Học sinh sẽ hiểu rằng kích thước không quan trọng. Họ sẽ điều tra xem những thay đổi về hình dạng hoặc kích thước của một vật thể ảnh hưởng như thế nào đến tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích (SA / V) của nó, có thể thay đổi đáng kể ở quy mô nano. Khi hoàn thành các Hoạt động, họ sẽ áp dụng kiến thức này để thiết kế một mạch nước phun chất lỏng “phát nổ”.
Bằng cách kết hợp các tài liệu hàng ngày vào các bài học khoa học, chương trình Mô-đun Thế giới Vật liệu (MWM) tại Đại học Northwestern đã tìm ra giải pháp giúp sinh viên hứng thú với việc học khoa học đồng thời giúp giáo viên đáp ứng các tiêu chuẩn giáo dục quốc gia và tiểu bang.
Các mô-đun dễ tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng có thể được kết hợp vào bất kỳ lớp khoa học nào vì phạm vi rộng của các môn học được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế. Mỗi mô-đun là một đơn vị khoa học bổ sung, mất 1-3 tuần thời gian trên lớp (khoảng 10 giờ) để hoàn thành.
Xem nhanh mô-đun
Hoạt động 1: Đo lường và Công cụ
Hoạt động bắt đầu bằng việc xem xét các đơn vị SI và tiền tố hệ mét, đặc biệt quan trọng khi biểu thị số trong ký hiệu khoa học cho các vật thể cực nhỏ và lớn. Học sinh học được rằng các công cụ và dụng cụ xác định những gì có thể truy cập để đo lường, phát hiện và thao tác với độ chính xác và độ chính xác, cũng như hiểu được tầm quan trọng mà một bộ đơn vị được tiêu chuẩn hóa là cần thiết để truyền đạt dữ liệu một cách hiệu quả.
Hoạt động 2: Kích thước Thuộc tính Phụ thuộc
Tầm quan trọng của kích thước của một vật thể hiện rõ nhất qua sự tương tác của các bề mặt của nó với môi trường xung quanh. Hoạt động “móc” này trình bày một số hiện tượng hấp dẫn khơi gợi sự quan tâm của học sinh đối với các hiệu ứng diện tích bề mặt, tức là hình dạng và kích thước vật chất của một vật rắn ảnh hưởng như thế nào đến mức độ tương tác của nó với môi trường của nó. Họ nhận thấy rằng chất rắn càng được chia nhỏ (hoặc trải ra nhiều hơn) thì càng có nhiều bề mặt cho
tương tác này.
Hoạt động 3: Sức mạnh của 10 và tỷ lệ
Học sinh có cảm giác về các kích thước (hoặc kích thước của vật thể) rất khác so với trải nghiệm thông thường của chúng ta, với các ví dụ trong phạm vi từ 109 đến 10-9 mét. Một khái niệm hữu ích nhất cho mục đích này là quy mô. Hoạt động 2 cũng nhấn mạnh việc biểu diễn tỷ lệ theo cách dễ hiểu (tác động của việc thay đổi kích thước theo hệ số 10, hoặc thay đổi từng bước theo thứ tự độ lớn).
Hoạt động 4: Diện tích bề mặt và thể tích
Để giúp học sinh nhận ra cách thức và lý do tại sao diện tích bề mặt trên tỉ lệ thể tích (SA / V) thay đổi đáng kể theo tỉ lệ nanomet, học sinh dựng các vật thể thay đổi về kích thước cũng như hình dạng. Họ bắt đầu bằng cách xem xét các hành vi hai chiều (2-D) liên quan đến chu vi và diện tích, có mối quan hệ tương tự như diện tích bề mặt và thể tích, tiếp theo là khám phá cách SA / V thay đổi theo kích thước hoặc hình dạng của các vật thể 3-D.
Dự án thiết kế: Thiết kế mạch nước phun chất lỏng
Học sinh được thử thách áp dụng khái niệm SA / V vào một thí nghiệm thực tế. Họ bắt đầu bằng việc đánh giá thí nghiệm “đài phun Coke ™” quen thuộc do sự tạo mầm không đồng nhất của khí carbon dioxide trên bề mặt của kẹo Mentos ™. Nhiệm vụ của họ là tăng SA / V và tạo ra một giải pháp thay thế diện tích bề mặt cao cho Mentos để làm cho “mạch nước phun” soda tăng cao hơn.
Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn
Các Mô-đun Thế giới Vật liệu được thiết kế để dễ dàng kết hợp vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học hoặc bài giảng khoa học cấp trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông nào. Biểu đồ dưới đây liệt kê các chủ đề được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế của mô-đun này.
|
Vật lý & Khoa học Vật lý
Hóa học
|
toán học
|
Sinh học và Khoa học Đời sống
Nghệ thuật ngôn ngữ
|
Căn chỉnh tiêu chuẩn
|
Tiêu chuẩn điểm chuẩn AAAS |
 Hoạt động |
Tiêu chuẩn NSES |
Hoạt động |
Tiêu chuẩn NCTM
|
Hoạt động |
|
Lớp 9-12 |
|
Lớp 9-12 |
|
Lớp 9-12
|
 Kiểu dáng |
|
1. Bản chất của Khoa học |
A. Khoa học như sự điều tra |
Số & Hoạt động
|
|||
| Nghiên cứu khoa học |   |
Khả năng nghiên cứu khoa học | |
Hiểu quan hệ số |
|
|
2. Cài đặt vật lý |
B. Khoa học vật lý |
Hình học |
|||
|
Cấu trúc của Vật chất |
|
Phản ứng hoá học |
|
Phân tích các đặc điểm và tính chất của hình dạng hình học hai và ba chiều
|
 |
| 9. Thế giới toán học | E. Khoa học và Công nghệ |
Sử dụng trực quan, suy luận không gian và mô hình hình học |
|
||
| Mối quan hệ tượng trưng | |
Khả năng thiết kế công nghệ |  |
Đại diện |
|
| Hình dạng | |
Quy trình tiêu chuẩn V |
|
||
| 11. Chủ đề chung | |||||
|
Tỉ lệ |
|