План уроков, блок 10: Подъемные механизмы

Класс:
9-11

Исходные материалы:

9-й класс, основы науки и математики

Изучаемые концепции:

В рамках настоящего блока учащиеся изучат различные типы подъемных механизмов и принцип их работы. В технические темы войдут: степень подвижности, ударная нагрузка, нагрузка на подвижное соединение, скорость подвижного соединения, подъемники, рычажные механизмы, а также пассивная поддержка.

Учебные задачи:

• Учащиеся научатся различать три степени подвижности, речь о которых пойдет в начале блока.
• Учащиеся смогут продемонстрировать правильное использование расчетов, необходимых при выборе передаточного отношения.
• Учащиеся смогут различить варианты использования в проекте манипулятора системы сочленений и подъемника с несколькими состояниями.
• Учащиеся смогут объяснить, как за счет пассивной поддержки может быть усовершенствован проект робота.

Связи STEM:

Основные физические концепции, касающиеся степеней подвижности

Математические концепции, необходимые для расчета вращающегося соединения.

Необходимые материалы:

• Руководство к блоку
• Бумага
• Карандаши
• Линейки
• Доступ к сети Интернет
• Словари
• Набор VEX Robotics
• Компьютеры с установленной средой Autodesk Inventor
• Контейнеры для хранения
• Он-лайн источники

Ключевые термины:

• Object manipulators
• Lifting mechanisms
• Degrees of freedom
• First degree of freedom
• Second degree of freedom
• Third degree of freedom
• Shock load
• Joint loading
• Joint speed
• Mechanical advantage
• Factor of Safety
• Elevator
• Actuation
• Linkages
• Passive assistance

План ежедневных занятий:

День 1:

Представить введение в основы степеней подвижности. Попросить учащихся  провести исследование ближайшего окружающего их пространства, чтобы найти в нем примеры разных степеней подвижности.

День 2:

Начать с материала о вращающихся соединениях и перейти к расчетам их передаточных отношений.

День 3:

Проанализировать расчеты для Подходов 1 и 2

День 4:

Начать с материала о подъемниках и перейти к информации о рычажных механизмах. Учащиеся смогут найти примеры рычажных систем в привычных объектах, инструментах и конструкциях.

День 5:

Начать с презентации материала, касающегося проектирования подъемного механизма, затем перейти к информации о пассивной поддержке. Учащиеся смогут выполнить схематические изображения или создать образцы проектов, используя Autodesk Inventor, с помощью которых проиллюстрируют различные типы подъемных механизмов.

День 6:

Представить проектную работу и дать учащимся время на поиск решений.

День 7:

Перейти к выполнению проектной работы. Проверить ход выполнения работы учащимися и удостовериться, что они производят соответствующие расчеты и делают записи в проектных отчетах.

День 8:

Попросить учащихся представить свои проекты перед одноклассниками для оценки.

День 9:

Дать учащимся дополнительное время на внесение изменений в проекты на основании полученных оценок.

День 10:

Дать учащимся время попрактиковаться в расчетах, поработать над проектом и анализом концепций.

День 11:

Оценка проектного отчета и проектной работы.

Общие вопросы для проектного отчета:

1. 1. Объяснить, как с помощью степеней подвижности можно создать робота, способного передавать движение в процессе манипулирования игровыми объектами.
   2. Объяснить, как с помощью рычажной системы робот может забрасывать игровые объекты в верхние ворота.
   3. Объяснить, как с помощью пассивной поддержки может быть достигнуто механическое преимущество робота.