التأهب للمخاطر الطبيعية

(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، يحدث التعلم من خلال مقارنة طرق متعددة للحد من آثار الزلازل على المباني وشاغليها. لذلك، يجب على الفصل بناء حلول مختلفة متعددة لدعم المقارنة. يعرض النموذج/البرنامج النموذجي بعض تصميمات المباني الممكنة، إلى جانب آلة للاختبار. وجِّه الطلاب لاستخدام الأمثلة كمصادر للإلهام، ومن ثم تصميم وبناء فكرتهم الخاصة لهيكل مقاوم للزلازل.

• راعِ أن تقوم كل مجموعة طلاب بإنشاء تصميم لمبنى واحد. ثم تقارن المجموعات التصاميم والنتائج. ساعد الطلاب على وضع معايير المقارنة.

• الخلفية العلمية - الزلازل: تحدث الزلازل بسبب حركات الأرض الطبيعية، مثل الانزلاق المفاجئ لقشرة الأرض أو النشاط البركاني.

• بناء المعرفة المسبقة - الاستعداد للزلازل: باستخدام المواد العلمية الأساسية (ومقاطع الفيديو إن وجدت - راجع قسم "المواد")، شارك المعلومات والصور والتعريفات.

  • الزلازل هي أحد المخاطر الناتجة عن عملية طبيعية تحدث بباطن الأرض (تشمل المخاطر الأخرى الفيضانات وأمواج تسونامي والانفجارات البركانية). أثناء الزلزال، يمكن أن تهتز الأرض بعنف، مما قد يؤدي إلى إتلاف المباني أو تدميرها وتهديد سلامة الناس.
  • يمكن للناس تقليل آثار (تأثيرات) الزلازل بعدة طرق، مثل تصميم المباني المقاومة للزلازل. تستخدم هذه المباني كلا من الأشكال والمواد لتقليل الخطر، ويكون بها أجزاء مصممة لتلقي الضرر لحماية المبنى بأكمله من الانهيار، على غرار الطريقة التي يمكن أن تنهار بها المصدات في السيارة لحماية الأشخاص بالداخل عن طريق امتصاص الطاقة من الحادث.
  • يساهم التأهب الجيد، كما هو الحال مع أنظمة الإنذار بحالات الطوارئ الخطرة، عن طريق تنبيه الناس للوصول إلى الملاذات الآمنة بسرعة.
  • المفردات الرئيسية: عمليات الأرض، المخاطر الطبيعية، الزلازل

• خبرة البناء والبرمجة: راجع الاقتراحات الواردة في خطة الوحدة. في هذا الدرس، قد ترغب أيضًا في

  • تعزيز التعلم باستخدام الدرس التعليمي "المحرك" من قائمة "ابدأ" في تطبيق SPIKE.
  • استخدام أقسام قوالب "الحدث" و"المحرك" من قائمة "التعليمات>قوالب الكلمات" في تطبيق SPIKE لمزيدٍ من الدعم.

• المواد: حدد مقاطع فيديو لاختبارات اهتزازات الزلازل (البحث: المباني المقاومة للزلازل). وشاركها عند بناء الخلفية إن رغبت في ذلك.

الجزء "أ" (45 دقيقة)

• قدِّم الشخصية (الشخصيات) الرئيسية بالقصة والتحدي الأول: يعرف ليو أن بعض الأماكن تضربها الزلازل. ساعده في تصميم أبنية تصمد أمام الزلازل للحفاظ على أرواح الناس.

• التفكير—يسِّر مناقشة موجزة حول موضوع (مواضيع) الدرس، باستخدام صورة القصة إن أردت.

  • ما هي أشكال المباني الأقل عرضة للتلف بسبب الزلازل؟ لماذا؟ (الأشكال المثلثة والهرمية؛ لأنها مستقرة وأقل تمايلًا.)
  • ما مواد البناء التي تصمد بشكل جيد أمام قوة اهتزاز الزلازل؟ لماذا؟ (الصلب؛ لأنه قوي وينحني بدلا من أن ينكسر.)
  • كيف يمكن للمهندسين تصميم المباني للحد من آثار الزلازل؟ (استخدم المواد/الأشكال المناسبة، مثل الصلب + الشكل المثلث؛ اختبار وتحسين التصاميم لإيجاد أفضل حل.)

• وزِّع مجموعةَ SPIKE Essential، وجهازًا على كل مجموعة.

• أثناء عمل الطلاب، حاوِل مشاركة الأمثلة أدناه كوسيلة دعم للبناء أو البرمجة. وضِّح أنها تعرض اقتراحات للهياكل المقاومة للزلازل. يجب على مجموعات الطلاب تصميم وبناء فكرتهم الخاصة لهذا الهيكل.

• اطلب من الطلاب:

  • استخدام النموذج الأساسي لبناء مبنى وآلة اهتزاز تحاكي الزلزال. استخدام الآلة لاختبار تصميم المبنى لمعرفة ما إذا كان سيتم تدميره بسبب الزلازل.
  • برمجة نموذجهم لرجّ المبنى بسرعات المحرك المختلفة. اختبار وتسجيل المدة التي يظل فيها النموذج صامدًا بسرعات مختلفة (قوة الاهتزاز). تذكر أن تبدأ الاختبار من سرعة منخفضة ثم تزيد (25٪ ثم 50٪ ثم 75٪ ثم 100٪). حدد تصميمات المباني التي تقع على الفور. ولماذا؟

• يسِّر جلسة عصف ذهني حول طرق استخدام عناصر LEGO^® لإنشاء نماذج أبنية تتجاوب بشكل مختلف أثناء الاختبار (على سبيل المثال، لأنها ذات أحجام أو أشكال مختلفة- طويلة وضيقة أو ثقيلة من الأعلى مع قاعدة عريضة - أو استخدم قطع مرنة تنحني ولا تنكسر). استكشف طرقًا لاستخدام سرعة المحرك لتمثيل القوة المتزايدة المؤثرة على المبنى.

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

أفكار نموذجية

• اجمع الطلاب للمشاركة. 

• اطلب من كل مجموعة استخدام نموذجها ورسوماتها التخطيطية لتطبيق وشرح:

  • تصميم المبنى خاصتهم. (اطلب منهم وصف الحجم أو شكل القاعدة أو الهيكل أو مرونة المواد.)
  • نتائج اختباراتهم.
  • سبب نجاح حل تصميم المبنى أو فشله.

• اطلب من الطلاب استخدام التفسيرات المقدمة ونتائج الاختبار بشكل فردي لتحديد حل التصميم الذي سيقلل بشكل أفضل من آثار الزلازل على الناس. يجب عليهم مقارنة تصميمين على الأقل لتفسير اختيارهم.

• ادعُ الطلاب إلى مشاركة التغييرات التي أدخلوها على نماذجهم من أجل تحسين أدائها.

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.

• (5 دقائق) شارك الخلفية العلمية لمساعدة الطلاب على تطبيق ما يلي عمليًا: في بعض مناطق الولايات المتحدة، يطلق نظام ShakeAlert^® (نظام الإنذار المبكر بالزلازل) صفارة إنذار لإخبار الناس بأن الزلزال قد بدأ وأن ثمة اهتزاز سيحدث قريبًا.

• (15 دقيقة) اطلب من طلابك تكرار نماذجهم واختبارها لإكمال التحدي التالي في التطبيق:

  • تحسين وبرمجة نموذج البناء خاصتهم بحيث يحذر الإنذار الناس من أن الزلزال قادم.

• (10 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:
  • يتضمن نموذجهم وبرنامجهم مبنىً ومحاكيًا للزلازل يعملان معا لاختبار مقاومة المباني للاهتزاز.
  • يستخدمون معايير لتقييم مدى نجاح حلهم في الحد من آثار الزلزال على البشر.
  • يقارن تفسيرهم بين نموذجين لمبنيين على الأقل لتحديد أيهما أفضل.

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:

• تعديل التحدي الأول: اطلب من الطلاب اختبار المبنى الخاص بهم بسرعة اهتزاز واحدة فقط. قدِّم حدًا زمنيًا لتحديد ما إذا كان المبنى يسقط "على الفور"، مثل 5 أو 10 ثوان.

زِد الصعوبة عن طريق:

• توسيع نطاق تحدي "التطبيق العملي": اطلب من الطلاب تغيير نماذجهم من قسم "التطبيق العملي" لإظهار طرق إضافية لتنبيه الناس حول مصدر الخطر الطبيعي.

• وفِّر مواد تعليمية حول المواد التي استخدمها البناة اليابانيون أو الصينيون أو الرومان القدماء لمقاومة أضرار الزلازل. (ابحث في المباني الصينية/اليابانية/الرومانية القديمة المقاومة للزلازل) اطلب من الطلاب فحص مثال واحد ومشاركة المفاهيم الأساسية والتفاصيل مما تعلموه.

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