O privire rapida

Nivel de clasă: Gimnaziu

provocare

Timp cerut: 3 ore (ghici!)

(trei perioade de curs de 60 de minute)

Domenii de subiect: Informatică, științe ale vieții, rezolvarea problemelor, știință și tehnologie

O privire rapida

Proces complet de proiectare Aceste resurse oferă studenților posibilitatea de a finaliza procesul complet de proiectare inginerească pentru a rezolva o provocare de proiectare furnizată sau generată de studenți.

(trei perioade de curs de 60 de minute)

Aboneaza-te la newsletter-ul nostru

Educatorii împărtășesc experiențe

  • Recapitulare provocare Maker
  • Materiale și consumabile pentru producător
  • Atașamente
  • Începe
  • Resurse
  • Timp Maker
  • Învelire
  • sfaturi
  • Mulțumiri
  • Comentarii și sfaturi ale utilizatorilor

Faceți-vă propriul podometru!

Recapitulare provocare Maker

Permiteți elevilor să-și îmbrace pălăriile de inginer biomedical pentru a ajuta la rezolvarea unei probleme din lumea reală: obezitatea în comunitatea școlii medii. Elevii folosesc procesul de proiectare inginerească pentru a proiecta, crea și testa un pedometru care ține evidența numărului de pași pe care o face o persoană. Studenții explorează, de asemenea, relația dintre tehnologiile purtabile și condițiile generale de sănătate, în special obezitatea, prin diferite lucrări de cercetare legate de sănătate, cercetări online și scurte documentare. Elevii folosesc un procesor micro: bit și Microsoft Make Code pentru a-și construi prototipul. Această provocare de producător utilizează procesul de proiectare inginerească, deoarece expune studenții la codificare de bază, aplicații de procesare micro: biți și modul în care programarea și ingineria pot fi utilizate pentru rezolvarea problemelor de sănătate. În cele din urmă, elevii își testează acuratețea pedometrului prin efectuarea unor experimente simple de sine pentru a compara numărul de pași într-o zi.

Materiale și consumabile pentru producător

Notă: țesăturile și adezivii sunt sugestii, dar nu reprezintă în niciun caz o listă exhaustivă; simți-te liber să devii creativ!

  • kit micro: bit Go (cablu, pachet de baterii și 2 baterii AAA incluse), pe grup disponibil online într-un pachet de 10 pachete
  • computer care rulează Windows, OS X sau Linux
  • Acces online Microsoft MakeCode
  • țesătură de îmbrăcăminte, 30 cm x 10 cm, per grup (tricourile vechi funcționează bine)
  • țesătură din denim, 30 cm x 10 cm, per grup
  • Velcro cu suport adeziv, 5 cm x 5 cm per grup
  • bandă dublă, 22 cm x 5 cm, per grup
  • rigla și stiloul
  • foarfece
  • smartphone sau dispozitiv cu acces la o aplicație de contorizare a pașilor; exemple: Google Fit, Leap Fitness Step Counter and Pedometer & MyFitnessPal (Android)/Pacer Pedometer & Step Tracker, Stepz & Accupedo (Apple), FitBit
  • Diagrama KLEWS
  • Foaie de lucru pentru procesul de proiectare inginerie

Fișe de lucru și atașamente

Începe

Știați că datele recente arată că aproape 1 din 5 copii și tineri în vârstă de școală (6-19 ani) din Statele Unite suferă de obezitate? (Arătați elevilor Figura 1, „Procentul de liceeni care au avut obezitate în Statele Unite în * 2017.”)

Figura 1. Procentul de liceeni care au avut obezitate în 2017.

De ce crezi că toți acești tineri se luptă cu obezitatea? De ce este obeză considerată o problemă de sănătate? Ce se întâmplă dacă copiii sunt obezi? (Ascultați răspunsurile elevilor.)

Răspunsuri posibile: (Tinerii se luptă cu obezitatea pentru că nu se descurcă, mănâncă alimente nesănătoase, petrec prea mult timp pe computer, prânzurile școlare îi fac obezi etc. Obezitatea poate duce la alte probleme de sănătate, cum ar fi diabet, hipertensiune arterială, subțierea arterelor, depunerea de grăsimi a arterelor, cardiovasculare în viața ulterioară, asomarea creșterii copiilor etc.)

Cum putem ajuta noi, ca ingineri și programatori, să rezolvăm această problemă folosind tehnologia? (Ascultați răspunsurile elevilor.)

Răspunsuri posibile: (Creați jocuri care să permită copiilor să adauge mișcare în ziua lor, să creeze dispozitive sau aplicații care să le permită copiilor să își monitorizeze starea de sănătate și dieta, cum ar fi un pedometru, să sensibilizeze obezitatea printr-un curriculum educațional, prânzuri sănătoase gratuite etc.)

Sarcina dvs.: ajutați studenții ca dvs. să depășească obezitatea prin proiectarea și testarea propriului podometru folosind un procesor micro: bit, Make Code și câteva consumabile de artă și ambarcațiuni. Un micro: bit poate fi transformat într-un pedometru folosind Make Code, obiectivul dvs. va fi să vă programați micro: bit pentru a afișa un număr care se modifică pe măsură ce individul se mișcă și micro: bit se agită.

Mulți factori trebuie luați în considerare la proiectarea pedometrului, mai ales datorită naturii sale ca tehnologie portabilă. Țineți minte clienții în timp ce proiectați caracteristicile fizice ale pedometrului.

După crearea primului dvs. prototip, ați putea pune întrebarea: Cum putem îmbunătăți bitul micro: pentru a fi mai eficient ca pedometru? Aș putea folosi alt microcontroler în loc de micro: bit? Tu și colegii tăi ingineri trebuie să-ți dai seama singur. Nu uitați să vă testați prototipul la fel cum ar face inginerii - folosind pedometrul pentru o zi întreagă pentru a vă verifica propriul număr de pași.

Resurse

  • Consultați hub-ul procesului de proiectare inginerie pentru TeachEngineering pentru a vă ghida studenții prin provocare.
  • Obezitate la copii: o comparație a obiceiurilor de sănătate ale elevilor de gimnaziu din două comunități, Biblioteca Națională de Medicină din SUA
  • Utilizarea pedometrelor pentru a crește activitatea fizică la femeile supraponderale și obeze: un studiu pilot, Biblioteca Națională de Medicină din SUA
  • Prevalența obezității adolescenților: tendințe în timp (2003-2017), centre pentru controlul și prevenirea bolilor
  • Gândirea pe picioare: exercițiile din clasă ajută la combaterea obezității copiilor în timp ce copiii învață, Michigan News, Universitatea din Michigan
  • Elevii ar trebui să învețe cum să facă provocări de codare de bază cu micro: bit în Make Code.
  • Poate ajuta studenții cu prototipul lor, dacă le oferiți acest tutorial de ceas.

Timp Maker

  1. Întrebați: Identificați nevoile și constrângerile (10 minute):
    • Înmânează studenților foaia de lucru a procesului de proiectare inginerie. Informați studenții, acest proces este folosit de ingineri pentru a rezolva probleme. Asistați elevii cu Pasul 1: Întrebați elevii: Care este problema pe care încercăm să o rezolvăm? Cine este afectat de această problemă? De ce este importantă și relevantă această problemă? Asigurați-vă că studiați în continuare elevii care nu includ toți parametrii problemei. Puneți elevii să își înregistreze răspunsurile pe foaia de lucru a procesului de proiectare inginerie.
    • Răspunsuri posibile ale elevilor: (Problema este obezitatea. Afectează copiii și chiar adulții. Această problemă este importantă, deoarece dacă nu găsim o soluție - oamenii vor muri sau vor suferi de o calitate slabă a vieții.)
  1. Cercetare/Brainstorming independent (30 de minute):
    • Solicitați studenților una dintre aceste lucrări de cercetare: „Obezitatea la copii: o comparație a obiceiurilor de sănătate ale elevilor de gimnaziu din două comunități” sau „Utilizarea pedometrelor pentru a crește activitatea fizică la femeile supraponderale și obeze: un studiu pilot”. Vezi Resurse.
  1. Imaginați-vă soluții posibile: brainstorming-ul echipei (30 de minute):
    • În grupuri, discutați posibile soluții la problema obezității la elevii de gimnaziu. Înregistrați ideile pe o diagramă de ancorare.
    • Dovezi ale cercetării studenților: [Diagramele KLEWS și diagrama de ancorare]
    • Oferiți elevilor timp pentru a-și despacheta micro: biții și pentru a explora site-ul web Make Code. Puneți-i să aleagă un proiect pentru a lucra independent.
  1. Proiectare (40 de minute):
    • Indicați elevilor să lucreze la crearea codului care va fi folosit de pedometrele lor; acordați elevilor mai mult sau mai puțin timp, în funcție de experiență și de dimensiunile grupului.
    • Creați un spațiu pentru producători în care sunt disponibile toate materialele proiectului, inclusiv diferite opțiuni de țesătură, materiale adezive și instrumente de măsurare. Încurajați elevii să experimenteze cu diferite țesături și materiale adezive pentru a crea un ceas care le va ține pedometrul.
  1. Evaluează (în clasă 10 minute):
    • Puneți elevii să-și testeze pedometrul o zi întreagă. Odată ce se întorc, permiteți-le să își evalueze produsul și să se gândească la alte inovații. Dacă este posibil, cereți elevilor să compare datele colectate cu o aplicație de contorizare a pașilor.
  1. Re-proiectare (10 minute):
    • Puneți-i pe elevi să se gândească de ce datele lor sunt diferite de datele aplicației. Ce a funcționat bine în pedometrele lor? Rugați-i să se gândească la ce s-ar putea face pentru a-și îmbunătăți pedometrul. Accentuarea faptului că evaluarea și reproiectarea nu înseamnă „pornire de la capăt” - ci mai degrabă înseamnă „îmbunătățire ulterioară” sau iterație.
    • Răspunsuri posibile: (Utilizați un alt microcontroler. Schimbați programul, astfel încât să fie detectată o mișcare ușoară ca un pas. Creați un pedometru pentru gleznă în locul unui ceas. Adăugați un program care redă un sunet atunci când se ating 1.000 de pași pentru a încuraja utilizatorul.)
  1. Comunicați idei (40 de minute):
    • Elevii își prezintă desenele și programele și compară datele folosind PowerPoint sau Foi de calcul Google - aceasta include și capturi de ecran ale programului lor. Încurajați publicul să pună întrebări de sondare.
    • Exemple de întrebări de sondare:
      • Care a fost cea mai grea sau simplă parte a proiectului dvs. și de ce?
      • Cum ați folosit procesul de proiectare inginerească în proiectul dvs.? De ce a fost util acest proces proiectului dvs.?
      • Care este intrarea/ieșirea ceasului? Ce înseamnă „procesarea” ceasului dvs.?
      • Cum ar putea pedometrul tău să rezolve problema obezității?
      • Dacă ați putea solicita materiale suplimentare, ce ați dori și cum ați folosi aceste materiale?

Exemplu de cod pentru crearea unui pedometru folosind un procesor micro: bit și editorul Make Code

Învelire

Ca o clasă, cereți elevilor să împărtășească, să compare și să reflecteze asupra modului în care își pot îmbunătăți designul și eficiența produselor:

  • Dacă ați putea reproiecta sau reprograma pedometrul, cum l-ați schimba? De ce ați face aceste schimbări?
  • Ce discrepanțe ați observat când ați folosit pedometrul? Cum ați remedia aceste discrepanțe în următorul dvs. prototip?
  • V-ați putea gândi la o altă soluție posibilă, folosind tehnologia pentru a rezolva problema obezității la copii?

  • Elevii vor avea nevoie de timp pentru a explora mediul de programare dacă aceasta este prima lor experiență de programare. Timpul este încorporat pentru explorarea pură.
  • Pentru un proiect mai provocator, nu oferiți elevilor tutorialul Make Code.

Colaboratori

Program de sprijin

Mulțumiri

Această activitate a fost dezvoltată ca parte a Experienței de cercetare pentru profesori prin intermediul Biroului de angajare STEM și Departamentul de inginerie electrică și informatică de la Universitatea Rice, sprijinit de Fundația Națională pentru Științe sub numărul de subvenție NSF CEE 1648451. Orice opinii, constatări și concluzii sau recomandări exprimate în acest material sunt cele ale autorilor și nu reflectă neapărat punctele de vedere ale Fundației Naționale pentru Științe sau ale Universității Rice.

Mulțumiri speciale pentru Christina Crawford, Allen Antoine cu Biroul Universității Rice pentru angajament STEM și Yongyi Zhao cu Scalable Health Labs de la Universitatea Rice pentru ajutorul și sprijinul său în dezvoltarea acestei activități.

Ultima modificare: 31 iulie 2020