工程设计过程循环是一个循环的迭代过程

学习目标

  1. 材料可以通过相互结合使用来影响热传递速率。
  2. 不同的材料防止不同类型的热传递。
  3. 工程师在一系列限制(时间,材料,空间,资金)中工作,运用科学知识和创造力来设计解决问题的方案。

课程内容

  1. 基于从材料实验中获得的知识,设计和建造保护企鹅形状冰块的房屋。

课程目标

在本课结束时,学生将能够:

  • 结合不同材料的特性,完成一个独特的设计。
  • 建造一个可以减慢热传递速率的设备,使企鹅形状冰块不融化。

课程简述

  1. 学生讨论工程和工程师是什么(15分钟)
  2. 学生根据需要进行额外的实验并分享结果(10分钟)
  3. 学生设计初始房屋(15分钟)
  4. 学生根据需要在材料站购买必要的附加材料(10分钟)
  5. 学生建筑房屋(40分钟)

背景

工程设计过程循环是一个循环的迭代过程,包括识别问题、头脑风暴解决方案、科学研究、设计、测试和再设计。对于这个过程有很多不同的陈述和描述,没有一个过程是“正确的”,但是,下面的循环是一个很好的示例,来告诉学生将在每个部分中做什么。

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工程设计过程循环

教师材料

  • “什么是工程” PowerPoint
  • 7个 带夹具的灯(每组学生一个)
  • 1个 黑色储物箱(或黑色喷漆箱)
  • 7个 即读数字温度计
  • 7个 石膏企鹅-把湿石膏放入企鹅模具中,干燥过夜,并取出备用。
  • 玩具货币(每组100美元游戏币)

学生资料(每组)

  • 胶水、胶带、剪刀各1个
  • 1个 故事板(来自于第一课)
  • 1盒 彩笔或铅笔

课前制备

  1. 影印“工程设计过程”讲义。
  2. 重温“什么是工程”PowerPoint,让学生讨论一个没有工程师的世界会是什么样子,以及一些工程师正在做什么来使世界变得更美好。
  3. 设置一个材料站,允许学生适用玩具货币来购买建筑材料。
  4. 设立至少三个实验站,最好每组学生一个。
    每个站都需要:
  • 1个 带有夹具的灯,放置在18英寸的工作台上
  • 1个 数字计时器
  • 2个 即读数字温度计

课程步骤

  1. 展示“什么是工程”PowerPoint,让学生讨论一个没有工程师的世界会是什么样子,以及一些工程师正在做什么来使世界变得更美好。让学生在故事板上绘制关于对工程的理解。
  2. 分配一个石膏企鹅和一个盒子,每组只有一个样品。这些材料是通过“贷款”从材料站获得的,所使用的每种材料的费用必须包含在成本中。(这个步骤减少了购物时间,将一些必备的材料分发给了各组)。
  3. 向每个小组分发100美元的游戏资金。向学生解释他们可以使用所有“贷款”来的样品,并允许使用100美元的游戏币在材料站购买额外的材料。他们需要决定在材料站购买哪些额外的材料。
  4. 向学生展示价格图。
    *教师注意:以下给出的是建议价格。这些价格是基于材料真实的价格(价格翻了10倍)。
    材料站材料(建议价格)
![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/1940895-81b68bc0476cff2c.png)

材料站价格表
  1. 学生应该随时更新他们使用在自己小屋设计上的建筑材料。告诉学生在课程结束的时候,他们需要展示一个列表,来显示房屋使用的建筑材料并计算建筑“成本”。
  2. 当学生最终决定使用何种材料建造自己的小屋时,让他们将材料添加到故事板上。
  3. 让学生开始他们的原型房屋建造,并在材料站购物。
  4. 在施工过程中拜访每一组学生。和每个小组讨论他们的设计方案,并确保他们能说出为什么选择设计中使用的材料。使用以下问题进行提问,让学生通过语言表达来展示他们的创造力和逻辑思维:
  • 光可以进入冰屋并融化企鹅吗?
  • 热气能通过对流进入你的屋子吗?
  • 热量从黑色的地板是如何转移到你的屋子里的?
  • 减缓热传导/辐射/对流的方法是什么?
  • 你的房屋设计有什么特点,以达到在夏天阻隔热量的目的?(密封窗户不让热空气通过对流进入房屋,阁楼阻挡辐射进入卧室,挑檐在全天阻挡光线通过窗户照射进入房屋,使用地下室防止第一层和地面之间的传导,墙壁上的保温材料减慢房屋外部和内部之间的热传导。)
  • 你为什么选那个颜色的材料?
  • 你有没有对你的材料进行测试,来确保它能达到你想要的效果?
  • 一层和多层的材料对比,哪种更好?
  • 如果空气是一个很好的隔热材料,你怎么能捕获更多的空气?
  • 气泡膜对房屋的隔热能力起到作用了吗?

总结

  1. 让学生在故事板上绘制他们的设计方案。让学生标注他们使用的材料,并指出阻碍了哪些类型的热传递。下面是一组八年级学生在故事板上绘制的设计方案,以及第一代“企鹅房屋”样本。
![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/1940895-bd55d5c7fc3e933e.png)

学生故事板上的设计方案



![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/1940895-4f58b095a6bde6ed.png)

第一代“企鹅房屋”样本