Học sinh tìm hiểu vật liệu composite là gì và thử nghiệm chúng để biết được ưu điểm của chúng so với vật liệu thuần túy. Họ thiết kế một vật liệu composite nguyên mẫu để làm một chiếc cần câu cá nhẹ và chắc chắn.
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.
MWM sẽ mang đến cho sinh viên cơ hội để hiểu thế giới xung quanh theo cách mà họ chưa từng trải qua trước đây. Các học phần thúc đẩy nhận thức về vai trò của khoa học và công nghệ trong xã hội và hướng dẫn sinh viên kiểm soát tốt hơn công việc của họ.
Xem nhanh mô-đun
Hoạt động 1: Kiểm tra các loại đá khác nhau
Bằng cách so sánh nước đá tinh khiết với nước đá được gia cố bằng giấy vệ sinh, học sinh sẽ tìm hiểu vật liệu composite là gì và khám phá độ bền tương đối của chúng.
Hoạt động 2: Săn tìm vật liệu composite
Học sinh sẽ tìm kiếm những đồ vật làm bằng vật liệu composite xung quanh mình. (họ sẽ không phải tìm đâu xa). Họ sẽ nhận được ý tưởng về một số ưu điểm của các vật liệu tổng hợp khác nhau.
Hoạt động 3: Tìm hiểu sự khác nhau giữa độ bền và độ cứng Độ
bền và độ cứng là hai tính chất quan trọng của nhiều vật liệu tổng hợp. Học sinh sẽ kiểm tra nhiều loại vật liệu khác nhau, so sánh hai tính chất độc lập này.
Hoạt động 4: Kiểm tra độ bền và độ cứng của hỗn hợp bọt
Khi một dầm trơn làm từ polystyrene được gia cố, trên và dưới, bằng một dải giấy xây dựng, hỗn hợp tạo ra chắc và cứng hơn nhiều so với dầm ban đầu. Học sinh sẽ tự mình kiểm tra điều này và cũng thấy một số hạn chế của vật liệu tổng hợp.
Hoạt động 5: Nghiên cứu vật liệu tổng hợp
Với dự án nghiên cứu độc lập này, sinh viên đến thư viện để tìm thông tin về vật liệu tổng hợp hiện đại, cách chúng được phát triển, cách chúng được sản xuất và người ta sử dụng chúng để làm gì. Họ sẽ có được cái nhìn trực tiếp về mối liên hệ chặt chẽ giữa khoa học, công nghệ và xã hội.
Dự Án Thiết Kế 1: Thiết Kế Cần Câu Cá
Dựa trên những gì đã học về độ bền, độ cứng và thử nghiệm và cấu tạo vật liệu tổng hợp, học sinh sẽ tham gia vào một cuộc thi để chế tạo cần câu cá mạnh nhất, linh hoạt nhất và nhẹ nhất. Nhưng không có móc, đường kẻ hoặc vật chìm nào bay quanh lớp học của bạn. Việc tạo mẫu sào đánh cá được thực hiện thu nhỏ, với ống hút nhựa làm cơ sở.
Dự án thiết kế 2: Thiết kế một vật liệu mới
Học sinh sẽ xây dựng tính độc lập của mình khi họ thiết kế, kiểm tra, đánh giá và thiết kế lại một vật liệu tổng hợp do chính họ chế tạo cho bất kỳ mục đích sử dụng nào mà họ cho là phù hợp. Dự án mô phỏng quy trình mà các kỹ sư sử dụng khi họ làm việc trên các thiết kế mới và có thể truyền cảm hứng cho một số sinh viên tìm kiếm sự nghiệp trong ngành khoa học ứng dụng.
Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn
Các mô-đun của Thế giới Vật liệu rất đơn giản để tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng 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 Hoạt động và Dự án Thiết kế của học phần này.
|
Vật lý & Khoa học Vật lý
Địa chất & Khoa học Trái đất
Nghệ thuật ngôn ngữ
|
Hóa học
toán học
|
Sinh học và Khoa học Đời sống
Giáo dục kỹ thuật
|
Tòa nhà Ai Cập
| Bạn được yêu cầu thiết kế một phần cấu trúc cho một tòa nhà Ai Cập – sử dụng một vật liệu rất đắt tiền cho mặt của nó. (xem ví dụ bên phải)
Do đó, bạn muốn giảm thiểu diện tích của bề mặt phía trước – và bạn cũng phải giảm thiểu sự uốn cong và xoay.
Câu hỏi Hình dạng tốt nhất cho phần tử cột – hình tam giác, hình chữ nhật hoặc dầm chữ I là gì? |
Căn chỉnh tiêu chuẩn
| Tiêu chuẩn điểm chuẩn AAAS |
|
Tiêu chuẩn NSES |
|
|
Lớp 9-12 |
 Kiểu dáng |
Lớp 9-12 |
Kiểu dáng |
| 1. Bản chất của Khoa học |
A. Khoa học như sự điều tra |
||
|
B. Nghiên cứu khoa học |
     |
1. Khả năng tìm hiểu khoa học |
 |
|
C. Doanh nghiệp khoa học |
|
2. Tìm hiểu nghiên cứu khoa học |
|
| 2. Bản chất của Toán học |
|
B. Khoa học vật lý |
|
|
A. Mô hình và mối quan hệ |
2. Cấu trúc và tính chất của vật chất |
 |
|
|
B. Toán học, khoa học và công nghệ |
|
4. Chuyển động và lực |
|
|
C. Yêu cầu toán học |
|
5. Bảo toàn năng lượng |
|
| 3. Bản chất của công nghệ |
|
E. Khoa học và Công nghệ | |
|
A. Công nghệ và khoa học |
|
1. Khả năng thiết kế công nghệ |
|
|
B. Thiết kế và hệ thống |
|
2. Tìm hiểu khoa học và công nghệ |
|
|
4. Cài đặt vật lý |
G. Lịch sử và Bản chất của Khoa học | ||
| D. Cấu trúc của vật chất |
|
1. Khoa học như một nỗ lực của con người |
|
|
F. Chuyển động |
|
3. Các quan điểm lịch sử |
|
| 8. Thế giới được thiết kế |
|
|
|
|
B. Vật liệu và sản xuất |
|
|
|
| 11. Chủ đề chung |
|
|
|
|
A. Hệ thống |
|
|
|
| B. Mô hình | |
|
|
|
12. Thói quen của Tâm trí |
|
|
|
|
B. Tính toán và ước lượng |
|
|
|
|
D. Kỹ năng giao tiếp |
|
|
|
Hoạt độngĐoạn ghi hình
| Ken Turner nói về Mô-đun Composites | ||
 Xem video trên Youtube |
Bảng An toàn Dữ liệu Vật liệu (MSDS) có thông tin có giá trị liên quan đến các chất được sử dụng trong bộ MWM này.
MSDS 5 phút. Epoxy
Xi măng cao su MSDS
Băng đai MSDS