Populární mechanika Staňte se vývojářem strojů

Populární mechanika Staňte se vývojářem strojů Mechanika Energie Určeno pro žáky ve věku 9 až 11 let

Obsah Obsah... 2 Přehled projektu... 3 Potřeby... 4 Lekce 1 Jaké je zadání?... 8 1.1 Úvodní aktivita nastavení souvislostí diskuse ve třídě 10 minut... 9 1.2 Defi nování předmětu pomocí mechanismu práce ve skupinách 25 minut... 9 1.3 Prezentace skupin a stanovení klíčových bodů výuky 25 minut... 9 1.4 Závěr celá třída 10 minut... 10 Lekce 2 Co potřebujeme vědět?... 11 2.1 Úvodní aktivita připomenutí předchozí lekce diskuse ve třídě 15 minut... 12 2.2 Co se děje uvnitř mechanického předmětu? práce ve skupinách 20 minut... 12 2.3 Objev vaček! práce ve skupinách 80 minut... 12 2.4 Doplňková aktivita: Objev ozubených kol! práce ve skupinách 80 minut... 13 2.5 Závěr celá třída 5 minut... 14 Lekce 3 Začínáme stavět!... 15 3.1 Úvodní aktivita připomenutí předchozí lekce diskuse ve třídě 10 minut... 16 3.2 Mechanické hračky práce ve skupinách 60 minut... 16 3.3 Doplňková aktivita počítadlo práce ve skupinách 80 minut... 16 3.4 Závěr celá třída 30 minut... 17 Lekce 4 Co jsme udělali?... 18 4.1 Úvodní aktivita diskuse ve třídě 15 minut... 19 4.2 Vylepšování práce ve skupinách 60 minut... 19 4.3 Závěr celá třída 25 minut... 19 Konstrukční proces... 20 Úvodní příběh... 21 Pracovní a odpovědní listy... 23 Pracovní list 1, lekce 1 Najděte mechanický předmět 24 Odpovědní list pracovní list 1, lekce 1 Najděte mechanický předmět 25 Pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 27 Pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 28 Pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 29 Pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 30 Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 31 Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 32 Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 33 Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Defi nujte mechanický předmět 34 Pracovní list 2, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (1/3) 35 Pracovní list 3, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) 37 Odpovědní list pracovní list 3, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (2/3)... 38 Pracovní list 4, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (3/3)... 40 Odpovědní list pracovní list 4, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (3/3)... 41 Pracovní list 5, lekce 2 Pojďme si hrát s ozubenými koly!... 42 Odpovědní list pracovní list 5, lekce 2 Pojďme si hrát s ozubenými koly!... 43 Návrhy pro zkonstruování mechanických předmětů... 45 Jak postavit mechanickou hračku... 45 Jak postavit počítadlo?... 49 Šablony kol... 51 Vědecké poznámky pro učitele týkající se mechaniky... 52 Představy žáků o vědeckých pojmech mechaniky... 54

Přehled projektu Potřebná doba: 6 hodin a 40 minut (400 minut) Cílová skupina: žáci ve věku 9, 10 a 11 let Popis: Prací na zadání zkonstruovat mechanické stroje (hračky nebo počítadlo) se žáci stanou inženýry a naučí se mechaniku se zaměřením na přenos a transformaci pohybu. V tomto projektu budou žáci manipulovat se skutečnými předměty, aby popsali jednoduché mechanické prvky (vačky, páky, převodovky), a budou je používat jako nástroje, aby pochopili, jak předměty fungují. Žáci použijí jednoduché materiály, aby své hypotézy a představy otestovali a potom je vylepšili. Žáci pracují ve skupinách a své návrhy poté představí a prodiskutují. Tento proces je považován za způsob, jak vyvolat u žáků zájem o vědu a inženýrství, bez ohledu na to, jakým obtížím mohou čelit. Aktivity jsou spojeny s příběhem a žáci musejí vyřešit zadaný úkol. Při závěrečném hodnocení mohou žáci probrat, zda vytvořili předmět, který funguje. Rámcově vzdělávací porgram: člověk a svět práce konstrukční činnosti práce s návodem, předlohou, jednoduchým náčrtkem člověk a svět práce konstrukční činnosti stavebnice (plošné, prostorové, konstrukční), sestavování modelů člověk a svět práce práce s drobným materiálem vlastnosti materiálu (přírodniny, modelovací hmota, papír a karton, textil, drát, folie aj.) Technický obor: Tento projekt představuje obor strojního inženýrství. Cíle: V tomto projektu se žáci naučí: jak aplikovat některé klíčové prvky základního inženýrství pro vytvoření mechanické hračky, porozumět vědeckým poznatkům v oblasti síly a pohybu, které se tohoto projektu týkají, aplikovat konstrukční proces pro splnění konstrukčního zadání. Lekce v tomto projektu: Přípravná lekce je zaměřená na zlepšení povědomí žáků o tom, jak se inženýrství podílí na našem každodenním životě, i když to není na první pohled patrné. Lekce 1 představuje inženýrský problém, jeho souvislosti a konstrukční proces: žáci musejí vymyslet počítadlo návštěvníků, anebo vytvořit mechanické hračky s příběhem. Žáci jsou vyzváni, aby defi novali a analyzovali, jak může být mechanický pohyb přenášen a transformován. V lekci 2 povede krok zadání a pokládání otázek konstrukčního procesu k prozkoumání strojního inženýrství. Učitel se může rozhodnout, zda se bude vyrábět počítadlo a bude se zkoumat činnost ozubených kol, nebo zda se bude vyrábět mechanická hračka a zkoumat činnost vaček. Tato lekce je příležitostí shromáždit nezbytné znalosti, díky nimž žáci dokáží zkonstruovat svůj mechanický předmět. V lekci 3 žáci aplikují konstrukční proces na zadání tohoto projektu vytvořit mechanické předměty (hračky nebo počítadlo). Žáci mohou začít s řešením, které navrhuje tato příručka pro učitele, nebo na základě testování různých materiálů přijdou s vlastním řešením. V lekci 4 dostanou žáci prostor zhodnotit proces výroby mechanických hraček nebo počítadla. V této fázi žáci prokážou, zda splnili všechna kritéria zadání. Mají možnost svá řešení vylepšovat a sdílet své poznatky. 3

Potřeby Seznam materiálu a jeho množství potřebné pro 30 žáků. Materiál Celkové množství Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 Nůžky 30 1 30 30 30 Gumičky 40 30 20 20 Lepicí tyčinky 30 30 30 30 Fixační hmota Blu-tack 13 3 5 5 Spojovací kolíky 100 40 30 30 Brčka 100 50 30 20 Lepicí páska 3 1 1 1 Lepicí pistole 1 1 1 1 Nebozízek (ruční vrták) 5 5 5 5 Krabice z polystyrenu 15 15 15 Tužky 30 30 30 30 30 4

Materiál Celkové množství Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 Provázek 1 ½ ½ Lepenkové krabice 30 15 15 Řezací nůž pro učitele (není nezbytný) 1 1 1 Korkové zátky 20 10 10 Lepenka X X X X Modelovací hmota (modelína Play doh ) X X X Papír X X X 1. Tyto materiály jsou nezbytné pro předvedení ukázek. Materiál Celkové množství Jízdní kolo 1 1 1 Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 Hodiny 1 1 Kuchyňský váleček 1 1 Vývrtka 1 1 1 5

Materiál Celkové Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 množství Deštník 1 1 Nůžky 1 1 Tužky a pera 2 2 Kružítko 4 1 4 4 Školní aktovka 1 1 Mechanická hračka 1 1 1 1 1 Fotoaparát 1 1 Jeřáb hračka 1 1 Hasičské auto (hračka) 1 1 Lampa s viditelnými mechanismy 1 1 Učitel také může přinést jiné nemechanické předměty, např. balón, botu, knihu, svíčku, klopu z košile, vidličku apod. 6

Tyto materiály jsou nepovinné. Pokud učitel některé z nich žákům představí, diskuse bude zajímavější. Materiál Ruční psací stroj 1 1 Celkové množství Lekce 0 Lekce 1 Lekce 2 Lekce 3 Lekce 4 Mikroskop 1 1 Šicí stroj 1 1 Odstředivka na salát 1 1 Šlehač na vajíčka 1 1 Sady kol (návrh: Celda nebo Lego) 10 sad 10 sad 7

Lekce 1 Jaké je zadání? Seznámení s úkolem Potřebná doba: 70 minut Cíle: V této lekci se žáci naučí: identifi kovat klíčové způsoby, jimiž stroje přeměňují (transformují) sílu na pohyb, zavádět konstrukční proces jako výchozí bod svého projektu, společně a efektivně spolupracovat. Potřeby (pro 30 žáků) 30 pracovní listy 1, předměty, které přinesl učitel nebo žáci. Některé potřeby nejsou povinné, ale jsou příležitostí pro zajímavou diskusi. Příprava: Učitel musí: Připravit pracovní listy. Požádat žáky, aby každý z nich přinesl nějakou hračku. Přečíst si příběh a rozhodnout se, zda jej přizpůsobí. Rozhodnout se, zda využít počítadlo jako doplňkovou aktivitu. Způsob práce Celá třída pro nastolení kontextu, experimentování ve skupinách, diskuse výsledků experimentů v celé třídě. Hlavní myšlenky této lekce Mechanika se týká mnoha předmětů, které žáci den co den používají. Žáci si sami stanoví pravidla a společně jsou schopni defi novat mechanický předmět. Na vědeckém zkoumání pracují žáci ve skupinách. Kontext a pozadí Jsou představeny úkol (zadání), souvislosti a konstrukční proces. Učitel převypráví příběh, a představí tak zadání úkolu. Žáci přemýšlejí, jaké znalosti musejí mít, aby mohli zadání splnit. Musejí dokázat přesně defi novat mechanický předmět za pomoci analyzování předmětu, který přinesl učitel nebo žáci. 8

1.1 Úvodní aktivita nastavení souvislostí diskuse ve třídě 10 minut Učitel přečte příběh a zasadí jej do souvislostí (viz příloha). Shrnutí příběhu: Pan Toyz prodává hračky. Jednoho dne dostal dopis od Alfreda, svého syna žijícího daleko od domova. Alfred ho žádá o pomoc s vytvořením mechanických hraček pro chudé děti. Pan Toyz však nemá představu, jaké hračky vytvořit, a proto se rozhodl uspořádat něco nového: požádal děti, aby vytvořily hračky pro jiné děti. Hračky musejí mít nějakou souvislost s populárními pohádkami. Tento počin je velmi úspěšný a obchod pana Toyze je najednou příliš malý. Ve skutečnosti může přijmout maximálně deset osob. Aby pan Toyz našel řešení, požádal starší děti, aby zkusily vymyslet mechanický systém, který by mohl počítat osoby, jež vstupují do jeho obchodu, a určil tak, kdy bude obchod plný. Učitel zdůrazní, že další čtyři lekce se budou týkat výroby mechanických hraček pro pana Toyze. Učitel vysvětlí, že třída, než začne navrhovat své hračky, má dva úkoly: nejprve zjistit, čím se mechanické hračky odlišují od ostatních hraček, a za druhé zjistit, co je činí mechanickými. 1.2 Definování předmětu pomocí mechanismu práce ve skupinách 25 minut Žáci v tomto projektu vytvoří mechanický předmět. Proto je důležité nejprve pochopit, co to mechanický předmět je. Učitel s žáky prodiskutuje hračky, které přinesli, a pak rozhodnou, které z nich jsou mechanické. Učitel také přinese nějaké mechanické předměty a rozmístí je po učebně. Děti jsou také vyzvány, aby se zamyslely, které každodenní předměty v učebně mohou být mechanické. Žáci je poté najdou a proberou, proč si myslí, že jde o mechanické předměty. Doporučujeme, aby učitel pro tuto aktivitu ponechal dostatek času: je důležité, aby se žáci naučili mechanické předměty identifi kovat. Je to první možnost takové předměty identifi kovat (např. ozubená kola, vačky, nápravy). V této fázi jim ještě nemusejí být známé technické pojmy, ale měli by být podporováni, aby odhadovali, jaká slova by mohla být použita k popisu mechanických částí předmětů, které objeví. Učitel může využít jejich odhadované termíny a představit jim techničtější mluvu strojního inženýrství. Třída je rozdělena do skupin po 5 žácích tak, aby v nich byla zastoupena obě pohlaví i žáci různé úrovně. Když žáci najdou předmět, vyplní pracovní list 1 lekce 1 každá skupina představí předmět (název, účel a vysvětlení, proč je předmět mechanický s použitím vhodného slovníku). Učitel tak může objasnit prinicipy fungování různých mechanických předmětů. 1.3 Prezentace skupin a stanovení klíčových bodů výuky 25 minut Žáci identifi kují společné body u každého mechanického předmětu, se kterým manipulují, a pokusí se ho popsat. Učitel žáky navrhovaný popis zapíše na tabuli a vysvětlí, proč předmět je mechanický, či není. Součástí této aktivity je příležitost stanovit klíčový bod výuky pomocí první fáze konstrukčního procesu, ve kterém žáci začínají klást otázky, proč mechanické předměty fungují tak, jak fungují. 9

Klíčový bod výuky, který stanoví žáci a učitel podpoří: Mechanický předmět nemusí být nutně mechanický zcela. Může být elektrický s určitými mechanickými částmi. Chceme-li mít jistotu, že jsme identifi kovali mechanický předmět, musíme vstoupit dovnitř předmětu a prozkoumat jej a pochopit, jak funguje. Mechanická část předmětu je stroj. Stroj se skládá z ozubených kol, řetězů (např. jízdní kolo), vaček, pák či kladek. Tento stroj je spojením mezi rukou a nohou (počáteční pohyb) a konečným pohybem. Při použití jízdního kola netlačíte přímo na kolo, ale šlapáním pohybujete řetězem mezi dvěma koly. Váš pohyb je tímto způsobem přenášen. Mechanický stroj přenáší počáteční pohyb na konečné místo, kde je pohyb využit. Mechanický předmět může představovat buď celý předmět, jehož je mechanický stroj součástí (např. jízdní kolo, kde mechanický stroj představuje část obsahující řetěz a případně ozubená kola (převod), nebo pouze jeho část (vytáčecí číselník na starých telefonech). 1.4 Závěr celá třída 10 minut Učitel zopakuje hlavní body výuky této lekce: Stroje se používají pro přenos síly a transformaci pohybu. Právě se nacházejí v důležitém bodě konstrukčního procesu, ve kterém pokládali otázky ohledně návrhu a konstrukce mechanických hraček. Žáci se naučili několik důležitých slov, která jim pomohou při plnění zadání vačky a ozubená kola. Žáci ve svých skupinách dobře pracovali a projekt se jim líbí. 10

Lekce 2 Co potřebujeme vědět? Seznámení se s mechanikou Potřebná doba: 120 minut Cíle: V této lekci se žáci naučí: rozumět silám, např. že ozubená kola a vačky mohou přenášet a transformovat pohyb, že forma mechanického stroje (typ vačky nebo velikost ozubených kol) pohyb ovlivňuje. Potřeby (pro 30 žáků) 30 pracovní listy 1, 2 a 3, vývrtka, jízdní kolo, mechanické hračky. Pro výzkum vaček - Lepenka, - 30 nůžek, - gumičky, - 30 lepicích tyčinek, - fi xační hmota Blu-tack, - spojovací kolíky, - 50 šablon vaček (viz příloha), - 50 brček, - papír, - samolepicí páska. Pro výzkum ozubených kol - Sady kol. Doporučujeme např. sady od společnosti Celda nebo Lego (viz příloha). Pro zkonstruování vlastních ozubených kol - Plastové uzávěry různých velikostí, - lepicí pistole, - lepenka, - lepenkové tyčky nebo hřebíky, - 5 nebozízků, - krabice z polystyrenu. Příprava: Učitel musí: Vyzkoušet experimenty, připravit a uspořádat materiály, připravit pracovní listy. Způsob práce Průzkum prováděný ve skupinách, diskuse v celé třídě o výsledcích. Kontext a pozadí Krok zadání a pokládání otázek konstrukčního procesu k prozkoumání mechaniky. Žáci budou provádět pokusy a vstoupí dovnitř mechanických strojů. Zjistí, jak velikost a tvar ozubených kol nebo vaček ovlivňují přenos pohybu. Učitel může o obsahu lekce 2 rozhodnout: zda se bude vyrábět počítadlo a bude se zkoumat činnost ozubených kol, nebo zda se bude vyrábět mechanická hračka a zkoumat činnost vaček. 11

2.1 Úvodní aktivita připomenutí předchozí lekce diskuse ve třídě 15 minut Učitel žákům krátce připomene lekci 1 jaký je konstrukční problém, který je třeba vyřešit. Učitel se žáků také zeptá na klíčový bod výuky, který stanovili během první lekce, a tak jim připomene, které předměty jsou označované jako mechanické, a které ne. Opakování jim pomůže při další aktivitě v lekci 2. Učitel pak na příkladech mechanického předmětu žákům představuje klíčové pojmy strojního inženýrství, včetně ozubených kol, pák a klik. Sem může být zahrnuto i posouzení poměrně velkého předmětu, jako je např. stolní polohovací lampa s viditelnými mechanismy. Má-li třída přístup na internet, mohou navštívit webové stránky Jak věci fungují ( How stuff works ) (www.howstuffworks.com/). Žáci vstupují do vnitřní části mechanického předmětu a zjišťují, jak funguje. 2.2 Co se děje uvnitř mechanického předmětu? práce ve skupinách 20 minut Navrhujeme, aby žáci pracovali ve skupinách po 4. Učitel rozdá pracovní listy 1 lekce 2, jeden pro každou skupinu. Žáci prozkoumají obrázek, určí pohyblivé části předmětu a tyto části vybarví. Učitel se rozhodne, zda rozdá všechny čtyři předměty, nebo jen některé z nich (vývrtka, jízdní kolo či nějaké hračky). Je-li to možné, měla by mít každá skupina svůj předmět a pracovní list, aby žáci mohli s předmětem manipulovat a určovat jeho funkčnost a použití. Na konci této aktivity každá skupina ostatním žákům vysvětlí fungování každého předmětu. U aktivit 2.3 a 2.4 se může učitel rozhodnout prodloužit první aktivitu do druhé aktivity, a to v závislosti na čase a dovednostech žáků mezi prozkoumáváním ozubených kol či vaček. Aktivita 2.4 popisuje pokusy (experimenty) s ozubenými koly. Tato část umožní učiteli a žákům vyrobit počítadlo. Aktivita 2.3 se týká vytvoření mechanické hračky. Aktivita 2.4 je náročnější než aktivita 2.3, může ale přispět ke zkoumání mechaniky. 2.3 Objev vaček! práce ve skupinách 80 minut Účel této aktivity je, aby žáci na základě vytvoření vačky pochopili základní principy mechaniky. Prvním úkolem je sestrojit vačku podle pokynů v pracovním listu 2 lekce 2. Nejlepší je, když tuto aktivitu vede učitel a žáci ve skupinách jej v každé fázi konstruování základní vačky následují. Při vytvoření základní vačky žáci pochopí vztah mezi otáčením nápravy a pohybem vlajky. Žáci mohou také experimentovat s různými tvary vaček viz pracovní list 3 lekce 2 a šablony vaček. Žáci s vačkami různě manipulují, aby pochopili, jak přenášet pohyb a jak jej transformovat. Po vyřešení dvou úkolů (pracovní list 2) použijí jednoduchý mechanismus vačky a stanoví dvě poučky. Učitel může žáky požádat, aby před zahájením testování vypracovali své předpovědi. 1. Kam je podle zvoleného pohybu nejlepší vačku umístit? 2. Který tvar vačky je pro vybraný pohyb vhodný? Zjistit víc: nebojte se výzev! Aby učitel zjistil, zda žáci opravdu pochopili, jak může vačka přenášet či transformovat pohyb, může skupinám předložit určité výzvy úkoly. Aby žáci objevili a pochopili, jak vačka funguje, jsou požádáni, aby vytvořili vačkový mechanismus. 12

Poté tento mechanismus použijí pro experimentování s tvary vaček. Každý výsledek si zaznamenají a na základě těchto výsledků vyřeší doplňkové úkoly (pracovní list 3 a 4). Žáci přemýšlejí nad různými tvary vaček a vyrábějí je, aby našli jeden nebo více způsobů, jak: zvednout kolo na hřídeli do nejvyšší možné úrovně, 8krát kolo na hřideli zvednout, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku, otáčet kolem na hřídeli co nejrychleji. Každý úkol je v příloze objasněn. 2.4 Doplňková aktivita: Objev ozubených kol! práce ve skupinách 80 minut Aby žáci zjistili, jak fungují ozubená kola, doporučujeme, aby učitel přinesl do třídy hodiny, otevřel je a ukázal jim ozubená kolečka uvnitř. Může pak pohybovat různými částmi hodin a ukazovat přenos pohybu. Žáci s ozubenými koly různě manipulují, aby pochopili, jak přenášet pohyb a jak jej transformovat. Používají dvě ozubená kola různých velikostí a stanoví tři poučky. Pro zaznamenání výsledků doporučujeme používat pracovní listy. 1. Aby ozubená kola přenášela pohyb, musejí se navzájem dotýkat. 2. Pro zrychlení pohybu musí být poslední kolečko menší než počáteční. 3. Pro zpomalení pohybu musí být poslední kolečko větší než počáteční. Zjistit víc: nebojte se výzev! Aby učitel zjistil, zda žáci opravdu pochopili různé funkce ozubených kol (přenos pohybu, jeho transformování, zrychlení nebo zpomalení), může skupinám předložit určité výzvy úkoly. Učitel může využít speciální sady (např. pedagogické materiály od společností Celda nebo Lego) s jednoduchými mechanickými prvky. Učiteli doporučujeme, aby vybral sady s různými velikostmi kol. Je-li to možné, vysvětlování je jednodušší s barevnými koly. Učitel se ale může také rozhodnout, že si s žáky vyrobí svá vlastní ozubená kola. Jednotlivé kroky jsou popsány v příloze. Poté dá učitel každé skupině jednu sadu a uvede pravidla/omezení (použití pouze 2 kol či použití největších kol atd.). Učitel může také žáky požádat, aby ukázali jeden nebo více způsobů, jak: přenášet pohyb, transformovat pohyb, zrychlovat pohyb, zpomalovat pohyb, přeměnit (transformovat) pravidelný pohyb na nepravidelný, odhadnout směr kola. Každý úkol je v příloze objasněn. Doporučujeme přijít s jedním řešením pro každý úkol, ale žáci mohou najít i další. Účelem je, aby žáci skutečně poznali různé funkce ozubených kol. Vidí-li učitel, že žáci s prvním úkolem nemají žádný problém, mohou začlenit ještě prvek času, aby se tak dokončení úkolu stalo pro skupiny náročnější. Učitel pak může žáky požádat, aby pro každý úkol stanovili poučku. 13

2.5 Závěr celá třída 5 minut Lekce končí shrnutím toho, co skupiny zjistily. Učitel může každou skupinu požádat, aby představila své řešení úkolu zbytku třídy. V lekci 3 se budou používat určité poučky. Doporučujeme, aby učitel napsal na tabuli jejich shrnutí, a tak je žákům připomněl. Poučky týkající se ozubených kol: 1. Pro přenos stejného pohybu z prvního kola na třetí musí mít první a poslední kolo stejnou velikost. 2. Pro zpomalení pohybu musí být poslední kolo větší než první. 3. Pro transformaci pravidelného pohybu na nepravidelný se musí změnit tvar kola. Toto pravidlo žáci použijí, aby si představili propojku. Druhé kolo se musí otáčet po otočení prvního kola. Poučky týkající se vaček: 1. Kolo na hřídeli je v konstantním pohybu, pokud je tvar vačky kruhový. 2. Kolo na hřídeli se zvedá a klesá, má-li vačka tvar hrušky, kapky nebo je excentrická. Počet zubů vačky ovlivňuje pohyb kola na hřídeli. 3. Pro urychlení kola na hřídeli musí jí být vačka co nejblíže. Na konci této lekce budou žáci schopni: Spojit pohyb a použitou mechaniku. Zvolit nejlepší mechanický prvek podle požadovaného pohybu. Pochopit, že poučky napsané na tabuli jsou důležité: nezáleží na tom, zda jim přesně porozuměli, protože si je mohou vyzkoušet během vlastního konstruování (lekce 3). 14

Lekce 3 Začínáme stavět! Návrh vašeho mechanického předmětu (hračky nebo počítadla) Potřebná doba: 100 minut (plus 80 minut v případě doplňkové aktivity) Cíle: V této lekci se žáci naučí: zapojit konstrukční proces pro vytvoření mechanické hračky, vyjádřit vědecké poznatky v oblasti síly a pohybu v rámci technického projektu, zkonstruovat funkční hračku a následně ji vyhodnotit. Potřeby (pro 30 žáků) 15 šablon pro vytvoření předmětu. Doporučujeme konstruovat 1 předmět ve skupině o 2 či 3 žácích. Pro počítadlo: - 30 šablon kol, - lepenka, - dřevěné tyčky (nápravy), - 30 nůžek, - modelovací hmota (modelína Play doh ), - 30 brček, - 15 krabic (doporučujeme polystyrenové), - 30 tužek, - 30 lepicích pistolí, - nebozízků, - provázek a - veškerý materiál, který žáci požadují pro vytvoření svých strojů. Pro mechanickou hračku: - Lepenkové krabice, - dřevěné tyčky (nápravy), - papír, - 30 lepicích tyčinek, - 30 nůžek, - lepicí pistole, - samolepicí páska, - řezací nůž pro učitele (není nezbytný), - korkové zátky, - gumičky, - sada nebozízků, - brčka, - šablony tvarů vaček, - fi xační hmota Blu-tack, - lepenka, - 30 tužek. Příprava: Učitel musí: Připravit materiály, připravit nějaké modely počítadla (nebo hračky). Způsob práce Práce ve skupinách. Hlavní myšlenky této lekce Dokázat vymyslet stroj a naplánovat jeho konstrukci. Dokázat přednést své představy ostatním žákům. Kontext a pozadí V této lekci žáci projdou kroky přemýšlení, plánování, zkonstruování a vylepšování. Žáci využijí vědecké poznatky, které se naučili, aby splnili zadání. 15

3.1 Úvodní aktivita připomenutí předchozí lekce diskuse ve třídě 10 minut Učitel spolu s žáky shrne, co se dozvěděli v lekci 2 o vztahu mezi sílou a pohybem a o úloze ozubených kol a vaček při řízení pohybu. Proberou prokázané poučky a zformulují úkol, který mají vyřešit. Učitel žákům připomene konstrukční proces. Tento proces zahrnuje 5 kroků, které budou tvořit strukturu lekce: Zadání a pokládání otázek : Učitel žákům připomene příběh a zadání, jež žáci musejí řešit. Přemýšlení : Žáci představují různé návrhy. Mohou nakreslit schémata, aby svým nápadům dodali formu. Plánování : Na základě svých schémat shromáždí žáci materiály, které budou potřebovat. Ve skutečnosti lze tyto tři kroky spojit, ale vše musí být zastoupeno. Zkonstruování : Žáci vytvoří svůj prototyp. Pátý krok vylepšování lze probrat při ukončení lekce 4. 3.2 Mechanické hračky práce ve skupinách 60 minut Krok 1: Zadání a pokládání otázek: Prozkoumejte a rozeberte nějaké hračky, abyste viděli metody spojování. Učitel přinese mechanickou hračku, aby předvedl, jak funguje. Učitel se může ptát: Jaký pohyb hračka vykazuje? Jak se tato část otáčí/pohybuje? Co ji otáčí? Když žáci představí a vysvětlí některé své názory, ukáže učitel vnitřní část hračky a předvede, jak hračka funguje. Krok 2: Přemýšlení: Hledání nových nápadů při společné diskusi (brainstorming) Žáci jsou vyzváni, aby uvedli příklady pohádek, např.: Červená Karkulka či Popelka. Na konci této diskuse vyberou skupiny nebo učitel pohádku. Žáci potom budou přemýšlet, jakou mechanickou hračku k dané pohádce vytvořit. Doporučujeme, aby společně pracovali 4 žáci. Každá skupina si musí představit pohyb, který má jejich hračka vykonávat, a poté nakreslí návrh. Žáci jsou vyzváni, aby sepsali seznam materiálů, které budou k vytvoření hračky potřebovat. Krok 3: Zkonstruování hračky Učitel připraví materiály vypsané v úvodu této lekce. Učitel může dodat také zvláštní materiály, o které zažádají žáci. Každý krok konstruování mechanické hračky je vysvětlen v příloze. Krok 4: Prezentace prototypu Jde o důležitou součást konstrukčního procesu, ve kterém žáci vyhodnotí svůj inženýrský úspěch. 3.3 Doplňková aktivita počítadlo práce ve skupinách 80 minut Tato aktivita je komplexnější. Jedná se o doplňkovou aktivitu pro zdatnější žáky vyšších stupňů. Krok 1: Hledání nových nápadů při společné diskusi (brainstorming) Žáci jsou vyzváni, aby počítadlo popsali. Mohou jej spojit s příklady, které lze nalézt ve třídě, obchodech, jejich domovech atd. Vysvětlí, co se dá s počítadlem dělat: sčítat a odčítat. Učitel žákům na konci debaty připomene zadání vytvořit počítadlo osob v obchodě pana Toyze. Tento krok je také možné zakončit návštěvou technického muzea. 16

Krok 2: Výroba stroje Každý krok je v příloze vysvětlen. Krok 3: Prezentace prototypu: 3.4 Závěr celá třída 30 minut Na konci lekce 3 žáci svůj model analyzují a všímají si všech problémů s jeho používáním. V lekci 4 jsou potom modely vylepšovány. Plánování a výroba jako součást hlavní aktivity této lekce se výslovně vztahuje ke konstrukčnímu procesu. Každá skupina představí svůj prototyp hračky celé třídě. Pečlivě si zaznamenají jakékoli návrhy svých spolužáků na vylepšování, které zpracují v další lekci. 17

Lekce 4 Co jsme udělali? Splnili jsme zadání? Potřebná doba: 100 minut Cíle: V této lekci se žáci naučí: jak vylepšovat svůj předmět, vyhodnocovat a analyzovat své výrobky, a tak je vylepšovat. Potřeby (pro 30 žáků) Mechanické předměty postavené v lekci 3, tužky, papír, lepidlo, nůžky, materiály požadované pro vylepšení. Ty závisejí na vylepšeních, ke kterým se žáci rozhodnou. Příprava: Učitel musí: Sesbírat výrobky žáků. Připravit materiály požadované žáky. Způsob práce Práce ve skupinách, celá třída. Hlavní myšlenky této lekce Dokázat vyhodnotit a analyzovat své výrobky, a tak je vylepšovat. Diskutovat konstrukční proces. Kontext a pozadí V této lekce probíhá hodnocení procesu a výrobku. Splnili jsme zadání? Jak žáci uplatňují vědecké poznatky, které získali, a jak pracují s konstrukčním procesem? Je to také chvíle, kdy předvedou své řešení problému a mohou být hrdí na to, co se naučili a co vytvořili. 18

4.1 Úvodní aktivita diskuse ve třídě 15 minut Učitel spolu s žáky shrne dosažené výsledky v lekci 3. Každá skupina si naplánuje, jak na základě bodů z předchozí lekce své hračky vylepší. 4.2 Vylepšování práce ve skupinách 60 minut Žáci provedou důležitá vylepšování svých výrobků (hračky či počítadla). Musejí určit, jaké další materiály budou potřebovat. A také je nutné, aby měli prostor pro konzultaci svých návrhů s ostatními skupinami a pro získání nových nápadů. Například pro mechanickou hračku: 1. použijte na vačku lepenku o větší tloušťce, aby nedocházelo k prokluzování vačky, 2. použijte tenčí spojovací kolík (špejli), aby se mohl v brčku volně pohybovat, 3. použijte větší krabici pro přidání postav, 4. změňte některé pohyby a otestujte další možnosti, 5. vyrobte vačku z jiného materiálu, nebo např. k zajištění vačky použijte lepicí pistoli namísto fi xační hmoty Blu-tack. Například pro počítadlo: 1. použijte větší kolo pro lepší spojení, 2. vybarvěte kola pro jejich lepší rozpoznání, 3. čísla na kolech napište větší, aby šla snadněji přečíst, 4. použijte jiný materiál než polystyren pro lepší podporu, 5. na vnitřní stranu lepenkových zubů dejte tyčky, aby byly silnější. Každá skupina se musí rozhodnout, kterého nápadu se bude držet. Když skupiny sesbírají různé názory, jsou připravené začít stavět nový stroj. Učitel jim může poskytnout více času pro zkonstruování nového stroje. Nový stroj budou žáci stavět podle kroků popsaných v lekci 3 a zároveň budou dělat vylepšování. 4.3 Závěr celá třída 25 minut Když žáci svůj stroj vylepší, představí ho ostatním. Na konci této lekce učitel a žáci proberou, co se naučili, konstrukční proces a jeho pět kroků: zadání a pokládání otázek, přemýšlení, plánování, zkonstruování a vylepšování. 19

Konstrukční proces 20

Úvodní příběh Nacházíme se v malém městečku Hagury... Toto městečko je proslulé něčím konkrétním... Víte čím? Ne?! To je překvapení! Je proslulé díky zvláštnímu obchodu! Obchodu pana Toyze. Pan Toyz má úžasnou práci. Je návrhářem hraček. A navíc je jedním z nejlepších! Ve skutečnosti byl návrhářem hraček jeho tatínek a také jeho dědeček. Ke každé významné události vyrobí pan Toyz nové hračky. Vánoce právě skončily a zbývá už jen několik dní zamyslet se nad novými hračkami na Silvestra. Je tu ale jeden problém... Pan Toyz si vždycky své hračky tvořil sám. A je tak kreativní, že ani nedokážeme všechny jeho vynálezy vyjmenovat. Dnes mu však nápady došly. Každé ráno na cestě do své dílny se snaží vymyslet nové hračky. Po všech těch letech navrhování a vyvíjení mu ale jeho představivost došla... A dnes... Vytvořil jsem tolik hraček... A teď jsem troska! Nemám už žádnou inspiraci. Z myšlenek vytrhlo pana Toyze zaklepání na dveře. Pošťák. Dobrý den, pane! Mám pro vás několik dopisů! Přišly tři dopisy a jeden z nich je zcela odlišný. Pan Toyz okamžitě rozpoznal razítko: dopis přichází z veliké dálky. Jeho syn, který má také obchod s hračkami, odešel z Francie, aby v té daleké zemi pomáhal dětem. Ve svém dopise žádá něco speciálního... Milý tatínku, jsem zde už šest měsíců... Každý den tu není růžový, jak víš, ale jsem šťastný, že mohu lidem tady pomáhat z těch několika málo zdrojů, které mám. Učím je vše, co znám, pomáhat jim stavět domy... Ale teď bych chtěl něco víc. Přál bych si zlepšit život dětí, anebo jim přinést do něj alespoň více zábavy! Nemají tu žádné hračky a ani dostatek peněz, aby si je mohly koupit, a tak si hrají s věcmi, které najdou... Myslím, že chápeš, proč tě potřebuji. Mohl bys vyrobit nějaké hračky pro místní děti? Víš o našich podmínkách tady... Věřím ti... Děkuji! Alfred Pan Toyz se zahloubal... Tak další problém jsem opravdu nepotřeboval... Zírá do šálku kávy a přemýšlí... A najednou dostal nápad! Jde-li o hračky pro děti... proč by je nenavrhly samy děti?! Pana Toyze okamžitě napadne soutěž... Každé dítě sní o tom, že bude jako pan Toyz a že bude tvořit hračky! Je to poprvé, co někdo bude něco takového pořádat ve svém obchodě. Pan Toyz rychle vyrábí plakáty, oznámení a tak dále. Všechno musí být hotovo následující den a pak bude schopen vytvořit hračky pro svůj obchod a také pomoci svému synovi. A nazítří má jeho obchod novou tvář! Všechny děti z městečka spěchají k výloze, aby si přečetly vyvěšený plakát. SOUTĚŽ: Vytvoř hračku a pomoz dětem, které nemají takové štěstí a žádnou nemají. Musíš být kreativní. Děti jsou velmi nadšené a chtějí vědět více. Pane, jak se můžeme soutěže zúčastnit? Co vyhrajeme? Nedokážeme vymyslet takové nádherné hračky, jako jsou vaše! Nebojte se. Nejdůležitější je, abyste se bavili a aby se bavily i děti, které hračky dostanou! A tu nejlepší vystavíme v mém obchodě! Existují však určitá pravidla: Pravidlo číslo 1: Hračky musejí být ekologické, nesmějí obsahovat baterie ani žádné připojení na elektřinu. Pravidlo číslo 2: Hračky se musejí hýbat. Pravidlo číslo 3: Hračky musejí být vyrobeny z recyklovaného materiálu lepenky, korku, brček... Když si to tedy celé shrneme, musíte vymyslet mechanické hračky. 21

Teď má ale pan Toyz další problém... Jeho hračky od počátku soutěže zaznamenaly skutečný úspěch, větší než kdy dřív. Jeho obchod je ale velmi malý a pan Toyz je znepokojený. Nemůžu tu mít více než 10 lidí. A nemohu celý den stát před obchodem a říkat dětem, že musejí počkat... Musím najít nějaký systém... A protože je soutěž s hračkami úspěšná, rozhodně se prodavač hraček vyzkoušet ještě jednu... Mohu uspořádat pro děti další soutěž! Požádám je, aby přišly se systémem, díky kterému budu vědět, kolik lidí je v mém obchodě. Tento systém by mi měl říci, zda je v mém obchodě již plno, nebo ne. A příští den se před obchodem objeví další nápis... a nyní je řada na vás, abyste panu Toyzovi pomohli... 22

Pracovní a odpovědní listy 23

Pracovní list 1, lekce 1 Najděte mechanický předmět Jméno: Datum: Víte, že mechanické předměty jsou všude kolem nás? Váš učitel někde v učebně schoval mechanické předměty. Najděte je. Hodně štěstí! Co potřebujete? Vaše pozorovací schopnosti. Do práce! 1. Napište název předmětu, který jste našli...... 2. Popište jeho funkci..... 3. Vysvětlete, proč jste si jisti, že je tento předmět mechanický................ 24

Odpovědní list pracovní list 1, lekce 1 Najděte mechanický předmět Jméno: Datum: Víte, že mechanické předměty jsou všude kolem nás? Váš učitel někde v učebně schoval mechanické předměty. Najděte je. Hodně štěstí! Co potřebujete? Vaše pozorovací schopnosti. Obrázek je jen návrhem, jak v učebně mechanické předměty schovat. Do práce! 1. Napište název předmětu, který jste našli. Seznam mechanických předmětů nakreslených na obrázku: 1. hodiny nebo hodinky, 2. deštník, 3. jízdní kolo, 4. hračka jeřáb, 5. kružítko, 6. dveře, 7. mikroskop, 8. hračka pes, 9. nůžky, 10. fotoaparát, 11. školní aktovka, 12. okno. 25

2. Vysvětlení, proč některé předměty na obrázku jsou mechanické. Předmět Je mechanický? Vysvětlení Jízdní kolo Ano Šlápnete do pedálů a díky řetězu a řetězovým kolečkům se roztočí kola. Hodinky Ano Ručičky hodin se otáčejí díky ozubeným kolečkům uvnitř a také díky baterii. Deštník Ano Když deštník otevíráte, mačkáte tlačítko pro jeho otevření. Dveře Ano Dveře se otáčí podél své osy. A když chcete dveře otevřít, stisknete kliku, abyste je otevřeli - klika se otáčí. Okno Ano Otočíte kliku do pozice zamknutí nebo odemknutí a poté zatlačíte na okenní tabuli. Školní aktovka Ano Pro otevření nebo uzavření aktovky používáte zip. Mechanický pes hračka Ano Jsou zde kola a díky fyzické síle se pes může pohybovat. Projevuje se zde přenos pohybu. Nůžky Ano Existuje zde přenos pohybu, protože čepele se pohybují díky síle, kterou přenášíme z našich rukou. Jeřáb hračka Ano Je zde klika a díky ní a kladkám se hák může pohybovat dolů a nahoru. Mikroskop Ano Otáčíte nastavovacím knoflíkem a pohybujete stolkem mikroskopu nahoru a dolů pro zaostření. Kružítko Ano Chcete-li pohnout nožičkami kružítka, budete muset otočit malým kolečkem mezi nimi. Fotoaparát Ano Funkce jsou většinou elektronické, ale část týkající se clony je mechanická. 3. Některé další předměty Předmět Je mechanický? Vysvětlení Psací stroj Ano Uvnitř psacího stroje jsou ozubená kolečka. Váleček Ano Uvnitř kol válečku jsou kulová ložiska. Mechanický šlehač Ano Když točíte klikou, otáčí se díky ozubeným kolečkům šlehač. Vývrtka Ano Jsou zde dvě páky, jedna na každé straně vývrtky. Šicí stroj Ano Uvnitř šicího stroje jsou vačky a řemenice. Odstředivka na salát Elektronická kalkulačka Ano Ne Uvnitř odstředivky jsou ozubená kolečka. Pero Ano i ne U některých per musíme zmáčknout tlačítko, aby tuha vylezla ven. Balón Ne Sluneční brýle Ne 26

Pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu..... 2. Popište jeho funkci..... 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: a. červeně páku, b. zeleně ozubená kolečka, c. modře vačky, d. oranžově kliku. 27

Pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu..... 2. Popište jeho funkci..... 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: a. červeně páku, b. zeleně ozubená kolečka, c. modře vačky, d. oranžově kliku. 28

Pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu..... 2. Popište jeho funkci..... 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: a. červeně páku, b. zeleně ozubená kolečka, c. modře vačky, d. oranžově kliku. 29

Pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Ahoj! Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu..... 2. Popište jeho funkci....... 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: a. červeně páku, b. zeleně ozubená kolečka, c. modře vačky, d. oranžově kliku. 30

Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Vývrtka 2. Popište jeho funkci. Vývrtka se používá k odstranění zátky z láhve. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď se pojďme na předmět podívat blíže. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: červeně páku, zeleně ozubená kolečka, modře vačky, není zde žádná vačka oranžově kliku, není zde žádná klika páka ozubená kolečka 31

Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Zde máte mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Jízdní kolo 2. Popište jeho funkci. Na kole se jezdí. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: červeně páku, není zde žádná páka zeleně ozubená kolečka, modře vačky, není zde žádná vačka oranžově kliku. ozubená kolečka zvláštní klika pro pedál 32

Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Tady je mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Krabička s klikou - hračka 2. Popište jeho funkci. Slouží ke hraní: když se točí klikou, obrázek stoupá a klesá. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: červeně páku, není zde žádná páka zeleně ozubená kolečka, nejsou zde žádná ozubená kolečka modře vačky, oranžově kliku. klika vačka 33

Odpovědní list pracovní list 1, lekce 2 Definujte mechanický předmět Jméno: Datum: Ahoj! Tady je mechanický předmět. Nebojte se, nejde o žádnou past. Dokážete odhadnout, jak předmět funguje, a dokážete jej popsat? Co potřebujete? Předmět, který přinesl učitel nebo žáci. Do práce! 1. Napište název předmětu. Hračka 2. Popište jeho funkci. Slouží ke hraní: když hračku tlačíme, nakreslená ozubená kola stoupají a klesají. 3. Nakreslete předmět (nebo jen jeho mechanickou část / mechanické části). A teď pojďme předmět blíž prozkoumat. Dokážete najít mechanické části? Ano? Pokud ano, označte je následovně: červeně páku, není zde žádná páka zeleně ozubená kolečka, nejsou zde žádná ozubená kolečka modře vačky, žlutě kliku. táhlo 3 vačky 34

Pracovní list 2, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (1/3) Jméno: Datum: Mnoho mechanických hraček se skládá z vaček. Jsem si jistý, že je znáte: když s vačkou pohybujete, některé části hraček stoupají nebo klesají. Pojďme vačky prozkoumat, abychom pochopili, jak fungují! Co potřebujete? Kousek kartonu (40 cm 50 cm) nebo lepenkové krabice, lepenku, lepidlo, nůžky, kousky spojovacího kolíku (špejle), fi xační hmotu Blu-tack, gumičky. Do práce! 1. Výroba mechanismu vačky Použijte lepenkovou krabici nebo si nakreslete vzor na kus kartonu a vytvořte otevřenou krychli o délce hrany 10 cm. Vystřihněte ji a udělejte rýhy pro záhyby. Vyměřte a označte tři otvory ve vzdálenosti 5 cm od jedné hrany a 2 cm od druhé. Tady je uveden nákres. Vytvořte krychli, záložky přilepte lepidlem. Je-li třeba, můžete použít kancelářské sponky. Nakreslete kolo o průměru 2 cm a vystřihněte ho. Kolo přilepte na spodní část spojovacího kolíku (špejle): to bude vaše kolo na hřídeli. Kolo na hřideli 35

Kolo na hřídeli provlékněte otvorem v horní části rámu tak, aby kolo zůstalo na vačce. Chcete-li jistotu, že získáte správný pohyb, doporučujeme použít brčko. Navlékněte vačku na silnější spojovací kolík (špejli), provlékněte ji otvory v rámu a v místě zajistěte fi xační hmotou Blu-tack, tak aby se vačka otáčela pomocí nápravy, ne sama o sobě. Zde je naše provedení papírový praporek spojovací kolík (špejle) Lepenková krabice kousek brčka lepenkové kolo gumička spojovací kolík lepenková vačka trochu fi xační hmoty Blu-tack Vyzkoušejte tvar vačky. Abyste se ujistili, že je mechanismus správný, vyzkoušejte kruhový tvar vačky. 36

Pracovní list 3, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) Jméno: Datum: Když jste poznali vačku, pojďme vyzkoušet různé tvary vaček. Co potřebujete? Kousek kartonu (40 cm 50 cm) nebo lepenkové krabice, lepenku, lepidlo, nůžky, kousky spojovacího kolíku (špejle), fi xační hmotu Blu-tack, gumičky. Do práce! Sledujte pohyb podle tvaru vačky. Vyzkoušejte různé tvary a výsledky si poznamenejte. Co se děje s... Nakreslete vaši vačku A výsledek je... Kruhová vačka Kruhová vačka, ale excentrická Vačka ve tvaru hrušky Vačka ve tvaru elipsy Vačka ve tvaru kapky Vačka ve tvaru hvězdy Vaše vačka! 37

Odpovědní list - pracovní list 3, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (2/3) Jméno: Datum: Když jste poznali vačku, pojďme vyzkoušet různé tvary vaček. Vyzkoušejte různé tvary a výsledky si poznamenejte. Co se děje s... Nakreslete vaši vačku A výsledek je... Kruhová vačka Vlajka se otáčí, ale nezvedá se ani neklesá. Kruhová vačka, ale excentrická Vlajka se otáčí. Když vačka rotuje, vlajka stoupá a poté zase klesá. Pohyb je plynulý. Vačka ve tvaru hrušky Vlajka se otáčí a jednou se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Pohyb je plynulý. Vačka ve tvaru elipsy Vlajka se otáčí a dvakrát se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Pohyb je plynulý. Vačka ve tvaru ulity Vlajka se otáčí, poté se pomalu zvedá, a když kolo na hřídeli projde vrcholem, náhle poklesne. Vačka ve tvaru kříže Vlajka se otáčí a čtyřikrát se zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Vaše vačka! 38

Šablony pro vačky Tyto velikosti šablon jsou pro krabice o délce hrany 10 cm. 39

Pracovní list 4, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (3/3) Jméno: Datum: Nyní jste dokončili vačkový mechanismus. Pojďme nyní vyzkoušet, jak vyřešit zadání! Co potřebujete? Váš mechanismus postavený v pracovním listu 2, lepenku, lepidlo, nůžky, kousky spojovacího kolíku (špejle), doporučené šablony pro vačky, fi xační hmotu Blu-tack, gumičky. Do práce! 1. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby kolo na hřiídeli vystoupalo co možná nejvýše. Nakreslete vaši vačku. 2. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby se kolo na hřídeli osmkrát zvedlo, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku. Nakreslete vaši vačku. 3. Zamyslete se nad systémem, ve kterém by se vlajka otáčela co možná nejrychleji! Nakreslete vaši vačku. 40

Odpovědní list pracovní list 4, lekce 2 Pojďme si hrát s vačkami! (3/3) Jméno: Datum: Nyní jste dokončili vačkový mechanismus. Pojďme nyní vyzkoušet, jak vyřešit zadání! Do práce! 1. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby kolo na hřideli vystoupalo co možná nejvýše. Nakreslete vaši vačku. Vačka musí mít vačka musí mít protáhlý tvar/tvar kapky (viz obrázek níže). Druhý obrázek znázorňuje, jak změnit tvar vačky, aby kolo na hřídeli vystoupalo co nejvýše. Maximální výška, které kolo na hřideli dosáhne. Maximální výška, které kolo na hřídeli dosáhne. Poznámka: Oba nákresy se zdají být stejné. 2. Zamyslete se, jaký tvar by vaše vačka měla mít, aby se kolo na hřídeli osmkrát zvedlo, zatímco se vačka otočí o jednu celou otáčku. Nakreslete vaši vačku. 3. Zamyslete se nad systémem, ve kterém by se vlajka otáčela co možná nejrychleji! Nakreslete vačku. To záleží na pozici vačky a kola na hřídeli: čím blíže je vačka k ose kola na hřídeli, tím rychleji se praporek otáčí. Kolo na hřídeli se jednou zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku. Kolo na hřídeli se čtyřikrát zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku. Kolo na hřídeli se osmkrát zvedne, když se vačka otočí o jednu celou otočku. 41

Pracovní list 5, lekce 2 Pojďme si hrát s ozubenými koly! Jméno: Datum: Pro roztočení každého kola potřebujeme motor, což znamená, že potřebujeme energii. A pro transformaci pohybu musíme použít kolo správné velikosti. Pojďme vyrobit ozubená kola! Co potřebujete? Sadu ozubených kol, různě barevných a různě velkých. Desku pro upevnění ozubených kol Do práce! 1. Vyberte dvě kola a upevněte je. Na jedno z kol nasaďte kliku. 2. Porovnejte rychlost různých kol a výsledky zaznamenejte do tabulky. Kolo bez kliky je Nakreslete váš pokus. Které ze dvou kol se otáčí rychleji? To menší To nejmenší Kolo o stejné velikosti To větší 42

Odpovědní list pracovní list 5, lekce 2 Pojďme si hrát s ozubenými koly! Jméno: Datum: Pro roztočení každého kola potřebujeme motor, což znamená, že potřebujeme energii. A pro transformaci pohybu musíme použít kolo správné velikosti. Pojďme vyrobit ozubená kola! 1. Doporučujeme použít materiály společnosti CELDA nebo LEGO s ozubenými koly různých barev a velikostí. Učitel může použít i průmyslové materiály nebo ozubená kola spolu s žáky vyrobit. Obsah sady: 1 růžové kolo s nápravou, 2 šedé desky a 2 šedé kousky umožňující jejich spojení, 1 červená klika, 1 malé červené kolečko, 1 modré kolečko, 2 žlutá kolečka, 7 náprav. Kolo bez kliky je... Nakreslete svůj experiment Které kolo se točí rychleji? To menší Menší kolo se otáčí rychleji než kolo s klikou. To nejmenší Nejmenší kolo se otáčí rychleji než kolo s klikou. Kolo o stejné velikos Dvě stejně velká kola se otáčejí stejnou rychlos. To větší Větší kolo se otáčí pomaleji než kolo s klikou. 43

Žáci musí zaznamenat, že: Větší kolo se otáčí pomaleji než druhé kolo. Velikost kola je z hlediska rychlosti důležitá. Je-li kolo větší, má více zubů a kolo se otáčí pomaleji. U menšího kola je tomu naopak. 2. Pokud by učitel ozubená kola raději vyrobil, zde je návod: Co potřebujete? Část 1: příprava potřebných materiálů. Lepenku, nůžky, krabici z polystyrenu, plastové uzávěry různých velikostí, lepicí pistoli, nebozízek (ruční vrták), tyčky (špejle). Část 2: výroba ozubených kol. Sundejte vrstvu lepenky, abyste získali zuby. Nebozízkem udělejte do plastového uzávěru otvor. Pomocí lepicí pistole přilepte lepenku okolo plastového uzávěru. Ozubené kolo je hotovo! Žáci mohou použít jiné plastové uzávěry a vyrobit kola různých velikostí. tyčka (špejle) nebo hřebíček Část 3: upevnění prvního kola A/ Rozdělte kola podle velikosti: od nejmenšího po největší. B/ Vyberte kolo prostřední velikosti. Upevněte jej na ozubené kolo polystyrenovou krabici pomocí tyčky (špejle) nebo hřebíčku. Toto kolo bude obdoba žlutého kola z výše uvedené sady. krabice z polystyrenu Část 4: výroba převodovky Cílem této části je prozkoumat rychlost otáčení každého kola. Doporučujeme začít experimenty s většími koly. Připevněte dvě kola vedle sebe, aby se mohl přenášet pohyb. Experiment zakreslete a pozorované výsledky zaznamenejte do tabulky. Zde je uveden příklad převodovky, k jejíž výrobě byli žáci vyzváni. Pohled shora Pohled ze strany 44

Návrhy pro zkonstruování mechanických předmětů Jak postavit mechanickou hračku Učitel musí pro žáky připravit potřebný materiál. Také může žáky požádat, aby nějaký materiál přinesli z domova (brčka, modelovací hmotu, např. Play doh, lepenku, ale musí upřesnit, jaký typ lepenky mají přinést, různé lepenkové krabice). Pak se může rozhodnout, zda nechá každou skupinu postavit jejich vlastní hračku, nebo zda všechny skupiny budou vyrábět hračku pouze jednu. Hračku lze vyrobit různými způsoby. Naše návrhy jsou pouze doporučení, využít se nemusí. Doporučujeme ale, aby si učitel naše návrhy prostudoval a pomohl žákům, aby si navrhli předmět sami (rada, nápad...). Co potřebujete? Krabici (například krabici od bot), lepenku pro výrobu krabice, nemáte-li ji, a pro výrobu vaček, brčka, spojovací kolíky (špejle), samolepicí pásku, 2 gumičky, lepicí pistoli, fi xační hmotu Blu-tack. Krok 1: Jakou pohádku a jakou postavu? a. Žáci a učitel musejí nejprve pro hračku vybrat pohádku. Pamatujeme si, že pan Toyz požádal žáky, aby vymysleli hračky pro vyprávění pohádek. b. Poté žáci upřesní hlavní postavu a nakreslí ji na lepenku. Mohou ji také vytisknout a na lepenku nalepit. V našem případě jsme vybrali postavu Timona z Lvího krále ( Walt Disney Pictures). Krok 2: Defi nice mechanického pohybu Když žáci vybrali postavy, defi nují pohyb. To znamená, že využijí znalosti získané v lekci 2 a defi nují tvar vačky, kterou budou potřebovat. Musejí ji vyrobit: po prvním pokusu ji samozřejmě vylepší. V našem případě, jsme se rozhodli, že Timon jednou vyskočí a zatočí se kolem dokola, když se vačka otočí o jednu celou otáčku. Proto jsme zvolili vačku ve tvaru hrušky. Krok 3: Sestavit a uspořádat nápady Kvůli lepší organizaci doporučujeme, aby si žáci udělali nákres a rozhodli, kde na krabici přesně upevní postavu a kde bude mechanismus. Když žáci pracují ve skupinách, usnadní to vypracování seznamu materiálů. 45