточки-указатели, если вы хотите включить этап «записной книжки». Комната с большим количеством вертикального пространства. В моей лаборатории есть открытые металлические стропила, на которых мы могли бы повесить эти творения. Веревка а также шкивы и соответствующее оборудование для установки кабелепровода в вашей комнате так, чтобы их можно было опустить для загрузки, а затем поднять, чтобы ими можно было любоваться и демонстрировать. Вы можете обойтись петлей через стропило, но если вы собираетесь это сделать это неоднократно, подумайте о квазипостоянной оснастке. Шкивы дороги, но плавное движение действительно помогает поднять творения, вызывая восхищение, и регулировать их, если пространство используется для других действий, пока выставлены дисплеи. После первого два раза я проделал это задание, я был достаточно уверен, что мы сделаем это снова, что мы Три из них были установлены в лаборатории. Шесть шкивов, 150 футов лески, шипы и разное крепежное оборудование стоят около 60 долларов. Потратить пару часов на лестницы, выясняя, где поставить шкивы и шипы, было немного неудобно, но когда все это было настроено, было здорово, когда 50 посетителей средней школы прибыли со своими учителями и родителями. Компьютер и проектор, если хотите. включить мини-лекцию Колдера
Шаг 2. Приветствие и знакомство
Когда студенты приходят, я группирую их вокруг столов, чтобы у каждого было рабочее место, и поэтому они были в группах по 6-8 человек. Уберите пальто, обеды и рюкзаки. Я представляю себя и своих помощников и говорю что-то об их городе или их команде или узнаю, откуда они каким-то образом. Я спрашиваю, были ли они когда-нибудь в инженерном классе. Возможно нет. Но у них были художественные классы. Затем я немного расскажу о том, как инженеры и художники делают очень похожие вещи: мы работаем с вещами и делаем вещи, которых никогда раньше не было. Мы часто работаем в группах над крупными проектами. Мы пробуем разные вещи, смотрим, что работает, а что нет, и вносим коррективы. Мы ведем блокноты и записи о том, что делаем. Рисуем и экспериментируем. Обычно на любую проблему, над которой мы работаем, есть множество «правильных» ответов, и мы тратим много времени на проектирование. И все это то, чем мы собираемся заниматься вместе в этом занятии. Если вы хотите включить в это занятие создание заметок, попросите каждого ученика написать свое имя на карточке вместе с датой, как это делают инженеры и художники.
Шаг 3: сбалансируйте форму так, чтобы один край был горизонтальным
Первая задача: выберите одну из форм и повесьте ее так, чтобы один край, верхний или нижний, был горизонтальным (убедитесь, что все знают, что означает горизонтальность). Повесьте фигуру на цепочку из 2-3 скрепок, соединив фигуру и цепочку с помощью небольшой скрепки. Вы можете проверить, насколько горизонтален нижний край, опустив его на верхнюю часть стола. Вы можете проверить, насколько горизонтален верхний край, сравнив его с краем стола. В этой задаче все активны, и все осваивают базовые навыки и шаблоны, которые необходимы и повторяются на протяжении всей деятельности. Если он не сбалансирован так, что один край горизонтален, вам нужно переместить зажим на фигуре, верно? В каком направлении? Попробуйте одно и посмотрите, улучшит ли ситуация это изменение. Если да, круто. Продолжайте корректировать, возможно, вносите небольшие изменения. Если это усугубит ситуацию, вернитесь в другую сторону. Вы понимаете, почему все так меняется? Хороший! Сделайте все так, чтобы они представляли собой свисающие фигуры с горизонтальными краями. Посмотрите вокруг, восхищайтесь и приспосабливайтесь. Шаг записной книжки (необязательно - требуются учетные карточки). Напишите свое имя на линованной стороне учетной карточки, а затем нарисуйте свое решение задачи на стороне без подкладки. И инженеры, и художники делают наброски и ведут записи о том, что делают, особенно если они много экспериментировали, чтобы понять это.
Шаг 4: сбалансируйте форму так, чтобы еще один край был горизонтальным
Итак, теперь, когда он у вас свисает с красивым горизонтальным краем, выберите другой край и сделайте его горизонтальным либо вверху, либо внизу. И нарисуйте это решение. Если у кого-то рядом с вами возникли проблемы, попробуйте помочь, не прикасаясь к его фигуре. Посмотрите, как у одной и той же задачи есть разные решения, даже если они имеют одну и ту же форму? Видите, сколько разных решений у нас есть как у группы?
Шаг 5: объединение фигур
Затем я прохожу по группам, давая каждой паре учеников короткие штифты. Если за столом стоит нечетное число, я нанимаю родителя, учителя или помощника или перемещаю ученика в другое место. Теперь перед каждой парой стоит новая задача: уравновесить две формы на этом новом дюбеле, чтобы новый дюбель мог свисать горизонтально на цепочке зажимов и чтобы две формы не мешали друг другу и не касались друг друга при движении. Это означает получение большего количества клипов и создание еще одной цепочки.
- вам не нужно ничего менять в своей форме и в том, как она связана со своей цепочкой.
- вы можете отрегулировать то место, где вы размещаете две исходные формы, ИЛИ то, где вы вешаете дюбель.
- вам может потребоваться укоротить или удлинить цепи между фигурами и штифтом, чтобы фигуры не касались друг друга при движении.
Затем мы поднимаем их и восхищаемся. Посмотрите, как это можно сделать разными способами?
Шаг 6: Интерлюдия Колдера (необязательно)
Если вы хотите поделиться некоторыми изображениями и информацией о Колдере или чем-либо еще в этом упражнении, это хорошее место для перерыва. Студенты должны аккуратно положить свои сбалансированные фигуры на стол и собраться вокруг проектора, чтобы получить несколько изображений.
Слайд-шоу, которое я использую, построено на этой длинной цитате из Колдера: «Когда я делал мобильные телефоны, я начинал с довольно полных рисунков, но теперь я начинаю с вырезания множества фигур… Некоторые я сохраняю, потому что они приятны или динамичны.. Некоторые из кусочков, которые я случайно нашел. Затем я раскладываю их, как бумажный коллаж, на столе и «раскрашиваю», то есть размещаю их с проводами между частями, если это будет мобильный телефон, для общий рисунок. Наконец, я режу еще несколько из них своими ножницами, рассчитывая на этот раз баланс. Я начинаю с малых концов, затем балансирую в прогрессии, пока не думаю, что нашел точку опоры. Это очень важно, так как есть только одна такая точка, и она должна быть правильной, если объект должен свободно висеть или поворачиваться. Я обычно проверяю эту точку с помощью веревок, чтобы убедиться, прежде чем сгибать провода. Размер и угол форм и то, как их использовать, - это вопрос вкуса и того, что вы имеете в виду. Для большинства людей, которые смотрят на мобильный телефон, это не более чем набор плоских объектов cts, которые двигаются. Однако для некоторых это может быть поэзия », - Александр Колдер.
Шаг 7: объединение пар в маленькие мобильные устройства
Когда ученики вернутся на свои рабочие места, дайте каждой группе из 4 или 6 человек по одному более длинному дюбелю. Попросите группу сбалансировать две или три пары фигур на этом дюбеле так, чтобы дюбель располагался горизонтально и чтобы фигуры не касались друг друга. Это может означать удлинение или укорачивание цепочек скрепок, но это не должно требовать значительного изменения точек баланса каждой пары.
На данный момент у нас есть несколько довольно впечатляющих мобильных телефонов, и мы проводим некоторое время, любуясь ими и замечая, насколько они разнообразны. Но это только отправная точка …
Шаг 8: сделайте его великолепным
Теперь пришло время опустить трубу со стропил, чтобы вся группа объединила все сделанные до сих пор мобильные устройства в один действительно большой. Пришло время представить зажимы для папок-монстров, которые почти так же впечатляют школьников, как и идея сделать мобильные телефоны такими же большими, как у Колдера. Цель этого шага - разместить все мобильные устройства в одном канале так, чтобы он оставался горизонтальным и не было столкновений. У группы могут быть идеи о том, как расставить мобильные телефоны и как выполнить процесс сборки. Позвольте этим идеям вырваться наружу и продолжайте осторожно. Требуется определенная осторожность, чтобы внести все изменения, и некоторые дети заинтересованы в этом больше, чем другие. Как только самый большой мобильный телефон будет построен, немного приподнимите его, чтобы им можно было как следует любоваться. Найдите время на этом этапе и попросите каждого человека придумать одно слово, которое описывает какую-то часть работы, которую вы все только что выполнили. Медленно обойдите комнату и попросите каждого поделиться своим словом. Разрешить дублирование.
Шаг 9: академическое продление
Я использовал это как со студентами колледжа, так и со школьниками средней школы. Это реальный, но интересный пример крутящего момента и простой пример статики. Я требую, чтобы они вычислили точку баланса для двух фигур на палке и спрогнозировали ее, прежде чем пытаться уравновесить их. Затем они должны прокомментировать, какие различия они находят, и как они отреагировали на возникшие проблемы. Вот отчет одного студента об этом опыте. Обратите внимание, что для этого потребуется добавить шкалу и, возможно, некоторые калькуляторы (подойдут телефоны) к списку материалов.