| Εκπαιδευτικό Πάρκο Τεχνολογικής Έρευνας - Πρωτότυπη πειραματική συσκευή "Ζυγαριά με μοχλό" |  |
Πλήρης τίτλος: Κατασκευή πειραματικής ζυγαριάς με μοχλό, από απαξιωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά, με σκοπό τη χρήση της για τη διεξαγωγή εκπαιδευτικής έρευνας Περιγραφή Αντικείμενο της εφεύρεσης είναι η κατασκευή πειραματικών συσκευών από απαξιωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά, που θα χρησιμοποιηθούν για τη διεξαγωγή εκπαιδευτικής έρευνας. Η εφεύρεση που παρουσιάζεται εδώ, συνίσταται στην κατασκευή πειραματικής ζυγαριάς με μοχλό. Η εν λόγω εφεύρεση είναι δυνατόν να αποτελέσει το αντικείμενο άσκησης μαθητών στα πλαίσια ενός πρότυπου «εκπαιδευτικού εργαστηρίου τεχνολογικής έρευνας». Η άσκηση των μαθητών θα αποσκοπεί αφενός στη συναρμολόγηση της εν λόγω συσκευής (ή ανάλογών της, κατασκευασμένων με όμοιες τεχνικές και υλικά), αφετέρου δε στην εκτέλεση πειραμάτων με σκοπό τη βαθμονόμησή της. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές θα εισάγονται στις βασικές αρχές της εφαρμοσμένης έρευνας, ασκούμενοι σε πραγματικές συνθήκες εργαστηρίου. Το σενάριο που θα ακολουθείται για τη λειτουργία του εργαστηρίου συνίσταται στη δημιουργία μαθητικών συνόλων καθένα εκ των οποίων αποτελείται από τρεις ομάδες, των τριών (ή τεσσάρων) μαθητών η καθεμία. Για την κατασκευή των επιμέρους τμημάτων του συγκροτήματος χρησιμοποιούνται ανακυκλώσιμα και απαξιωμένα υλικά και ακολουθούνται οδηγίες που παρουσιάζονται αναλυτικά σε τρισδιάστατη απεικόνιση. Την καθοδήγηση των μαθητών αναλαμβάνει ένας εκπαιδευτής. Τα επιμέρους τμήματα συνδέονται μηχανικά και δημιουργούν συγκρότημα. Οι μαθητές όλων των ομάδων, με διακριτούς ρόλους ο καθένας, μεταβάλουν τις παραμέτρους εισόδου του συγκροτήματος, καταγράφουν τις εξόδους, τις εισάγουν σε Η/Υ και τελικά σχεδιάζουν την «καμπύλη λειτουργίας» του συγκροτήματος που οι ίδιοι κατασκεύασαν, εκτελώντας σειρά πειραμάτων. Το έργο κάθε μαθητικού συνόλου αξιολογείται με σύστημα κριτηρίων κλειστού τύπου και βραβεύονται οι μαθητές του συνόλου που συγκέντρωσαν τη μεγαλύτερη βαθμολογία. Η ανατροφοδότηση των αποτελεσμάτων που συλλέγονται, συμβάλλουν τόσο στον επανασχεδιασμό της εργαστηριακής διαδικασίας όσο και των εκπαιδευτικών στόχων του εργαστηρίου. Η πειραματική ζυγαριά με μοχλό αποτελείται από δύο επιμέρους συγκροτήματα. Το συγκρότημα διέγερσης (1) έως και (16) και το συγκρότημα απεικόνισης (17) έως και (32). Τα δύο επιμέρους συγκροτήματα της ζυγαριάς στηρίζονται σε ξύλινη παραλληλεπίπεδη βάση (33) η οποία φέρει στα τέσσερα άκρα του κάτω επιπέδου της τέσσερα όμοια πλαστικά καπάκια από μπουκάλια συσκευασίας ρευστών (34). Το συγκρότημα διέγερσης αποτελείται καταρχάς από πλαστικό μπουκάλι (1) στο οποίο έχει αποκοπεί το άνω τμήμα του στομίου του και στη βάση του, στηρίζεται, με τη βοήθεια περικοχλίων και ροδελών, κατακόρυφος χαλύβδινος κοχλίας (4) και (7). Το εν λόγω πλαστικό μπουκάλι αποτελεί το δοχείο τοποθέτησης της μάζας που πρόκειται να ζυγιστεί. Κατά την τοποθέτηση εντός του ανωτέρω δοχείου της προς ζύγιση μάζας, ο χαλύβδινος κοχλίας (4) μετατοπίζεται κατακόρυφα προς τα κάτω και το άκρο του (7) πιέζει την πλαστική επιφάνεια (8), η οποία έχει κατασκευαστεί από πλαστικό έλασμα που αποκόπηκε από πλαστικό μπουκάλι συσκευασίας ρευστού. Η επιφάνεια (8) στηρίζεται με δύο κοχλίες (9) και (10) και αντίστοιχα περικόχλια, στην περιφέρεια δύο πλαστικών καπακιών-πωμάτων (12) και (13), τα οποία με τη σειρά τους εφάπτονται με την επίπεδη πλευρά τους δεμένα, με τη βοήθεια αντίστοιχων περικοχλίων και ροδελών, πάνω στον χαλύβδινο κοχλία (15). Ο κοχλίας (15) μπορεί να περιστραφεί ελεύθερα γύρω από τα σημεία έδρασής του (οπές) στο κάτω τμήμα του πλαστικού μπουκαλιού (11), το οποίο αποτελεί τη βάση στήριξης του συγκροτήματος διέγερσης. Η βάση στήριξης του συγκροτήματος διέγερσης (11) στηρίζεται στην ξύλινη βάση της ζυγαριάς (33) με τη βοήθεια ενός κοχλία (14). Ο κοχλίας (4) που πιέζει την επιφάνεια (8), ολισθαίνει ενός πλαστικού κυλίνδρου (5) ο οποίος έχει κατασκευαστεί από καλαμάκι αναρρόφησης αναψυκτικών. Το καλαμάκι (5) διέρχεται κατακόρυφα από οπή κατάλληλης διαμέτρου, η οποία έχει διαμορφωθεί στην επίπεδη επιφάνεια πλαστικού πώματος (3), από μπουκάλι συσκευασίας ρευστών. Το καλαμάκι (5) επικολλάται στην επίπεδη επιφάνεια του πώματος (3) με θερμή σιλικόνη. Το πώμα (3) στηρίζεται στη βάση του συγκροτήματος διέγερσης (11) με τη βοήθεια δύο χαλύβδινων κοχλιών (2) και (6) και αντίστοιχων περικοχλίων και ροδελών. Η κατακόρυφη μετατόπιση του κοχλία (4) δημιουργεί ροπή στρέψης στον κοχλία (9), (16) ο οποίος τείνει να περιστραφεί γύρω από το άξονα (15), με αποτέλεσμα το άκρο (25) του κοχλία (16) να μετατοπίζεται προς τα άνω. Ο κοχλίας (16) διεγείρει με τον τρόπο αυτό το συγκρότημα απεικόνισης (17) έως και (32). Το συγκρότημα απεικόνισης αποτελείται από τη βάση του (22), η οποία έχει κατασκευαστεί από το κάτω τμήμα πλαστικού μπουκαλιού συσκευασίας ρευστών. Η βάση του συγκροτήματος απεικόνισης στηρίζεται στην ξύλινη βάση της ζυγαριάς με τη βοήθεια ενός κοχλία (27). Στο κάτω τμήμα της βάσης (22) έχει στηριχθεί κοχλίας (28) γύρω από τον οποίο περιστρέφεται ελεύθερα τμήμα από καλαμάκι αναρρόφησης αναψυκτικών (24). Γύρω από το καλαμάκι (24) περιστρέφεται σπάγκος (29) το ένα άκρο του οποίου έχει δεθεί στο άκρο (25) του κοχλία (16) και το άλλο άκρο του σπάγκου (29) έχει δεθεί στην περιφέρεια του πλαστικού πώματος (20). Το πλαστικό πώμα (20) συνδέεται μετωπικά με όμοιο πλαστικό πώμα (21) με τη βοήθεια ενός του κοχλία (32), οποίος περιστρέφεται ελεύθερα εντός κατάλληλα διαμορφωμένων οπών στο άνω τμήμα της βάσης (22). Η ανύψωση του άκρου (25) τείνει να περιστρέψει τον άξονα-κοχλία (32) αντίθετα με τους δείκτες του ρολογιού. Τα δύο συνδεδεμένα πλαστικά πώματα (20) και (21) φέρουν στα άκρα τους κυκλικά πλαστικά ελάσματα (18) και (19) τα οποία έχουν αποκοπεί από τις βάσεις από πλαστικά κεσεδάκια γιαουρτιών. Το άνω άκρο του λάστιχου (23), δένεται περιφερειακά πάνω στο πλαστικό πώμα (21) με φορά που να αντιστέκεται στη περιστροφή που δημιουργεί η ανύψωση του άκρου (25) και το κάτω άκρο λάστιχου (23) διέρχεται από κατάλληλα διαμορφωμένη οπή στο κάτω τμήμα της βάσης (22) και στη συνέχεια τοποθετείται ξύλινο ή πλαστικό τμήμα από καλαμάκι (26), ώστε να δημιουργείται η απαιτούμενη δύναμη τάνυσης. Με τον τρόπο αυτό, το λάστιχο (23) τείνει να περιστρέψει τον άξονα-κοχλία (32) κατά τη φορά περιστροφής των δεικτών του ρολογιού. Ο κοχλίας (30) στηρίζει το πλαστικό κυκλικό έλασμα (17) πάνω στο οποίο θα χαραχθούν κατά το πείραμα βαθμονόμησης σημεία απεικόνισης του βάρους που τοποθετήθηκε στο δοχείο (1). Το κυκλικό έλασμα (17) κατασκευάζεται από πλαστικό καπάκι συσκευασίας τροφίμων. Στο άκρο του κοχλία (32) στηρίζεται πλαστικό έλασμα με αιχμηρό άκρο (31), ώστε να διευκολύνεται η ανάγνωση της κλίμακας που θα δημιουργηθεί κατά τη βαθμονόμηση της ζυγαριάς. Η λειτουργία της πειραματικής ζυγαριάς που παρουσιάζεται εδώ στηρίζεται στην κατακόρυφη προς τα κάτω μετατόπιση που παρατηρείται στο άκρο του (10) του μοχλού (16) ο οποίος αρθρώνεται στον άξονα (15), εάν στον κάδο (1) τοποθετηθεί η προς ζύγιση μάζα. Στην περίπτωση λοιπόν της φόρτωσης του κάδου (1), το άκρο (25) του μοχλού (16) μετακινείται κατακόρυφα προς τα πάνω και παρασύρει το σχοινί (29). Η μία άκρη του σχοινιού (29) είναι δεμένη στο άκρο (25), ενώ η άλλη άκρη του σχοινιού έχει τυλιχθεί γύρω από την περιφέρεια των πλαστικών πωμάτων (20) και (21) τα οποία εδράζονται πάνω στον άξονα (32) ο οποίος φέρει στο άκρο του το δείκτη (31). Η ανύψωση του άκρου (25) του μοχλού παρασύρει τη δεμένη σε αυτό άκρη του σχοινιού το οποίο τεντώνεται και στη συνέχεια αναγκάζει τα πώματα (20) και (21) να περιστραφούν παρασύροντας σε περιστροφή και τον άξονα (32) πάνω στον οποίο εδράζονται. Η περιστροφή του άξονα στρέφει και τον δείκτη (31). Η στροφή του δείκτη είναι ανάλογη της μάζας που έχει τοποθετηθεί στον κάδο (1). Η επαναφορά του δείκτη στη μηδενική θέση επιτυγχάνεται με τη βοήθεια του μικρού λάστιχου (23) που τείνει να περιστρέψει τα πώματα (20) και (21) με ανάποδη φορά από αυτή που τείνει να τα περιστρέψει το σχοινί (29). Κατά τη διάρκεια της πειραματικής βαθμονόμησης της ζυγαριάς της εφεύρεσης τοποθετούνται μάζες διαφορετικού βάρους εντός του δοχείου (1) οι οποίες έχουν προηγουμένως ζυγιστεί σε ψηφιακή ζυγαριά (απαιτείται για την υλοποίηση του πειράματος). Μετά τη σταθεροποίηση του δείκτη (31) χαράσσεται, πάνω στον πλαστικό κυκλικό δίσκο (17), η ένδειξη του βάρους από τη ζύγιση που προηγήθηκε στην ψηφιακή ζυγαριά. Κάθε πειραματική δοκιμή επαναλαμβάνεται τρεις φορές, ώστε οι μαθητές να διαπιστώσουν την επαναληψιμότητα ή μη των αποτελεσμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα καταγράφονται σε κατάλληλα σχεδιασμένο πίνακα και στη συνέχεια αποτυπώνονται σε διάγραμμα. Οι μαθητές μπορούν να δημιουργούν το διάγραμμα των πειραματικών μετρήσεων με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Μετά τη κατασκευή του διαγράμματος ζητείται από τους μαθητές να εξάγουν συμπεράσματα σχετικά με την επαναληψιμότητα των πειραματικών μετρήσεων, τη μορφή των πειραματικών καμπύλων σε συνδυασμό με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της πειραματικής διάταξης. Η εφεύρεση που περιγράφεται αναλυτικά πιο πάνω, ενσωματώνει τρεις παραμέτρους ιδιαίτερης παιδαγωγικής σημασίας. Την ομαδοσυνεργατική, τη διαθεματική και την πραγματιστική προσέγγιση. Η ομαδοσυνεργατική προσέγγιση επιτρέπει στα παιδιά μέσα σε ένα πλαίσιο σχετικής ανεξαρτησίας από την εξουσία των ενηλίκων, αλλά άμεσης στήριξης των συνομηλίκων να προσεγγίζουν μέσα από διερευνητικές δραστηριότητες, σε πραγματικές συνθήκες εργαστηρίου τεχνολογικά έργα, προκειμένου να κατανοήσουν την κατασκευή τους και τη λειτουργία τους. Η διαθεματική προσέγγιση δεν περιορίζεται στην τεχνολογική εξέταση των κατασκευών, αλλά αναζητά τόσο τη συμβολή επιστημονικών κλάδων στη δημιουργία τους όσο και στις προεκτάσεις που έχει η λειτουργία τους στο κοινωνικό και στο φυσικό περιβάλλον. Η πραγματιστική προσέγγιση που φέρνει τα παιδιά σε άμεση επαφή με τα ίδια τα «πράγματα» της τεχνολογίας. Οι στόχοι της εφαρμογής της εφεύρεσης στην εκπαιδευτική διαδικασία, μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής: Διερεύνηση της δυνατότητας δημιουργίας φάσεων κατασκευής συγκεκριμένων συσκευών από ανακυκλώσιμα υλικά. Διερεύνηση της δυνατότητας συνεργασίας των μαθητών σε ομάδες των τριών - τεσσάρων, για την κατασκευή διακριτής και σαφώς καθορισμένης συσκευής, ακολουθώντας διαγραμματικές οδηγίες και χρησιμοποιώντας απλά εργαλεία πάγκου. Διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης του Η/Υ από μαθητές για την εισαγωγή και επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων. Διερεύνηση του βαθμού και του χρόνου ανταπόκρισης των μαθητών. Διερεύνηση της ταχύτητας μεταφοράς των πληροφοριών, του επιπέδου και του βαθμού ενσυνείδητης χρήσης τους στα πλαίσια της εργαστηριακής άσκησης μαθητών. Διερεύνηση των δυνατοτήτων εφαρμογής από τους μαθητές των σταδίων διερευνητικής μάθησης – ανακάλυψης με σκοπό την ολοκλήρωση του έργου. Διερεύνηση των δυνατοτήτων εφαρμογής από τους μαθητές της διαδικασίας ελέγχου υποθέσεων, ελέγχου μεταβλητών, κατασκευής έργου, κριτικής και παρουσίασης της εργασίας τους. Αξιώσεις 1. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης, χαρακτηριζόμενη από το ότι φέρει κατακόρυφα μετακινούμενο κάδο φόρτωσης των προς ζύγιση μαζών (1) και περιστρεφόμενο δείκτη (31) για την ένδειξη του μετρούμενου βάρους. 2. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι ο κάδος τοποθέτησης των προς ζύγιση μαζών (1) έχει κατασκευαστεί από πλαστικά μπουκάλια συσκευασίας υγρών. 3. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι ο μοχλός λειτουργίας (16) έχει κατασκευαστεί από κοχλία μεγάλου μήκους με σπείρωμα σε όλο το μήκος του. 4. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η βάση έδρασης (11) του άξονα άρθρωσης (15) γύρω από τον οποίο περιστρέφεται ο μοχλός (16), έχει κατασκευαστεί από πλαστικό μπουκάλι συσκευασίας υγρών. 5. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η βάση έδρασης (22) του συστήματος ένδειξης του βάρους έχει κατασκευαστεί από πλαστικό μπουκάλι συσκευασίας υγρών. 6. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι ο δείκτης (31) του μετρούμενου βάρους έχει κατασκευαστεί από φύλλο πλαστικού το οποίο έχει αποκοπεί από πλαστικό μπουκάλι ή δοχείο συσκευασίας υγρών ή τροφίμων. 7. Πειραματική ζυγαριά με μοχλό, κατάλληλη για την εκτέλεση πειραμάτων βαθμονόμησης σύμφωνα με τις αξιώσεις 1, 2, 3, 4, 5, 6, χαρακτηριζόμενη από το ότι τα επιμέρους εξαρτήματά της είναι αποσυναρμολογημένα και συσκευασμένα, ώστε να συγκροτούν παιχνίδι πειραματικής άσκησης για μικρούς και μεγάλους. Κατασκευή πειραματικής ζυγαριάς με μοχλό, από απαξιωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά, με σκοπό τη χρήση της για τη διεξαγωγή εκπαιδευτικής έρευνας Περίληψη H κατασκευή πειραματικών συσκευών από απαξιωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά, που θα χρησιμοποιηθούν για τη διεξαγωγή εκπαιδευτικής έρευνας έχει πολλαπλούς εκπαιδευτικούς στόχους, μεταξύ των οποίων είναι η απομυθοποίηση της τεχνολογίας και ο επαγγελματικός προσανατολισμός των μαθητών προς τις εφαρμοσμένες επιστήμες, με ευκταίο αποτέλεσμα την τεχνολογική ανάπτυξη της χώρας. Η συσκευή που παρουσιάζεται εδώ είναι μια πειραματική ζυγαριά με μοχλό. Η εν λόγω συσκευή μπορεί να συναρμολογηθεί από απαξιωμένα και ανακυκλώσιμα υλικά και να αποτελέσει πειραματική συσκευή για την εισαγωγή μαθητών, οι οποίοι εργάζονται σε ομάδα, στις βασικές αρχές της εφαρμοσμένης έρευνας. Για τη συναρμολόγηση της πειραματικής ζυγαριάς με μοχλό, εκτός των απαξιωμένων υλικών, όπως πλαστικά καπάκια-πώματα (3), (12), (13), (20) και (21), πλαστικά μπουκάλια από γάλα ή αναψυκτικό (1),(11) και (22), βάσεις από πλαστικά κεσεδάκια από γιαούρτι (18) και (19), πλαστικά ελάσματα από συσκευασίες τροφίμων (8), (17) και (31), πλαστικά καλαμάκια αναρρόφησης αναψυκτικών (5) και (24) χρησιμοποιούνται και φθηνά υλικά όπως σπάγκος (29), λάστιχο (23) και χαλύβδινοι κοχλίες (2), (4), (6), (9), (10), (14), (15), (16), (27), (28), (30) και (32). |
