استخدام أفكار من الطبيعة

(ملاحظة: يتألف هذا الدرس من جزأين (أ) و(ب)، وكلاهما مهم لتعلم المعيار بشكل كامل. إذا كان الوقت محدودًا، فراجع كلا الجزأين لاختيار العناصر التي تلبي احتياجات طلابك.)

في هذا الدرس، يدور هدف التعلم الأساسي حول التصميم الهندسي وتقليد الطبيعة - الطرق التي يستخدم بها الناس الأفكار من الطبيعة لتصميم حلول للمشاكل البشرية. سيقوم الطلاب بتصميم وبناء أحد هذه الحلول.
يقدم الدرس بعض الاقتراحات كمصادر للإلهام. شجع الطلاب على تصميم وبناء أفكارهم الخاصة لحل مشكلة إنسانية من اختيارهم. أبلغهم أن النماذج الصحيحة قد تتعدد.

• الخلفية العلمية - التعلم من الطبيعة: تقليد الطبيعة هو عملية استلهام الأفكار من الكائنات الحية الأخرى لتصميم حلول للمشاكل البشرية.
  • قد يأتي الإلهام من فهم كيفية استخدام الكائنات الحية لأعضائها الحسية أو غيرها من البُنى الداخلية والخارجية، بما في ذلك البُنى والعمليات المجهرية.
  • في هذا الدرس، يتقيد الطلاب بمحاكاة البُنى الخارجية للحيوانات المرئية للعين البشرية فقط.
  • يتم تقديم أمثلة مع توصية لمشاركة تلك المتعلقة بالضوء والصوت (من أجل اتساق الوحدة). اختر عدد ونوع الأمثلة التي تلبي احتياجات طلابك التعليمية.
  • لدعم الطلاب في تصميم الاختراع، شارك أيضا الصور/المعلومات بشأن مختلف أجزاء جسم الحيوان كمصادر للإلهام.
• بناء المعرفة المسبقة - التعلم من الطبيعة: باستخدام المواد العلمية الأساسية، يمكنك تبادل المعلومات والصور والتعريفات.
  • تشمل الأجزاء الخارجية من جسم الحيوان القرون والفراء والخياشيم والأرجل المفصلية والأجنحة والمناقير والعينين والريش والقشور والأذنين والإبر وقرون الاستشعار والأنف والجفون والأصداف والريش والألوان الزاهية أو أنماط الألوان.
  • تستخدم الحيوانات أجزاء أجسامها للتكاثر والنمو والنجاة في بيئتها، مثل البقاء آمنة عن طريق الاندماج في المناطق المحيطة أو حماية أجسامها أو إبعاد الحيوانات المفترسة.
  • يستلهِم الناس أفكارًا من الطبيعة لإنشاء اختراعات. أمثلة للضوء والصوت: 1) نمذجة مصابيح LED على شكل فانوس يراعات، مما يمكنها من إنتاج المزيد من الضوء بطاقة أقل؛ 2) تصميم القطارات أو أجزاء من توربينات الرياح لتكون أكثر هدوءًا من خلال نمذجتها على غرار منقار طائر الرفراف، مما يقلل من وصول الضوضاء إلى الأحياء المجاورة؛ 3) تصميم مواد حساسة للضوء تغير لونها وفقًا لمستويات الضوء، مما يمكن الآلات والأشخاص من الاندماج مع الخلفية.
  • الاختراعات المألوفة ومصادر إلهامها: الطائرات - أجنحة الطيور؛ طائرات الهليكوبتر - اليعسوب والطيور الطنانة؛ خوذات الدراجات - صدفات السلاحف؛ شكل الغواصة - الحيتان؛ الأذرع الاصطناعية - خراطيم الفيلة (درس بُنى الحيوان)
  • المفردات الرئيسية: أجزاء الجسم، البقاء على قيد الحياة، الاختراع
• خبرة البناء والبرمجة: راجع الاقتراحات الواردة في خطة الوحدة. في هذا الدرس، قد ترغب أيضًا في
  • تعزيز التعلم باستخدام جميع الدروس التعليمية من قائمة "ابدأ" في تطبيق SPIKE.
  • جرب درسًا واحدًا أو أكثر من الدروس الأخرى في وحدة "العلوم: شاهدها! اسمعها! ابْنِها!" لاكتساب المزيد من الخبرة في البناء والتعرف على قوالب الأيقونات في تطبيق SPIKE.
  • وضِّح أن البرمجة اختيارية في هذا الدرس.
• المواد: باستخدام الخلفية أعلاه، اختر وحدد المعلومات أو الصور أو مقاطع الفيديو المناسبة للعمر حول 1) أجزاء الحيوان الخارجية و2) تقليد الطبيعة. بالنسبة للبند الثاني، ابحث عن أمثلة تقليد الطبيعة أو أمثلة تقليد الطبيعة + الضوء والصوت. حدد كيف ستقدم هذه المعلومات العلمية للطلاب - عدد الأمثلة، ومكان مشاركة المعلومات، ومقدار الخيارات المقدمة، وما إلى ذلك. اجمع المواد الحرفية لدعم الطلاب في تحسين نماذجهم.

الجزء "أ" (45 دقيقة)

• قدِّم الشخصية (الشخصيات) الرئيسية بالقصة والتحدي الأول: تعلَّم دانيال وصوفي وليو وماريا أن بعض المصابيح الكهربائية صنعت باستخدام أفكار من كيفية صنع اليراعات للضوء. ساعدهم على التعرف على الأفكار الأخرى التي نحصل عليها من الطبيعة.

• التفكير - شارك أمثلة تقليد الطبيعة وأجزاء الحيوانات التي تم جمعها ويسِّر مناقشة موجزة حول موضوع (مواضيع) الدرس.

  • انظر إلى هذه الصور. كيف تستخدم الحيوانات هذه الأجزاء للنجاة؟ هل يمكن للبشر القيام بذلك أيضًا؟ (ستختلف الإجابات مع صور تقليد الطبيعة التي وجدتها: لا، إذ لا يستطيع البشر: صنع ضوءهم الخاص - كاليراعات؛ أو الطيران أو استخدام المناقير للتحرك بهدوء - كالطيور؛ الغوص في أعماق الماء - كالحيتان؛ إدخال رؤوسهم في صدفة - كالسلاحف.)
  • ما بعض الاختراعات التي تذكرك بما تستطيع الطيور فعله؟ (أمثلة: أجنحة الطائرات وشفرات طائرات الهليكوبتر تطير مثل الطيور أو الحشرات؛ والغواصات تغوص مثل الحيتان؛ والخوذات تحمي رؤوسنا كصدفة السلحفاة؛ والمصابيح الكهربائية تصنع الضوء كاليراعات؛ والقطارات وتوربينات الرياح تتحرك بهدوء كالطيور)
  • انظر إلى المزيد من الصور. ما أجزاء جسم الحيوان التي تستعرضها هذه الصور؟ (ستختلف الإجابات باختلاف الصور التي عثرت عليها لأجزاء الحيوان: القرون، والفراء، والخياشيم، والسيقان المفصلية، والأجنحة، والمناقير، والعيون، والريش، والقشور، والآذان، والإبر، وقرون الاستشعار، والأنف، والجفون، والأصداف، والريش، والألوان الزاهية أو أنماط الألوان)
  • فكر في أجزاء جسم الحيوان المختلفة. ما المشكلة التي يمكن أن تساعدك في حلها للبشر؟ (استثِر أفكار الطلاب وانشرها للاستخدام المشترك.)

• وزِّع مجموعةَ SPIKE Essential، وجهازًا على كل مجموعة.

• أثناء عمل الطلاب، وضح أنه يمكنهم تصميم وبناء أي حل لأي مشكلة بشرية، مستلهمين أفكارهم من أي حيوان. يقدم قسم "المشاركة" من هذا الدرس بعض الاقتراحات. أكِّد أنه لا يوجد نموذج واحد صحيح وأن البرمجة اختيارية في درس المشروع المفتوح هذا.

• اطلب من الطلاب:

  • استلهام الأفكار من قسم "المشاركة" لاختيار مشكلة بشرية لحلها وجزء من جسم حيوان يمكن أن يساعد في حلها.
  • رسم فكرتهم، بما في ذلك جزء جسم الحيوان الذي ألهمهم وكيف سيساعد التصميم البشر. (اطلب من الطلاب تسمية جزء الحيوان، واستخدام الدوائر والملصقات لعرض كيف سيستخدمونه في فكرتهم.)
  • التفكير في أفضل المواد لاستخدامها.
  • البدء في بناء نموذج لفكرتهم.
  • (اختياري) البدء في برمجة نموذجهم لعرض كيفية عمله.

• في منتصف زمن العمل، اطلب من الطلاب تبادل الأفكار متبعين روتينًا معتادًا داخل الفصل، ثم تحديث نماذجهم مستلهمين من الأفكار التي تبادلوها.

  • اختبار نموذجهم. تغييره للعمل بالطريقة المقصودة.

• يسِّر جلسة عصف ذهني حول طرق الجمع بين المواد الحرفية وعناصر LEGO^® في أفكار الطلاب التصميمية. شجِّع الطلاب على أن يكونوا مبدعين في المشكلات التي يصممون لها والمواد التي يختارونها.

• اجمع الطلاب للمشاركة.

• اطلب من كل مجموعة مشاركة وشرح حلهم التصميمي غير المكتمل (النماذج والرسومات)، بما في ذلك:

  • المشكلة التي يريدون حلها ولماذا يريدون حلها.
  • تحديد جزء جسم الحيوان الذي استخدموه كمصدر للإلهام وكيف يستخدمه هذا الحيوان.
  • كيف يريدون أن يعمل اختراعهم. (يجوز أن يصف الطلاب شفهيًا أو يعرضون بصريًا كيف ستعمل حلولهم ولكنهم بحاجة إلى إكمال نموذج فعال.)
  • ما إذا كان التصميم يعمل أو إذا كان عليهم تغييره.
  • تحديات التصميم التي يرغبون في الحصول على مساعدة فيها.

إن أردت المتابعة إلى "الجزء (ب) - الشرح"، فاطلب من الطلاب أن يحافظوا على نماذجهم سليمة أو امنحهم بعض الوقت لإعادة البناء.

الجزء "ب" (45 دقيقة)

• كرر الخطوات من "الجزء (أ) - الشرح" بهدف جعل مجموعات إضافية تطبق ما تعلمته وتشرحه.

• اطلب من الطلاب:

  • (10 دقائق) مواصلة تكرار واختبار نماذجهم حتى تعمل على النحو المتوقع.
  • (15 دقيقة) شرح اختراعهم وعرض كيف يحل مشكلة (مشكلات) بشرية باستخدام فكرة من جزء من جسم حيوان.

• (5 دقائق) ادعُ الطلاب إلى مشاركة المعرفة أو الأفكار أو المهارات التي:

  • ساعدتهم على إكمال التحدي.
  • تعلموها أثناء البناء.

• اطلب من الطلاب تنظيف مجموعات الألعاب ومناطق العمل.

• اطرح أسئلة إرشادية لاستثارة فكر الطلاب وقراراتهم أثناء المفاكرة والبناء والبرمجة.

قائمة الملاحظات

• راجِع أهداف التعلم (مربع دعم المعلم).
• استخدم قائمة الملاحظات لمراقبة تقدم الطلاب:
  • يحدد وصفهم وتصميمهم بعض الأمثلة على كيفية استخدام الحيوانات لبُناهم الخارجية للنجاة (باستخدام المعلومات العلمية المقدمة).
  • يحل تصميمهم مشكلة بشرية ويحتوي على ميزة تحاكي جزءًا معينًا من جسم حيوان. (يجوز أن يصف الطلاب شفهيًا أو يعرضون بصريًا كيف ستعمل حلولهم ولكنهم بحاجة إلى إكمال نموذج فعال.)
  • يصفون المواد التي استخدموها وميزات تصميمهم.

التقييم الذاتي

اطلب من كل طالب اختيار وحدة البناء التي يشعر أنها تصف أداءه الوصف الأفضل.

• وحدة البناء الزرقاء: أعتقد أنه يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج.
• وحدة البناء الصفراء: يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج.
• وحدة البناء الخضراء: يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج، بل وأستطيع مساعدة صديق في القيام بذلك أيضًا.

ملاحظات الأقران

اطلب من الطلاب، ضمن مجموعاتهم الصغيرة، مناقشة تجاربهم في العمل الجماعي.
شجّعهم على استخدام عبارات كهذه:

• أعجبني عندما...
• أود أن أسمع المزيد عن طريقتك في....

بسِّط هذا الدرس عن طريق:

• تقليل الاختيارات أو تقديم مشكلة بشرية معينة وربطها ببنية خارجية لحيوانات معينة. التأكيد على أنه يمكن للطلاب بناء حلهم التصميمي دون استخدام وحدة التحكم الرئيسية أو البرمجة.
  زِد الصعوبة عن طريق:
• مطالبة الطلاب ببرمجة نموذجهم لعرض كيفية عمل اختراعهم. إذا كنت ترغب في ذلك، ادعهم لتوسيع التحدي الوارد بقسم "التطبيق العملي" من خلال الجمع بين بنيتين أو أكثر لحل مشاكل متعددة.

• اطلب من الطلاب تحويل رسوماتهم التصميمية (من قسم "الاستكشاف") إلى نشرة إعلانية أو إعلان لاختراعهم. اطلب منهم استخدام الأسهم والدوائر والملصقات لشرح كيفية عمل الاختراع. يمكنهم أيضًا إضافة بضع كلمات أو جملة تخبر الناس لماذا ينبغي لهم استخدام الاختراع.

في حالة تيسيره من قبل المعلم، فسيتجاوز مدة الدرس البالغة 45 دقيقة.