Урок 1

Цели проекта

• Развитие инженерных навыков через практическое конструирование функционального автоматического мусорного ящика.
• Повышение навыков программирования через написание кода и программирование микроконтроллеров для управления мусорным ящиком.
• Популяризация экологического сознания через акцент на правильных методах управления отходами и принципах устойчивости.

Руководство для учителя

Проведите краткую инструкцию по работе с ножницами и картонными изделиями;

Поделите учеников на группы из 3-4х человек;

Техника безопасности на уроках STEAM

Междисциплинарная связь:

• Математика: В данном проекте учащиеся применяют математические концепции, такие как измерение и геометрия, для проектирования и конструирования физических компонентов автоматического мусорного ящика. Расчеты могут потребоваться для обеспечения точных размеров и углов для правильной функциональности, что усиливает понимание и применение математических принципов в реальном мире.
• Информатика: Учащиеся занимаются написанием кода и программированием с использованием микроконтроллеров Arduino для управления сервоприводом и реагирования на входные сигналы от датчиков. Через программирование они изучают алгоритмы, обработку данных и решение проблем, развивая важные навыки в области информатики, которые становятся все более актуальными в нашем технологически ориентированном мире.
• Физика: Концепции физики необходимы для проектирования механизма, открывающего крышку мусорного ящика. Учащиеся применяют принципы силы, движения и передачи энергии для создания эффективного и эффективного механизма, углубляя свое понимание физики и ее практических применений в инженерных и технологических проектах, подобных этому.
• География: Географическое понимание играет важную роль в оценке экологического воздействия управления отходами. Ученики анализируют паттерны распределения отходов, учитывая такие факторы, как плотность населения и урбанизация. Они изучают последствия накопления отходов, включая загрязнение и деградацию среды обитания. Понимание этих пространственных динамик помогает ученикам разрабатывать информированные стратегии для устойчивого управления отходами, способствуя экологическому здоровью и устойчивости. 

Примеры планов уроков.

Теоретическая часть

1. Урок по географии: Исследование влияния мусора на окружающую среду

Цель: Понять влияние управления отходами на окружающую среду и общественное здоровье, а также выработать стратегии устойчивого использования ресурсов.

Шаги урока:

Введение:

Обсуждение важности управления отходами для сохранения окружающей среды.

Подчеркивание роли географии в изучении распределения и последствий неправильной обработки мусора.

“В мире каждый год производится миллиарды тонн отходов, часть из которых попадает в океаны, приводя к загрязнению водных экосистем и гибели морской жизни. Это создает серьезные проблемы для биоразнообразия и здоровья человека. Управление отходами играет решающую роль в минимизации негативного воздействия нашей деятельности на окружающую среду.”

«Географические факторы, такие как климат, геология и демография, определяют, как мусор распределяется в природе. Понимание этих факторов помогает нам выявить наиболее уязвимые области и разработать стратегии для их защиты. География также помогает нам анализировать последствия неправильной обработки мусора на ландшафты, водные ресурсы и биоразнообразие, что важно для разработки эффективных методов управления отходами.»

Анализ распределения мусора:

Изучение карт мусороположения для определения основных точек накопления отходов.

Обсуждение факторов, влияющих на распределение мусора, таких как плотность населения, типы землепользования и социально-экономические факторы.

Пример обсуждения:

«Давайте посмотрим на карту мусороположения нашего района. Мы видим, что большое количество мусора сосредоточено в центре города, вблизи крупных торговых и промышленных объектов. Это объясняется тем, что в этих районах сосредоточена большая часть нашего населения, а также здесь находятся крупные торговые центры и предприятия, где происходит значительное скопление отходов. Также мы видим, что на окраинах города и в пригородах мусора существенно меньше, что связано с более низкой плотностью населения и менее активной промышленной деятельностью.»

Последствия мусора для окружающей среды:

Анализ воздействия неправильного управления отходами на биоразнообразие, водные ресурсы и земельные угодья.

Обсуждение последствий мусора для здоровья человека и общества.

Пример:

Анализ воздействия на биоразнообразие, водные ресурсы и земельные угодья:

Биоразнообразие: Неправильное обращение с отходами может привести к загрязнению и разрушению экосистем, что в свою очередь угрожает разнообразию видов и нарушает баланс в природе.

Водные ресурсы: Мусор, выброшенный в реки и океаны, загрязняет воду и угрожает животным и растениям, а также ухудшает качество питьевой воды для человека.

Земельные угодья: Захламленные мусором территории приводят к утрате плодородности почвы, что может негативно сказаться на сельском хозяйстве и экосистемах, включая потенциальную угрозу для продовольственной безопасности.

Обсуждение последствий для здоровья человека и общества:

Здоровье человека: Мусор является источником микроорганизмов, токсинов и вредных химических веществ, которые могут загрязнить воздух и воду, что приводит к росту заболеваний дыхательных путей, кожи и пищеварительной системы у людей.

Общественные последствия: Захламленная среда может снизить качество жизни в обществе, создавая негативное впечатление о месте проживания, привлекая вредных насекомых и грызунов, а также повышая риск чрезвычайных ситуаций, таких как пожары и наводнения.

Стратегии устойчивого использования ресурсов:

Изучение лучших практик по управлению отходами, включая переработку, повторное использование и сортировку мусора.

Разработка стратегий устойчивого использования ресурсов для уменьшения негативного влияния мусора на окружающую среду.

1. Изучение лучших практик по управлению отходами:

•        Проведение исследования современных методов управления отходами, используемых в других регионах или странах.
•        Анализ эффективности различных подходов к обработке и утилизации отходов, включая переработку, сжигание и захоронение.

2. Внедрение переработки и повторного использования:

• Разработка программ по сбору и переработке отходов, направленных на минимизацию объема мусора, направляемого на свалку.
• Популяризация и поощрение практик повторного использования товаров и упаковок для сокращения объема производимого мусора. 

3. Организация сортировки и утилизации мусора:

•      Внедрение систем сортировки мусора на местах, предоставляющих возможность разделения отходов на перерабатываемые и не перерабатываемые материалы.
•      Разработка механизмов для организации утилизации различных видов отходов, включая органические, пластиковые, стеклянные и бумажные материалы.

Пример: В рамках нашего проекта мы изучили передовые технологии переработки мусора, применяемые в различных странах мира. Мы выявили, что системы сортировки и переработки мусора на местах являются эффективным способом сокращения объема мусора, направляемого на свалку. На основе этого мы разработали стратегию внедрения подобной системы сортировки в нашем регионе, что позволит нам снизить негативное влияние мусора на окружающую среду и рационально использовать ресурсы.

Практические задания:

Групповая работа по исследованию и анализу местного мусороположения и его влияния на окружающую среду.

Разработка рекомендаций по улучшению управления отходами на основе проведенного анализа.

Обсуждение и обратная связь:

Обсуждение результатов групповой работы и представление рекомендаций по улучшению управления отходами.

Предоставление обратной связи и конструктивных замечаний по качеству проведенного анализа и предложениям по дальнейшему совершенствованию стратегий управления отходами.

Заключение:

Подведение итогов урока и подчеркивание важности устойчивого использования ресурсов для сохранения окружающей среды.

Напоминание об основной цели проекта и дальнейших шагах для ее достижения.

«Сегодня мы рассмотрели важность управления отходами для сохранения нашей окружающей среды. Мы изучили, как мусор влияет на биоразнообразие, водные ресурсы и здоровье человека. Наши исследования помогут нам разработать стратегии устойчивого использования ресурсов и улучшить управление отходами в нашем регионе.»

2. Урок по математике: Применение математических концепций в проектировании мусорного ящика

Цель: Освоить применение математических концепций, таких как измерение и геометрия, для проектирования и конструирования физических компонентов автоматического мусорного ящика.

Шаги урока:

2.1. Введение.

Обсуждение роли математики в проектировании и конструировании мусорного ящика.

Подчеркнуть важность точных измерений и расчетов для обеспечения правильной функциональности мусорного ящика.

«Сегодня мы начнем наш урок по математике, который будет посвящен применению математических концепций в проектировании и конструировании мусорного ящика. Математика играет важную роль в создании функциональных и эффективных устройств, включая автоматические мусорные ящики. В ходе этого проекта мы будем изучать, как правильные измерения и расчеты помогают обеспечить работоспособность и надежность нашего устройства. Правильные математические расчеты и измерения — ключевые компоненты для успешного выполнения нашего проекта. Давайте начнем исследовать, как мы можем применить наши математические знания на практике для создания автоматического мусорного ящика.»

2.2. Основы измерений и геометрии.

Повторение основных понятий измерений и геометрии, таких как длина, ширина, высота, углы и т. д.

Проведение практических упражнений по измерению объектов и расчету их размеров.

2.3. Проектирование корпуса мусорного ящика

Обсуждение основных требований к конструкции мусорного ящика и его компонентам.

Расчет необходимых размеров и углов для корпуса мусорного ящика, учитывая функциональные требования.

1. Основные требования к конструкции:

• Простота использования: Мусорный ящик должен быть легким в использовании, с минимальным количеством движущихся частей.
• Емкость и габариты: Ящик должен обеспечивать достаточное пространство для хранения различных видов мусора, при этом не занимая слишком много места в помещении.
• Прочность и долговечность: Конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать нагрузку от заполненного мусора, и долговечной, чтобы обеспечивать длительный срок службы.

2. Расчет размеров и углов:

• Размеры корпуса: Измеряем пространство, в которое будет помещаться мусорный ящик, и определяем оптимальные габариты корпуса, учитывая его емкость и доступность для пользователей.
• Углы наклона крышки: Рассчитываем углы наклона крышки, чтобы обеспечить удобный доступ к контейнеру для выемки мусора, при этом предотвращая возможные травмы и обеспечивая эстетически приятный внешний вид.

Пример расчета размеров и углов:

Размеры корпуса:

Допустим, что пространство для размещения мусорного ящика имеет следующие габариты: длина — 80 см, ширина — 60 см, высота — 100 см. Мы определяем оптимальные размеры корпуса, учитывая его емкость и доступность для пользователей. Например, корпус может иметь размеры 70 см в длину, 50 см в ширину и 80 см в высоту, чтобы обеспечить достаточное пространство для хранения мусора и легкость доступа к контейнеру.

Углы наклона крышки:

Рассчитываем углы наклона крышки для обеспечения удобного доступа к контейнеру для выемки мусора и предотвращения возможных травм. Например, мы можем выбрать угол наклона крышки в 45 градусов, чтобы обеспечить удобство для пользователей при открытии и закрытии крышки. При этом эстетически приятный внешний вид достигается благодаря сочетанию углов и геометрических пропорций корпуса и крышки.

2.4. Практические задания

Разделение учащихся на группы и предоставление заданий по проектированию различных компонентов мусорного ящика (например, стен, дна, крышки).

Работа в группах над решением задач и проведение расчетов для обеспечения правильных размеров и углов.

2.5. Обсуждение и обратная связь

Обсуждение результатов работы групп и представление полученных решений.

Предоставление обратной связи по качеству проведенных расчетов и предложения по доработке проекта.

2.6. Заключение

Подведение итогов урока и подчеркивание важности применения математических концепций в реальных проектах.

Напоминание об основной задаче проекта и дальнейших шагах для его завершения.

“Сегодня мы рассмотрели, как математические концепции, такие как измерение и геометрия, играют важную роль в проектировании и конструировании мусорного ящика. Мы увидели, как правильные расчеты размеров и углов обеспечивают функциональность и эффективность нашего устройства. Это отличный пример того, как математика применяется на практике и как она важна для успешного выполнения проектов в реальной жизни.”

«Не забывайте, что наш основной проект — создание автоматического мусорного ящика. Наши уроки помогают нам развивать необходимые навыки и знания для успешной реализации этой задачи. На следующем уроке мы перейдем к следующему этапу проекта, который будет связан с программированием и созданием механизма управления. Постараемся максимально эффективно использовать наши математические и инженерные знания для достижения цели проекта.»

Практическая часть

1. Внешняя часть мусорного ящика.

1.1 Возьмите 2 картона размером 60 см х 45 см. С помощью линейки и карандаша начертите на них чертеж корпуса мусорного ящика как показано на рисунке ниже. Вам необходимо начертить 2 штуки таких чертежей.

1.2 Вырежьте полученные макеты.

1.3 В правом нижнем углу вырежьте прямоугольник размером 3 см х 4 см.

1.4 С помощью термопластичного клея приклейте 2 части коробки друг к другу как показано на картинке ниже.

2. Нижняя часть мусорного ящика.

2.1 На картоне размером 40 см х 40 см начертите чертеж как показано на рисунке ниже.

2.2 Вырежьте макет.

2.3 Согните макет по линиям как на картинке.

2.4 Согните края и расположите деталь в нижней части коробки. Приклейте боковые части с помощью термопластичного клея.

3. Крышка мусорного ящика.

3.1 На картоне размером 35 см х 35см начертите чертеж крышки как показано на картинке.

3.2 Сделайте надрезы в указанных местах шириной 0.5 см.

3.3 Отступите во внутреннюю часть 1.5 см и нарисуйте квадрат.

3.4 Сделайте надрезы на 3 сторонах полученного квадрата. По линиям надрезов сделайте дополнительный надрез толщиной 0.5 см (это необходимо для того чтобы крышка свободно открывалась).

3.5 Согните крышку несколько раз вокруг оставшейся стороны.

4. Установка серво мотора и механизма открывания двери.

4.1 Расположите крышку ящика как показано на рисунке ниже. Отступите от не вырезанной стороны крышки (место сгиба) 3 см и прилейте серво мотор с помощью термопластичного клея.

4.2 Вырежьте из картона окружность диаметром 6 см.

4.3 Разделите окружность на две равные части по середине. Сделайте отверстия с помощью ручки в центре деталей ближе к верхней части как показано на картинке. 

4.4 Согните детали в нижней части (ширина сгиба 0.5 см).

4.5 Отступите от не вырезанной части крышки (место сгиба) 11 см и приклейте детали с помощью термопластичного клея (область указана зеленым уветом).

4.6 Вырежьте кусок от ватной палочки размером 2 см.

4.7 Вырежьте кусок от трубочки для сока размером 8.5 см. В одной части полученной детали сделайте отверстие с помощью ручки. Вставьте в отверстия кусок от ватной палочки. 

4.8 Поместите кусок от ватной палочки в отверстия полуокружностей из картона как показано на картинке. Приклейте края с помощью термопластичного клея. 

4.9 Вырежьте часть от деревянной шпажки размером 7.5 см. В одной части полученной детали сделайте надрез как показано на картинке.

4.10 Приклейте пластиковую деталь от сервомотора к куску деревянной шпажки под углом 135 градусов (используйте термопластичный клей).

4.11 Наденьте полученную деталь на серво мотор и трубочку. 

4.12 Отступите от верхней части крышки 4.5 см. Расположите ультразвуковой модуль кругами вниз и сделайте пометки карандашом.

4.13 Вырежьте окружности и расположите на них ультразвуковой модуль. Приклейте края с помощью термопластичного клея.