Перейти до основного вмісту

STEM-проєкт «Міцний зв'язок: Проєктуємо та будуємо міст»

 


Автор

Сорока Світлана Миколаївна

Методист  Центральноукраїнського наукового ліцею Кіровоградської обласної ради svetlaia65@gmail.com

Вікова категорія

Учні 7-9 класів

Предмети

Математика (геометрія, алгебра), фізика (сила, навантаження, статика), технології/трудове навчання, інформатика (аналіз даних, моделювання), мистецтво/дизайн.

Актуальність проєкту

Мости є одними з найважливіших інженерних споруд, що дозволяють долати природні перешкоди та з'єднувати населені пункти. Їх проєктування вимагає глибоких знань з математики, фізики та інженерії. Цей проєкт дозволить учням не лише дослідити різні типи мостів та принципи їхньої стійкості, а й застосувати теоретичні знання для створення власної функціональної моделі. Учні навчаться розраховувати навантаження, оптимізувати конструкцію та зрозуміти, як математичні закономірності забезпечують міцність та безпеку реальних інженерних споруд. Це розвиває критичне мислення, навички командної роботи, креативність та розуміння важливості STEM-компетентностей у сучасному світі.

Стислий опис проєкту

Учні, працюючи в малих групах, досліджуватимуть різні типи мостів (балочні, фермові, аркові, висячі), принципи їхньої конструкції та розподілу навантажень. Основне завдання — спроєктувати та сконструювати модель мосту з визначеної кількості матеріалів (наприклад, дерев'яні палички, спагеті, картон) на заданий проміжок, який витримає максимальне навантаження. Кожна група має представити свій проєкт, пояснити обрану конструкцію, виконані розрахунки та продемонструвати міцність своєї моделі під час тестування на "витривалість".

Очікувані результати проекту

Після завершення проєкту учні зможуть:
• Пояснити основні типи мостів та їхні конструктивні особливості.
• Визначити роль геометричних фігур (зокрема трикутника) у забезпеченні міцності конструкцій.
• Застосовувати математичні формули (пропорції, тригонометричні співвідношення, площі) для розрахунку навантажень та розподілу сил у конструкції мосту.
• Використовувати масштаб для проєктування моделі.
• Розробити інженерне рішення, яке поєднує міцність, стабільність та ефективність використання матеріалів.
• Сконструювати функціональну модель мосту, дотримуючись креслень та розрахунків.
• Проводити вимірювання, збирати та аналізувати дані (навантаження, деформації).
• Працювати в команді, ефективно спілкуватися та розподіляти обов'язки.
• Презентувати свій проєкт, аргументуючи вибір конструкції та обґрунтовуючи розрахунки.
• Усвідомити взаємозв'язок математики, фізики та інженерії у реальних життєвих ситуаціях.

Складові STEM-проекту, зміст діяльності учнів

S (науки)


Фізика: Вивчення понять сили (тяжіння, опору, стиску, розтягу), тиску, центру мас, моментів сил, законів рівноваги. Дослідження властивостей матеріалів (пружність, міцність).

Геологія/Матеріалознавство: Дослідження впливу типу ґрунту на основи мосту. Вивчення, які матеріали використовуються в реальному мостобудуванні та чому.


T (технології)

Конструкційні матеріали: Вивчення властивостей матеріалів, що використовуються для моделі (деревина, спагеті, картон) та їхньої міцності на згин/розтяг/стиск.

Вимірювальні інструменти: Використання штангенциркуля, ваг, лінійок, транспортирів/ кутомірів для точних вимірювань.

Програмне забезпечення (за можливості): Використання програм для креслення (наприклад, SketchUp Free, TinkerCAD) або табличних редакторів (Excel, Google Sheets) для обробки даних та побудови графіків. Моделювання навантажень на віртуальних симуляторах мостів (якщо доступні).

Інструменти: Безпечне та ефективне використання ріжучих інструментів (ножиці, макетні ножі), клею.

R (читання+письмо)

Дослідження: Читання та аналіз інформації про відомі мости світу, їхні конструкції та інженерні рішення.

Планування: Письмове складання плану роботи, формулювання гіпотез щодо міцності різних конструкцій.

Звітність: Ведення щоденника проєкту, запис вимірювань, розрахунків та спостережень. Написання звіту з висновками та рекомендаціями.

Презентація: Підготовка усної доповіді та візуальних матеріалів (плакати, цифрові презентації) для захисту свого проєкту.

Аргументація: Формулювання аргументів для обґрунтування вибору конструкції та матеріалів.

E (інжиніринг)

Проєктування: Розробка креслень мосту (вигляд збоку, зверху), з урахуванням проміжку, висоти та ширини. Обґрунтування вибору конкретного типу мосту (балочний, фермовий, арковий) для заданих умов.

Конструювання: Практичне будівництво моделі мосту з обраних матеріалів, дотримуючись розроблених креслень.

Тестування: Проведення випробувань на міцність, поступово збільшуючи навантаження на міст до його руйнування або досягнення межі міцності матеріалів.

Оптимізація: Аналіз результатів тестування та виявлення "слабких місць" конструкції. Розробка пропозицій щодо її покращення та повторне тестування.

Вирішення проблем: Ідентифікація та усунення проблем, що виникають під час будівництва чи тестування.




A (мистецтво)

Естетика дизайну: Розробка мосту, який буде не лише функціональним, а й естетично привабливим. Вибір кольорів (якщо фарбуються матеріали), форм, врахування візуальної гармонії.

Креативність: Пошук оригінальних інженерних та дизайнерських рішень.

Візуалізація: Якісне оформлення креслень, презентаційних матеріалів, можливо, створення 3D-макету або малюнка мосту в середовищі.

Презентаційні навички: Виразне та переконливе представлення ідей.


M (математика)

Геометрія:

Трикутники: Дослідження властивостей трикутників як найжорсткішої фігури в конструкціях фермових мостів (властивості сторін, кутів, теорема Піфагора, ознаки рівності/подібності).
Кути: Розрахунок кутів нахилу елементів, що впливають на розподіл сил.
Масштабування: Переведення реальних розмірів мосту в розміри моделі (наприклад, 1:50, 1:100). Розрахунок реальних навантажень, що витримує модель, у співвідношенні до розмірів.
Площі та об'єми: Обчислення площі перерізу елементів для оцінки їхньої міцності. Розрахунок об'єму матеріалів.

Алгебра:

Пропорції та співвідношення: Розрахунок пропорцій між елементами мосту, співвідношення довжини до висоти.
Функції: Аналіз залежностей (наприклад, залежність витримуваного навантаження від кількості та розташування опор, залежність деформації від прикладеної сили). Побудова графіків.
Рівняння: Розв'язання рівнянь для знаходження невідомих сил у конструкції (для 8-9 класів).
Статистика та аналіз даних: Збір даних про витримувані навантаження, їх систематизація, обчислення середнього значення, медіани.
Оптимізація: Задачі на максимізацію витримуваного навантаження при мінімальному використанні матеріалів.



Обладнання, необхідне для реалізації проєкту

Матеріали для будівництва моделей: 
  • Дерев'яні палички (від морозива, шпажки), спагеті, картон, тонкий ПВХ-пластик.
  • Клейовий пістолет та клей, клей ПВА.
Вимірювальні інструменти: 
  • Лінійки, рулетки, кутоміри, транспортири.
  • Ваги (для вимірювання навантаження на міст: гирі, мішечки з піском, пластикові пляшки з водою).
  • Штангенциркуль (для точних вимірювань перерізів елементів).
Інструменти: 
  • Ножиці, макетні ножі (з обережністю, під наглядом вчителя), пилочки по дереву (якщо використовуються бруски).
  • Захисні окуляри.
Для тестування: 
  • Два стільці або парти для створення "прольоту" для мосту.
  • Платформа або контейнер для розміщення вантажу на мосту.
Інформаційні ресурси: 
  • Комп'ютери/ноутбуки з доступом до інтернету.
  • Програмне забезпечення для презентацій (PowerPoint, Google Презентації), таблиць (Excel, Google Sheets).
  • Принтер для друку креслень.


Діяльність після виконання проєкту

Презентація та захист проєктів: Кожна група демонструє свій міст, пояснює дизайн, розрахунки, проведені випробування та результати.

"Випробування на міцність": Публічне тестування всіх моделей мостів із фіксацією максимального витриманого навантаження.

Аналіз та рефлексія: Обговорення результатів тестування: які мости виявилися найміцнішими і чому? Які інженерні рішення були найефективнішими? Які математичні закони підтвердилися? Рефлексія щодо засвоєних знань та навичок, труднощів, які виникли, та способів їх подолання.

Навчальна дискусія: Обговорення важливості точності розрахунків у реальному будівництві та наслідків помилок.

Розширення проєкту: Можливе дослідження "руйнування мостів" (відомі випадки, причини), відвідування (віртуальне чи реальне) відомих мостів, запрошення інженера-мостобудівника для розповіді про професію.

Створення фото/відеозвіту: Документування процесу роботи над проєктом для шкільного сайту чи газети.


Використані ресурси


Labels:

Коментарі

Дописати коментар

Популярні дописи з цього блогу

STEM-проєкт: «Дощові черв′яки – архітектори родючих ґрунтів»

Автор Гореленко Інна, вчитель географії та біології Первозванівського ліцею Первозванівської сільської ради Кропивницького району Кіровоградської області, ( innagor700@gmail.com ). Вікова категорія 10-12 років (5-7 класи). Актуальність проєкту Дощові черв’яки відіграють велику роль в ґрунті – крім того, що вони збирають гумус, так ще й беруть активну участь у інших процесах, що в ньому відбуваються: розкладання і окислення під впливом ґрунтових мікробів, в ході яких виділяються мінеральні речовини, якими живляться рослини. А щоб ці процеси відбувалися успішно, необхідно забезпечити наявність двох важливих умов – повітря і вологості. Саме ці умови і забезпечують дощові черв’яки – вони риють грунт, збагачуючи його повітрям, і забезпечують потрібний рівень вологості. Стислий опис   проєкту Мета: ознайомити школярів з  особливостями будови дощового черв'яка; визначити роль дощового черв'яка у підвищенні родючості грунту; ознайомитись з властивостями ґрунту, причинами, що впливают...
Дописати коментар
Read more »

STEM-проєкт “Подарунок для сестри”

  Автор Волошина Наталія Іванівна (woloshynanatalia@gmail.com) Вікова категорія Учні 5-6 класів Актуальність проєкту Кожен любить отримувати подарунки. Та не завжди є кошти на придбання гарного подарунку для рідних та близьких. Чи можна самому зробити гарний подарунок, використовуючи знання, отримані на уроках у школі? Наскільки це вигідно в плані економії? Чи можна отримати задоволення від роботи? Цим питанням й присвячено проєкт. Стислий опис   проєкту Учні отримують завдання зробити подарунок – ляльковий будинок. Але спершу вони ознайомлюються з видами лялькових будинків (зображення, моделі). Вибирають  модель, роблять ескізи, прораховують матеріали та ресурси для виготовлення та оформлення роботи, визначають  палітру зовнішнього та внутрішнього дизайну. Очікувані результати проекту Виготовлення лялькового будинку для подарунку. Складові STEM-проекту, зміст діяльності учнів S (науки) T (технології) Інформатика : учні здійснюють пошук в Інтернеті відомостей про лял...
Дописати коментар
Read more »

STEM-проєкт "З попелу в нове життя: магія побутової хімії"

  Автор Погрібняк Ольга Сергіївна, вчитель фізики, корекційний педагог КЗ ”Знам’янська спеціальна школа КОР”  ( olgapogribnyak@gmail.com ). Вікова категорія 6-10 спеціальні класи(порушення опорно-рухового апарату та інтелектуального розвитку). Актуальність проєкту Екологічна проблема Зола та попіл — це побічні продукти спалювання деревини, які часто просто викидаються, засмічуючи довкілля. Переробка попелу для виготовлення мила дозволяє зменшити кількість відходів та знайти їм корисне застосування. Економія ресурсів Виготовлення мила з попелу не потребує дорогих інгредієнтів чи складних технологій, що робить цей продукт доступним для кожного. Використання попелу як засобу чищення посуду та поверхонь може забезпечити суттєву економію сімейного бюджету, що дуже актуально для осіб з малим сукупним доходом. Відмова від хімії У сучасних мийних засобах міститься багато синтетичних компонентів, які можуть викликати алергії та забруднювати водойми. Натуральне мило та засоби чищення з ...
Дописати коментар
Read more »