Was sind Gears Was Sie Lektion Haben Sie

Was sind Gears Was Sie Lektion Haben SieLektion: Was Gänge sind? Was machen Sie?

Verwandte Curriculum

Die meisten Lehrmaterial in TeachEngineering sind hierarchisch organisiert; d.h .. die meisten Mitmach-Aktionen sind Teil des Unterrichts. Unterricht in multiday curriculare Einheiten gruppiert und diese wiederum sind in Themenbereiche gebündelt.

Einige Aktivitäten oder Lektionen wurden jedoch entwickelt, allein zu stehen, und daher könnten sie nicht auf diese strenge Hierarchie entsprechen.

Verwandte Curriculum zeigt, wie das Dokument, das Sie gerade betrachten passt in dieser Hierarchie von Lehrmaterial.

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Lektionen und Aktivitäten

Bereitstellung von K-12 Lehrer und College-Dozenten mit standardbasierten Engineering Lehrpläne zu helfen, Wissenschaft und Mathematik lebendig in K-12 Klassenzimmer zu machen.

Zusammenfassung

Die Schüler werden zu einem wichtigen Engineering-Element-das Getriebe eingeführt. Verschiedene Arten von Zahnräder sind in vielen technischen Geräten, einschließlich Wind-up-Spielzeug, Fahrräder, Autos und nicht-Digitaluhren verwendet. Die Schüler lernen über die verschiedenen Arten von Zahnrädern und wie sie in Maschinen arbeiten. Sie behandeln und LEGO Stirnräder als eine Übung in Übersetzungsverhältnissen zu kombinieren. Sie sehen, wie Zahnräder und verschiedene Räderwerk Anordnungen verwendet werden, um die Geschwindigkeit, das Drehmoment und die Richtung einer Energiequelle zu ändern. Dies bereitet sie dieses Wissen in vier verbundenen Tätigkeiten anzuwenden, um erfolgreiche Lösungen zu schaffen Herausforderungen zu entwerfen, die LEGO® MINDSTORMS NXT Roboter verwenden. Eine PowerPoint® Präsentation, Pre / Post-Quiz und ein Arbeitsblatt zur Verfügung gestellt.

Projektierung Anschluss

Gears stellen einen wichtigen Bestandteil von vielen mechanischen Vorrichtungen und sind in der Regel mit mechanischen Ingenieuren identifiziert (die manchmal genannt werden "Getriebeköpfe"). Auch wenn es nicht vor dieser Lektion Studenten offensichtlich sein können, sind Zahnräder in unserer Welt allgegenwärtig. Sie sind in den Mechanismen der PKW, LKW, Motorräder, Pumpen, analoge Uhren, Windturbinen, Bulldozer und die meisten technischen Maschinen gefunden.

Bildungsstandards

Jede TeachEngineering Lektion oder Aktivität korreliert mit einem oder mehreren K-12 Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen oder Mathematik (STEM) Bildungsstandards.

Alle 100,000 K-12 STEM-Standards in TeachEngineering abgedeckt werden gesammelt, gepflegt und von der Leistung Standard-Network (ASN) verpackt. ein Projekt von JES & Co. (www.jesandco.org).

In der ASN werden Standards hierarchisch aufgebaut: zunächst von der Quelle; z .. von Staat; innerhalb Quelle nach Typ; z .. Wissenschaft oder Mathematik; innerhalb Art von Subtyp, dann von Klasse, usw.

Neue Generation Science Standards: Wissenschaft
  • Definieren Sie ein einfaches Design-Problem ein Bedürfnis oder ein Kauf reflektieren, die bestimmte Kriterien für den Erfolg und Einschränkungen für Materialien, Zeit oder Kosten beinhaltet. (Klasse 3-5) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • Legen Sie die Kriterien und Einschränkungen eines Design-Problem mit ausreichender Genauigkeit eine erfolgreiche Lösung zu gewährleisten, unter Berücksichtigung der einschlägigen wissenschaftlichen Prinzipien und die möglichen Auswirkungen auf den Menschen und die natürliche Umgebung, die möglichen Lösungen einschränken kann. (Klasse 6 – 8) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Common Core Staat Standards: Math
  • Verstehen Sie das Konzept eines Verhältnisses und verwenden Verhältnis Sprache ein Verhältnis Verhältnis zwischen beiden Größen zu beschreiben. (Note 6) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • Verstehen Sie das Konzept einer Einheitssatz a / b mit einem Verhältnis a verbunden sind: b mit b ≠ 0, und bewerten Sie die Sprache im Zusammenhang mit einem Verhältnis Beziehung verwenden. (Note 6) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
International Technology and Engineering Educators Association: Technologie
  • Die Studenten werden ein Verständnis der Eigenschaften und der Umfang der Technologie zu entwickeln. (Klasse K – 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • Die Studenten werden ein Verständnis der Beziehungen zwischen Technologien und der Verbindungen zwischen Technologie und anderen Bereichen der Studie zu entwickeln. (Klasse K – 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • Die Studenten werden ein Verständnis für die Eigenschaften des Designs zu entwickeln. (Klasse K – 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Missouri: Wissenschaft
  • Entwickelt Objekte werden verwendet, um Dinge besser oder leichter zu tun, und einige Dinge zu tun, die auf allen (Klasse K – 5) nicht anders getan werden könnte, auf Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!

Pre-Req Wissen

Vor dieser Lektion, wird empfohlen, dass die Schüler die frühere Einheit in der Serie vervollständigen, wie Do-Sensoren arbeiten?

Lernziele

Nach dieser Lektion sollten die Studierenden in der Lage:

  • Erklären Sie die Rolle von Zahnrädern in mechanischen Vorrichtungen.

Einführung / Motivation

Wie viele von Ihnen haben Fahrräder? Wenn Sie mit dem Fahrrad fahren, wie ist die Energie, die die Beine verwendet erzeugen nach vorne, das Fahrrad zu schieben? Irgendwelche Ideen? (Hören Sie auf Schüler Ideen.) Die Pedale auf dem Rad ein Zahnrad drehen (sieht aus wie eine Scheibe mit Zähnen auf sie), die einen anderen Gang schaltet sich (eigentlich eine Riemenscheibe), über die Kette. Zusammengenommen finden wir in der Regel auf diese Teile als "Fahrradgangschaltung." Wie funktioniert diese Anordnung funktionieren?

In der heutigen Lektion werden wir bei unterschiedlichen Anordnung von Zahnrädern aussehen, die so genannte "Getriebezüge," und lernen, wie Getriebe Geräte können die Drehzahl, Drehmoment und Richtung einer Energiequelle zu ändern. Diese Konzepte sind wichtig für Sie zu verstehen, Sie sind bereit, die anstehenden technischen Herausforderungen in diesem Gerät zu bewältigen!

(Weiter durch die Präsentation zeigt und den Inhalt in der Lektion Abschnitt Hintergrund zu liefern.)

Lektion Hintergrund und Konzepte für Lehrer

Diese zweite Lektion in der Einheit führt in das Konzept der Zahnräder, die sie für den Geräte nachfolgenden Design-Herausforderungen bereitet, die LEGO MINDSTORMS NXT taskbots verwenden. Lassen Sie die Schüler arbeiten einzeln oder in kleinen Gruppen, abhängig von der Verfügbarkeit von LEGO Roboter liefert.

Seien Sie bereit, Studenten zu zeigen, die 17-slide Was Getriebe sind? Was machen Sie? Präsentation. ein Microsoft ® Powerpoint ®-Datei, die Lektion zu erteilen. Haben Sie bereit einen Computer / Projektor mit Internetzugang auch zwei Online-Videos zu zeigen, und eine Animation auf einer Website. Im Vorfeld Kopien der Gears Pre-Quiz und Gears Post-Quiz (jeweils pro Schüler), da beide als Anlagen und Rutschen vorgesehen, und die in Gang Arbeitsblatt (einer pro Student) abrufen.

Während der Lektion muss jede Gruppe die folgenden Materialien:

  • ein 1/16 Strahl
  • zwei # 6 Achsen mit einer Buchse auf der Rückseite
  • 8 Zahn
  • 40 Zahn
  • ein zusätzliches Getriebe jeder Größe

Hinweis: LEGO MINDSTORMS NXT Roboter, wie die NXT Base Set (5003402) für $ 159,98 bei https://shop.education.lego.com/legoed/en-US/catalog/product.jsp?productId=5003402& isSimpleSearch = false&Productline = NXT, die die gleiche Menge ist, die in diesem Gerät verwendet wird (beinhaltet programmierbare intelligente NXT Stein, 3 interaktive Servomotoren, Ton, Licht, Ultraschall und 2 Touch-Sensoren und viele andere Komponenten und Anweisungen). Auch die LEGO MINDSTORMS Education NXT Software 2.1, erhältlich als Einzellizenz (2.000.080) für $ 39,97 oder einer Site-Lizenz (5.003.413) für $ 271,96 bei https://shop.education.lego.com/legoed/en-US/catalog/ product.jsp? productId = prod120017&isSimpleSearch = false&Productline = LEGO MINDSTORMS + + Ausbildung + NXT. Ein Basis-Set können vier Gruppen dienen, da es zumindest vier der großen Zahnräder umfasst; der Rest der LEGO Basissatz und die zugehörige Software sind für diese Lektion nicht verwendet. Beispiel LEGO Stirnräder und eine Achse aus dem Basissatz.

Was sind Gears? Was machen Sie? Präsentation Outline (Folien 1-17)

  • Verabreichen Sie die Pre-Quiz durch das Austeilen von Papierkopien; das Quiz ist auch auf Schieber 2. Die Antworten sind für den Lehrer, die auf Schieber 3 zur Diskussion nach Studenten haben das Quiz abgeschlossen.
  • (Schieber 4 Einführung) die Lektion Ziel: Was sind Gänge und was tun sie? Motivieren Studenten darauf zu achten, mit dem Hinweis darauf, dass die Konzepte in der heutigen Präsentation wichtig sind, zu lernen und zu verstehen, um gut in den Design-Herausforderungen, die sie während der nächsten Klasse teilnehmen wird.
  • Beschreiben Sie, was ein Getriebe verwendet Schieber 5 und eine ausgezeichnete 11-minütige "Getriebe-Grundlagen" Video (Link auf Schieber 6 und im weiteren Multimedia-Support-Bereich). Gears kommen in verschiedenen Größen und Ausführungen; sie werden verwendet, um die Geschwindigkeit, das Drehmoment und die Richtung einer Stromquelle zu ändern. Themen im Video abgedeckt: Getriebearten, Getriebedreh, Übersetzungsverhältnis, Drehraten, mechanischen Vorteil und Anwendungsbeispiele (Fluss Schlösser und Fahrräder).
  • (Schieber 7 einen Überblick über die verschiedenen Arten von Zahnrädern, einschließlich Stirnräder, Schneckenräder, Kegelräder und Riemenscheiben) Geben Sie, wie in den Bildern gezeigt.
  • Entweder einzeln oder in kleinen Gruppen (je nach Anzahl der Lieferungen verfügbar) haben die Schüler in der folgenden einfachen Hands-on-Übung teilnehmen, das Konzept der Zahnräder zu verstärken. Geben Sie jeder Gruppe ein 1/16 Strahl, zwei # 6 Achsen mit einer Buchse auf der Rückseite, ein 8-Zahnrad, ein 40-Zahn-Zahnrad und ein weiteres Zahnrad jeder Größe (wie ein 24-Zahn-Getriebe).
  • Direkte Studenten zwei Zahnräder mit unterschiedlicher Größen zu montieren einen einfachen Balken verwenden, wie auf Schieber 8. und dann Übersetzungsverhältnisse erklären. Ein Übersetzungsverhältnis sagt uns, wie viele Umdrehungen eines Rades führen, wie viele Umdrehungen des anderen Gang. Also mit den gegebenen Getriebe, ist das Übersetzungsverhältnis 8.40 oder 1: 5, was bedeutet, dass 5 Umdrehungen des kleinen Gang Ursache 1 Umdrehung des großen Zahnrades.
  • Dann eine kleine Änderung vornehmen, wie auf Folie 9 gezeigt ist, um das Konzept der Losräder einzuführen. Um dies zu tun, fügen Sie Studenten zwischen den ersten beiden Gängen einen dritten Gang von einer beliebigen Anzahl von Zähnen (24 Zahn auf gezeigt Schieber 9 ).
  • Nach dieser Übung die Arbeitsblätter verteilen und Studenten stellen Antworten auf seinen beiden Fragen zu schreiben (auch auf Folie 10 ). Überprüfen Sie ihre Antworten ihr Verständnis der Übersetzungsverhältnisse zu überprüfen. Als eine Klasse teilen Freiwilligen ihre Antworten und diskutieren dann die Antworten (sofern auf Schieber 11 ).
  • Sobald die Schüler das Konzept der Übersetzungsverhältnisse zu verstehen, führen das Konzept des Drehmoments (Folie 12 ). Der entscheidende Punkt ist, dass bei einer bestimmten Leistungseinstellung auf der LEGO (oder jede Maschine), Leistung = Drehmoment x Drehzahl. Wenn der Strom konstant ist, zu erklären, dass Drehmoment und Geschwindigkeit werden in umgekehrter Beziehung. Dies bedeutet, dass ansteigendes Drehmoment verringert die Geschwindigkeit und umgekehrt.
  • Füllen Sie die Diskussion über Getriebetypen mit dem Konzept der Schneckengetriebe (Folie 13 ) Und Riemen / Riemenscheiben (Folie 14 ). Dazu gehören Studenten eine Online-Schneckengetriebe Beschreibung, Animation und 1 zeigt: 43-Minuten-Video (Links auf Folie 14 und im weiteren Multimedia-Support-Bereich).
  • Verabreichen Sie die Post-Quiz durch das Austeilen von Papierkopien; das Quiz ist auch auf gleiten 15. Die Antworten sind vorgesehen auf gleiten 16. Vokabular Begriffe und Definitionen werden bereitgestellt, auf Folie 17. Als nächstes führen die damit verbundenen Aktivitäten.

Vocabulary / Definitionen

Design: lose definiert, die Kunst, etwas zu schaffen, das nicht existiert.

Getriebe: Ein rotierendes Maschinenteil mit geschnittenen Zähnen, die mit einem anderen gezahnten Teil zur Drehmomentübertragung kämmen; in den meisten Fällen sind die Zähne auf beiden Zahnrädern in der Form identisch.

Riemenscheibe: Ein Rad auf einer Achse, die über ein Kabel / Gürtel / Kette entlang ihres Umfangs in Richtung ausgelegt ist, Bewegung und Veränderung zu unterstützen.

Drehmoment: Die Tendenz einer Kraft, um ein Objekt um seine Achse oder Drehpunkt zu drehen.

Verwandte Aktivitäten

  • Hare and Snail Herausforderungen – Studentengruppen-Design, Konstruktion und Test Getriebeübersetzungen und LEGO Roboter Gewichte um die taskbots gehen entweder schneller oder langsamer zu machen. Nach den Herausforderungen, sie erklären, wie unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse der Roboter Drehzahl und Drehmoment beeinflusst.
  • SumoBot Herausforderung – Studenten ihre Kenntnisse der Konstruktion und Programmierung LEGO Roboter sumobots starken Roboter fähig ist drängen andere Roboter aus einem Ring zu erstellen. Während Sie die Schritte des Engineering-Design-Prozess, betrachten Gruppen Roboterstruktur, Gewicht und Übersetzungsverhältnisse in ihren Entwürfen, mit dem Gewinner in einer Klasse Wettbewerb entschieden.
  • Line-Follower-Herausforderung – Studentengruppen sind gefordert LEGO Roboter mit Lichtsensoren zu programmieren, eine schwarze Linie zu folgen. Der Lichtsensor fungiert als robot "Auge" und informiert die NXT-Computer, wenn der Sensor auf dem Band ist, und wenn es nicht ist. Der Ziegel ist so programmiert, dass es "entscheiden" wie die Motoren zu bewegen, so dass der Lichtsensor das Band erfaßt, wodurch sichergestellt wird, dass der Roboter die Linie folgt. Teams testen ihre Ideen für Ansätze, das Problem zu lösen und schließlich eine (im Lieferumfang enthalten) Arbeitsprogrammierlösung lernen.
  • Robot Soccer Challenge – In der abschließenden Tätigkeit der Einheit, die Schüler lernen, wie man zwei LEGO NXT Steine ​​programmiert werden können, um Nachrichten senden und empfangen voneinander und entsprechend zu reagieren. Mit den (mitgelieferten) Programme, sie sehen, wie die Steuerung (ein NXT-Baustein, der als Fernbedienungsgerät) verschiedene Bluetooth-Nachrichten sendet, wenn seine Tasten gedrückt werden und wie der Empfänger (ein LEGO-Stein / taskbot) bewegt, wenn es Bluetooth-Nachrichten empfängt. Die Schüler untersuchen, wie die Programme im Tandem arbeiten, wie sie spielen "Roboterfußball."

Zubehör

Bewertung

Verstehen überprüfen: Haben reagieren die Schüler auf die zwei Fragen auf die in Gang Arbeitsblatt Get bereitgestellt (auch auf Folie 10) für ihr Verständnis auf Getriebezug Regelungen zu überprüfen und die entsprechenden Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Abtriebszahnrad. Lesen Sie die Antworten auf die Get in Gang Arbeitsblatt Antwort-Schlüssel (und schieben 11).

Zusammenfassung der Lektion Bewertung

Zusätzliche Multimedia-Unterstützung

Während der Lektion Präsentation, zeigen Studenten die hervorragende 11-minütige "Getriebe-Grundlagen" Video eine Einführung in die Gänge zu schaffen, geeignet für die Klassen 4 bis 9 behandelten Themen: Getriebearten, Getriebedreh, Übersetzungsverhältnis, Drehraten, mechanischen Vorteil und Anwendungsbeispiele (Fluss Schlösser und Fahrräder). https://www.youtube.com/watch?v=odpsm3ybPsA

Während der Lektion Präsentation, zeigen Studenten ein Schneckengetriebe Beschreibung und Animation bei http://en.wikipedia.org/wiki/Worm_drive. und ihre Anwendung in einem 1: 43-Minuten-Video, Schneckengetriebe Drehzahlregler, bei https://www.youtube.com/watch?v=S3XAeMCeZr0.

Referenzen

Mitwirkende

Sachin Nair, Pranit Samarth, Satish S. Nair

Copyright

Rahmenprogramm

GK-12-Programm, Computational Neurobiology Center, College of Engineering, University of Missouri

Danksagungen

Dieses Curriculum wurde unter National Science Foundation GK-12 Zuschuss nicht entwickelt. 0440524. DGE jedoch diese Inhalte stellen nicht unbedingt die Politik der National Science Foundation, und Sie sollten keine Billigung durch die Bundesregierung übernehmen.

Zuletzt geändert am: 30. April 2016

Quelle: www.teachengineering.org

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