ביצוע ריאקציות כימיות על ידי רובוטים בשילוב של הדפסת תלת מימד

שמות היוצרים: תהאני מלאעבי

נושא: כימיה ורובוטיקה ו 3D

תיאור קצר: היחידה בנויה על בסיס של ניסוי ועשיה, תוצר סביב בעיה. שימוש במדפסת תלת מימד לבניית חלקים לרובוט שיכולים לעזור לתלמידים לבצע ריאקציות כימיות שונות. החלקים הם שתי זרועות וכלי ערבוב מתאימה (appropriate stirring equipment)

ליחידה הזאת יש כמה מרכיבים:

1. הקנייה של חומר הלימוד הרלוונטי, ורכישת ידע בנושא ריאקציות כימיות שונות.

2. ידע מוקדם על תכנון ובניית רובוט בסיסי.

3. תכנון ובניית זרועות לרובוט להוספת החומרים לכלי הריאקציה.

4. תכנון ובניית כלי ערבוב מתאימה לסוגי הריאקציות השונות.

5. הצגת את הפתרון (זרועות והכלי ערבוב)

כיתה: ט'

רמת הקושי: קשה

משך הפעילות: 7-6 שיעורים (או יותר)

אופן ההפעלה:

עבודה בקבוצות 3-4 תלמידים (תלמידים בכיתה ט' שלומדים רובוטיקה בלימודי העשרה)

מיומנויות נדרשות:

1. הקניית ידע בחומר הלימוד הריליונטי (סוגי ריאקציות שונות)

2. ידע קודם בטינקרקד

3. ידע קודם ברובוטיקה

4. איסוף של מידע

5. עריכה של דגמים ולמידה מטעויות

6. יצירתיות וחשיבה ביקורתית

7. תכנון וחשיבה קבוצתית, עבודת צוות.

מיומנויות נדרשות בטינקרקד: הכרת התוכנה (עריכה, שינוי גדלים סיבוב, שכפול, סימטריה)، הורדת דגמים מאינטרנת , שימוש במידות מדויקות, שימוש בחוקי רחיצה,שמירת הקבצים, הכנה להדפסה.

זמן הדפסה: תלוי במבנים הבנויים על ידי התלמידים.

ציוד נדרש: מדפסת תלת מימד, מחשבים עם חיבור לאינטרנט, חשבון כיתתי לתוכנת טינקר קאד, חלקים של רובוט, חומרים כימים לא מסוכנים, וכלי ריאקציה, כלי בטיחות לתלמידים.

מטרות לימודיות

• יישום של הידע הנרכש על ריאקציות כימיות

• פתרון בעיות ופיתוח חשיבה יצירתית

• עבודה בקבוצה

• למידה של תכנון ובנייה

• למידה מהטעיות

• שילוב בין נושאי שונים (רובוטיקה, 3D וכימיה)

לפני הההתחלה " למידה סביב בעיה" - הכנות המורה:

1. ללמד את נושא ריאקציות כימיות ואיך מתרחשות, הכנת דוגמאות על ריאקציות כימיות שונות,

2. הכנת הרבוט הבסיסי עם התלמידים,

3. הכנת החומרים הכימים לתמידים (חשוב לשמור על בטיחות התלמידים)

4. הכנת מחוון להערכה והצגתו לתלמידים

5. חלוקת התלמידים לקבוצות

מבוא ליחידת הלימוד

יחידה הלימוד מבוססת על השילוב בין טכנולוגית ההדפסה, רובוטיקה ומדעים. היחידה מתחלקת ל:

1. הקניית ידע בנושא ריאקציות כימיות וסוגי הריאקציות השונות, ומה ההבדל ביון ריאקצות כימיות לבין שינוי פיזקאלי לחומר, ומה הם העדות להתרחשות לריאקציה (Evidence of a chemical reaction)

2. רכישת מיומנות מבוקשות לעבודה בתכנית הטינקר קאד,

3. ידע בסיס ברובוט

מהלך היחידה

1. לימוד החלק התיאוריטי של ריקאקציות כימיות. ואיך לשלב את הרובוט בביצוע ראיקציות כימיות מסוכנות, או אלה שמייצרות גזים רעלים. (התלמידים לא הולכים לעשות ריקאציות כאלה במשך הפעיליות)

2. הצגת המטרה של היחידה לתלמידים, והשילוב של רובוטיקה ו 3D לעזרה בבצוע ריאקציות כימיות

3. חלוקת התלמידים לקבוצות, כל קבוצה בנויה מ 3-4 תלמידים

4. תכנון על נייר לכלים המבוקשים (זרועות לרובוט, וכלי בחישה לריאקציות)

5. בניית החלקים השונים על ידי טינקר קאד

6. הדפסת התוצרים בין השיעורים

7. הערכה למודל המודפס עם העמיתים

8. רפלקציה קבוצתית ולמידה מטעיות

9. תכנון חדש לדגם חדש

10. בדיקת הדגם השני

11. הצגת הדגמים המודפסים ותהליך ההתפתחות של הדגם הכי מוצלח, והסבר על הדגם האחרון. הערכת עמיתים לדגמים השונים ואופן ההצגה של הקבוצה.

מיומנויות נלמדות בעקבות היחידה:

• מיומנות מידול בתוכנת טינקר קאד

• הערכה לתהליך הבנייה והיצירה

• אפיון ולמידה מטעיות

• קבלת החלטות

• תקשורת בין אישית

• למידה של תהליך חקר מבוקר

• פיתוח יכולות לביטוי עצמי וביטחון אישי אחרי הצגת התוצר

הערכה מוצעת

• הצגת התלמידים להתליך פיתוח הפתרונות שיש להם, מה ההבדל בין הדגם הראשון והאחרן.

• הערכה לעבודת הצוות.

• הערכת עמיתים, לאופן ההצגה

• הערכה לביצוע הרובוטים לריאקציות כימיות שונות

מקורות מידע:

https://le-www-live-s.legocdn.com/sc/media/files/teacher-guides/mindstorms/ev3-science-teacher-introduction-engb-c9afd7e99514c7bce88c8f00fb908bf4.pdf

https://www.makersempire.com/3d-printer-and-resources-for-science-laboratories-in-primary-schools-2/

http://www.chem4kids.com/files/react_intro.html

דוגמאות ליצריה על ידי 3D

1. דוגמאות לכלי בחישה

https://www.thingiverse.com/thing:2628184

2. דוגמאות לזרועות:

שתי דוגמאות לזרועות עם lock