آب، آب
آب، آب
توضیح اولیه
دانش آموزان مقدار آبی را که به طور روزانه استفاده می کنند با سهم روزانه آب هر نفر در یک شاتل فضایی مقایسه می کنند. آن ها وزن و مقدار فضایی را که اشغال کرده است، با یک گالن آب تخمین می زنند. دانش آموزان داده های تحقیق خود را جمع آوری کرده و پس از نظم دادن به آن ها و کشیدن نمودار، آن ها را تحلیل و تفسیر می کنند.
اهداف
دانش آموزان خواهند توانست؛
- یک گالن را به عنوان واحد حجم بشناسند.
- وزن یک گالن آب را اندازه گیری کنند و تخمین بزنند.
- حجم ظروفی را که ظرفیت 1 گالن دارند، را در مقیاس سانتیمتر مکعب اندازه گیری کنند و تخمین بزنند.
- شکلهای ظروف مختلف با حجم برابر را مقایسه کنند.
- یک ظرف با حجم یک گالن و یکی با حجم 6 گالن طراحی کنند.
- داده ها را جمع آوری تحلیل کرده سپس نمودار آن ها را رسم نمایند.
وسایل لازم
- یک گالن پلاستیکی سربریده و یک ظرف 0.5 لیتری برای هر گروه
- مکعب های یک سانتیمتری به تعداد 231 عدد برای هر گروه
- مقوای نازک، قیچی، مداد رنگی و نوار برای هر گروه
- ترازوی با درجه بندی
- یک کاغذ سفید با ابعاد 14×11 یا بزرگتر برای هر گروه
- یک ظرف یک گالنی مستطیلی
طرح درس
ناسا سهم آب روزانه هر فضانورد را 6 گالن در نظر گرفته است. این محدودیت به دلیل سنگینی آب، لازم است. هر 500 گرم وزن اضافه باعث سنگینتر شدن شاتل در زمان پرتاب به هوا شده و در نتیجه سوخت بیشتری نیاز است. علاوه بر این ، آب فضایی را اشغال می کند که برای سایر بارهای مفید می تواند به کار گرفته شود.
قسمت اول: یک گالن آب چقدر سنگین است؟
از دانش آموزان بخواهید به گروه های کوچک تقسیم شوند و همه ی موارد مصرف آب روزانه ی خود را لیست کنند. طی یک بحث جمعی در کل کلاس، لیست تهیه شده توسط گروه ها را در یک جدول کلی جمع آوری کنید. لیست را برای بعد نگه دارید.
در هر گروه، دانش آموزان باید در مورد اینکه چقدر در طول روز آّب مصرف می کنند، بحث نمایند. اعضا هر گروه، ارزیابی های کل گروه را ثبت می کند، و ارزیابیهای هر گروه در یک جدول جدید ارائه می شود.
ممکن است که شما بخواهید یک بحث کلاسی در مورد دلایل منطقی دانش آموزان برای ارزیابی هایشان راه بیاندازید. چنین بحثی به شما و دانش آموزان کمک می کند تا شناخت اولیه آن ها از واحدهای اندازه گیری حجم و روابط بین این واحدها را مشخص کنید.
سوالات زیر را در کلاس مطرح کنید:
• آیا شما می توانید یک روز خود را با 6 گالن آّب سپری کنید؟
• چه تغییراتی در نحوه مصرف آب باید ایجاد کنید؟
• هشت لیوان 30 گرمی معادل چه مقدار آب است؟
• فکر می کنید روزانه چقدر آب می نوشید؟
پس از اینکه دانش آموزان به اینکه روزانه چقدر آّب مصرف می کنند، فکر کردند، لغات گالن و وزن را مرور کنید. یک ظرف یک گالنی که عایق آب است، روی ترازو گذاشته و ترازو را روی صفر تنظیم کنید(کالیبره کنید). از دانش آموزان بپرسید که چرا ترازو را در حالی که ظرف روی آن است روی صفر تنظیم کردید.(چون زمانی که شما وزن را بدست می آورید، این وزن تنها مربوط به آب خواهد بود، نه مجموع آب و ظرف)
سوالات زیر را در کلاس مطرح کنید:
• آیا تاکنون یک گالن آب را حمل کرده اید؟
• به نظر سنگین می آید یا سبک؟
• یک گالن آّب چقدر سنگین است؟
• چند تا ظرف 0.5 لیتری آّب در یک ظرف یک گالنی ریخته شود تا آنرا پر کنید؟
• 0.5 لیتر آب چقدر سنگین است؟
دانش آموزان نوبت می گیرند و یکی یکی با ریختن ظرفهای 0.5 لیتری آب، ظرف را پر می کنند. قبل از افزودن هر ظرف نیم لیتری باید کار را متوقف کرده و وزن را تخمین بزنند. بعد از افزودن هر 0.5 لیتر باید وزن را اندازه گیری و ثبت کرده و در مورد مشاهدات خود بحث کنند.
بعد از این که اولین 0.5 لیتر در ظرف ریخته شد، از آن ها بپرسید که فکر می کنند دو تا 0.5 لیتر چقدر سنگین خواهد بود. و درباره ی وزن 3 تا 0.5 لیتر نیز پیش بینی کنند.
بعد از اینکه دومین 0.5 لیتری در ظرف ریخته شد، از دانش آموزان بخواهید که تعیین کنند پیش بینی هایشان چقدر به واقعیت نزدیک بود. سپس سومین 0.5 لیتر را بیفزایند. به این سوالات پاسخ دهند.
• چند تا 0.5 لیتری در ظرف ریخته ایم؟
• آیا بیش از نصف گالن پرشده است؟
• آیا می خواهید عدد تخمینی خود را در مورد تعداد ظرف های 0.5 لیتری که گالن را پر می کنند و یا در مورد سنگینی یک گالن آب، تغییر دهید؟
دانش آموزان تا وقتی که وزن یک گالن را اندازه گیری و ثبت کنند به پر کردن ظرف ادامه می دهند. زمانی که آن ها تعداد ظرفهای 0.5 لیتری مورد استفاده برای پر کردن گالن و وزن هر مرحله را ثبت کردند، آن ها را ترغیب کنید تا شیوه اندازه گیریها را شرح دهند.
تأکید کنید که در طول تحقیق، دانش آموزان تخمینها و پیش بینیهای گوناگونی داشته باشند. برخی از تخمینها و پیش بینی های آن ها را نامگذاری کنند. آن ها را تشویق کنید که در مورد روشهای سازماندهی و ارائه این تخمینها و پیش بینیها فکر کنند.
از دانش آَموزان دعوت کنید تا در گروه های کوچک با هم کار کنند تا فعالیت زیر حل شود.
هر گروه باید تصمیم بگیرد که چگونه داده های تحقیق را مرتب کند و نمایش دهد: تخمینها، پیشنهادها و اندازه گیریها. سپس آن ها نمودارهای خود را به کلاس ارائه کرده و با کمک کلاس آن ها را تفسیر می کنند. آنها باید نمودارهای خود را روی صفحه ی شطرنجی رسم کنند.
یک بحث آزاد در مورد روشهای ارائه تخمین ها، پیش بینی ها و اندازه گیری ها، راه بیاندازید.
سوالاتی مانند زیر برای دانش آموزان مطرح کنید:
• روشهای مناسب نشان دادن اندازه گیریهای وزن ظرف، زمانی که هر 0.5 لیتری افزوده می شد، چیست؟
• فکر می کنید بهترین راه نمودار کشیدن برای تخمینهایی که در مورد تعداد 0.5 لیتری های موجود در یک گالن زده شد چیست؟ در مورد وزن پیش بینی شده چطور؟
• چه الگو و یا رابطه ای در نمودارها می توانیم ارائه کنیم؟
در صورتیکه برای دانش آموزان شما مناسب است، می توانید تجزیه و تحلیل داده ها را با کمک دانش آموزان شروع کنید تا میانگین پیش بینیهای آن ها درباره وزن هر ظرف 0.5 لیتری اضافه شده به ظرف را بیابید. این تحلیل می تواند با ماشین حساب یا با نرم افزارهای دیگر انجام شود.
از گروه ها بخواهید نمودارها و یافته های خود را به کلاس ارائه کنند. کلاس را ترغیب کنید که در مورد استراتژیهای مختلفی که برای ارائه بکار برده اند، بحث کنند. برای شروع تفسیر نمودارهایشان، از گروه بپرسید که نمودار آن ها چه چیزی را نشان می دهد.
کلاس خواهد یافت که وزن هر گالن آب حدود 4کیلوگرم می باشد. در مورد عواملی که باعث متفاوت بودن نتیجه ها شده است با دانش آموزان بحث کنید: دقت در اندازه گیری، استفاده از ابزار اندازه گیری گوناگون، سهولت و دقت در خواندن درجهی دستگاه اندازه گیری. با سوالات زیر تحقیق دانش آموزان را به محدودیت مقدار آب فضانوردان، مربوط کنید:
• اگر یک گالن اَب 4کیلوگرم باشد، وزن آب روزانه هر فضانورد چقدر است؟
• فرض کنید خدمه ی فضاپیما 7 نفر باشند. وزن آب روزانه کل خدمه چقدر است؟
در صورت صلاحدید، از دانش آموزان بپرسید اگر وزنها بدون تغییر باشند، آن ها در کجای منظومه ی شمسی قرار گرفته اند. دانش آموزان باید بفهمند که وزنهایی که تخمین زده اند، وزنهای زمینی هستند.
قسمت دوم: طراحی ظرف برای آب
این فعالیت به دانش آموزان کمک می کند که بفهمند آب مورد نیاز فضانوردان در شاتل نباید در ظروفی مثل ظروف شیر نگهداری شود. ظرفهایی با شکلهای دیگر همان حجم را دارند.
برای اینکه به دانش آموزان کمک کنید تامحدودیت ما را در فضای انبارکردن، درک کنند، از آن ها بخواهید که درباره نحوه ی قرار دادن 4 تا 6 گالن آب در یخچال فکر کنند. آیا این مقدار آب فضای زیادی را در یخچال اشغال می کند؟
توجه:
قبل از فعالیت: یک یا دو ظرف مستطیلی متفاوت با ظرفیت یک گالن بسازید، برای مثال به ابعاد 6×5/5×7 یا 3×11×7
بعد از مرور یا تعریف لغات مربوط به حجم و ظرفیت به دانش آموزان یک ظرف 1 گالنی شیر نشان دهید. از آن ها بپرسید از چه ظروف با چه شکل های دیگری میتوان استفاده کرد تا بتوانیم همان 1 گالن آب را ذخیره کنیم.
دانش آموزان حجم ظرف یک گالنی را با شمردن تعداد مکعبهای یک سانتیمتری که برای پر کردن ظرف نیاز است، درک خواهند کرد و در نهایت متوجه می شوند که حجم 1 گالن تقریباً معادل 3.785 سانتیمتر مکعب است.
سپس دانش آموزان برای ساختن ظرفهایی که حجمی در حدود 3.785 سانتیمتر مکعب دارند، در گروه های کوچکی کار می کنند. با مطرح نمودن سناریو زیر دانش آموزان را درگیر کنید:
یک گروه از مهندسان ناسا بهترین نحوه ی استفاده از فضای موجود در شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بین المللی را طراحی می کنند. گروه شما باید یک محفظه طراحی کند که 6 گالن آّب (مقدار مجاز برای مصرف روزانه ی یک فضانورد) در آن نگهداری شود.
کلاس را دور هم جمع کنید. به آن ها مشکل کمبود فضا را در شاتل و ایستگاه فضایی یادآوری کنید. از گروه ها بخواهید طراحیهای خود را ارائه کنند. از هر گروه بخواهید که استراتژی و راه حل مشکل فضا را شرح دهند و ببینند که طراحی آن ها چطور مشابه یا متفاوت با سایر گروه ها است.
وقتی همه ی گروه ها گزارش خود را کامل کردند، از آن ها بپرسید از کجا می دانند که ظرف برای نگهداری 6 گالن به اندازه کافی بزرگ است یا خیر؟
اگر ظرف آن ها با 6 گالن آب پر شود چه وزنی خواهد داشت؟ {24 کیلوگرم روی زمین}
توسعه
1. تحقیق درباره ی مصرف آب: جدولی را که توسط کلاس برای ثبت راهها و روش های مصرف آب، ایجاد شد، مرور کنید و ایده های جدید به آن بیفزایید. از کلاس بخواهید ایده های جدیدی در مورد مصرف آب ارائه دهند که دوست دارند در مورد آن تحقیق کنند. پیشنهادهای ممکن:
• هر روز چقدر آب می نوشید؟
• برای تهیه غذا چقدر آب مصرف می شود؟
• وقتی منتظرید آب شیر گرم شود چقدر آب مصرف می شود؟
• وقتی منتظرید آب شیر گرم شود چقدر آب وارد فاضلاب می شود؟
2. مطابقت داده ها: بحث آماری کنید. ممکن است دانش آموزان درباره مد (بیشترین تکرار)، میانه (عدد میانی)، و میانگین (جمع مقادیر تقسیم بر تعداد دانش آموزان) بدانند. درباره اینکه چه نوع آماری برای این مطالع مناسبتر است، صحبت کنید.
3. یک مدل بسازید: دانش آموزان مقدار مصرف روزانه آب را ثبت کرده و یک مدل فیزیکی برای حجم این مقدار بسازند.
4. طرح یا نقشه ی نگهداری (کنسرواسیون): دانش آموزان یک طرح برای نگهداری آب مصرفی زندگی روزانه بدهند و یا در مورد روشهایی که فضانوردان می توانند در فضا آب را نگهداری کنند، فکر نمایند
5. تفکر جبری: ممکن است دانش آموزان بتوانند با استفاده از مدلهای خود یک فرمول برای تعیین وزن آبی که هر فضانورد در یک مأموریت نیاز دارد، ارائه کنند. برای مثال، اگر n تعداد روزها باشد آنگاه 4 کیلوگرم برای هر گالن × 6 گالن برای هر روز × وزن. دانش آموزان با استفاده از فرمول یک جدول می سازند که وزن آب مورد نیاز برای مأموریتهایی با تعداد روزهای گوناگون را نشان دهد.
تنظیم: نسرین صادقی