Colocando em ordem
Transcrição
Colocando em ordem
Colocando em ordem Fornecido pelo TryEngineering - www.tryengineering.org Foco da lição A lição enfoca a engenharia por trás dos processos de classificação industrial. Através da análise do processo de fabricação de moedas, ou cunhagem, os estudantes exploram como a classificação é colocada em sistemas de manufatura e embalagem. Operando como um grupo de engenharia, os estudantes então trabalham em equipe para projetar e construir um sistema para classificar moedas de diferentes tamanhos para empacotamento. Resumo da lição A lição Colocando em ordem explora como os engenheiros desenvolveram sistemas de classificação que se integram a processos de fabricação e embalagem. Os estudantes exploram como as moedas são fabricadas e então trabalham em equipe para construir um sistema de classificação de moedas de diferentes tamanhos ou pesos. Eles fazem previsões e avaliam as estratégias empregadas e os resultados alcançados por todas as equipes de “engenharia” dos estudantes. Faixa etária 8-18. Objetivos Aprender sobre sistemas de engenharia. Aprender sobre o processo de fabricação de moedas. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Resultados esperados para os alunos Como resultado desta atividade, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Planejamento e engenharia de manufatura. Solução de problemas. Trabalho em equipe. Atividades da lição Os estudantes aprendem como as moedas são fabricadas e exploram os processos de classificação que engenheiros desenvolveram para acelerar processos de classificação e embalagem. As equipes de alunos desenvolvem um processo de classificação para moedas, fazem previsões, executam seus planos, resolvem problemas e avaliam seus resultados e aqueles de outras equipes. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 1 de 12 Recursos/Materiais Documento de recursos do professor (anexo). Folhas de trabalho do aluno (anexas). Folha de recursos do aluno (anexa). Alinhamento a grades curriculares Consulte a folha de alinhamento curricular anexa. Recursos na internet TryEngineering (www.tryengineering.org). Moedas na Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Coin; http://pt.wikipedia.org/wiki/Moeda). Visita virtual à Casa da Moeda dos EUA (www.usmint.gov/mint_tours). Casas da Moeda de outros países: o Casa de Moneda de México (www.cmm.gob.mx/cmm). o Royal Australian Mint (www.ramint.gov.au). o Royal Canadian Mint (www.mint.ca). o Royal Mint of the United Kingdom (www.royalmint.com). o Monnaie de Paris (www.monnaiedeparis.com). o United States Mint (www.usmint.gov). o India Government Mint (www.igmint.org). o Casa da Moeda do Brasil (www.casadamoeda.gov.br). Padrões da ITEA para a Educação Tecnológica: conteúdo para o estudo de tecnologia (www.iteaconnect.org/TAA/Publications/TAA_Publications.html). Compêndio McREL de Padrões e Marcas de Referência (www.mcrel.org/standardsbenchmarks). Uma compilação dos padrões atuais do currículo K-12 (ensino fundamental e médio) dos EUA, em formatos pesquisável e navegável. Padrões Educacionais de Ciência dos EUA (www.nsta.org/standards). Leituras recomendadas The History of Money (ISBN: 0609801724). Manufacturing, Engineering & Technology (ISBN: 0131489658). Atividade escrita opcional Escrever um ensaiou ou parágrafo sobre o impacto de engenharia quando um país decide alterar a aparência ou o material de uma de suas moedas. Escrever um ensaio sobre como os engenheiros incorporam sistemas contra falsificação na manufatura de moedas. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 2 de 12 Colocando em ordem Para professores: Alinhamento a grades curriculares Nota: Todos os planos de aula deste conjunto são alinhados ao National Science Education Standards dos EUA, produzidos pelo National Research Council e endossados pela National Science Teachers Association, e, se aplicável, ao Standards for Technological Literacy da International Technology Education Association e ao Principles and Standards for School Mathematics do National Council of Teachers of Mathematics. Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, séries K-4 (idades de 4 a 9 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. Compreensão sobre a investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Propriedades de objetos e materiais. Posição e movimentos dos objetos. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência e tecnologia na em desafios locais. Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 5ª a 8ª séries (idades de 10 a 14 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. Compreensão sobre a investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Movimentos e forças. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades da 5ª a 8ª série, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 3 de 12 Para professores: Alinhamento a grades curriculares (continuação) CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Ciência e tecnologia na sociedade. Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 9ª a 12ª séries (idades de 14 a 18 anos) CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: As habilidades necessárias para realizar investigação científica. Compreensão sobre a investigação científica. CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Movimentos e forças. CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver: Habilidades de projeto tecnológico. Compreensão de ciência e tecnologia. CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de: Saúde pessoal e comunitária. Ciência e tecnologia em desafios locais, nacionais e globais. Padrões para a Educação Tecnológica - todas as idades A natureza da tecnologia Padrão 3: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos relacionamentos entre tecnologias e as conexões entre tecnologia e outros campos de estudo. Tecnologia e sociedade Padrão 4: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos efeitos culturais, sociais, econômicos e políticos da tecnologia. Padrão 6: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da sociedade no desenvolvimento e uso da tecnologia. Padrão 7: Os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia na história. Projeto Padrão 8: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos atributos de projeto. Padrão 9: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do projeto de engenharia. Padrão 10: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da busca de erros, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e experimentação na solução de problemas. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 4 de 12 Para professores: Alinhamento a grades curriculares (continuação) Habilidades para um mundo tecnológico Padrão 11: Os estudantes desenvolverão habilidades para aplicar o processo de projeto. Padrão 12: Os estudantes desenvolverão habilidades para usar e manter produtos e sistemas tecnológicos. Padrão 13: Os estudantes desenvolverão habilidades para avaliar o impacto de produtos e sistemas. O mundo projetado Padrão 19: Os estudantes desenvolverão uma compreensão e serão capazes de selecionar e usar tecnologias de manufatura. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 5 de 12 Colocando em ordem Para professores: Recurso do professor Propósito da lição A lição enfoca a engenharia por trás dos processos de classificação industrial. Através da análise do processo de fabricação de moedas, ou cunhagem, os estudantes exploram como a classificação é colocada em sistemas de manufatura e embalagem. Operando como um grupo de engenharia, os estudantes então trabalham em equipe para projetar e construir um sistema para classificar moedas de diferentes tamanhos para empacotamento. Objetivos da lição Aprender sobre sistemas de engenharia. Aprender sobre o processo de fabricação de moedas. Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo. Materiais Folha de recursos do aluno. Folhas de trabalho do aluno. Saco com moedas de diferentes tamanhos. Um conjunto de materiais para cada grupo de estudantes: o Cola, fita, pratos de plástico ou papel, papelão, tesoura ou furador, madeira (opcional), papel alumínio, papel, tubos de papelão (como os de rolos de toalha de papel ou papel higiênico). o Uma amostra de cada moeda a ser classificada (o professor testará cada sistema com um saco de moedas diversas). o Dispositivo de coleta (copinho de plástico ou papel, caixa pequena, saco plástico ou de papel). Dicas Existem muitas maneiras de classificar as moedas. É melhor deixar que os alunos criem suas próprias soluções, o que também os fará descobrir o processo de negociação e trabalho em equipe - que fazem parte do dia-a-dia da vida de um engenheiro. Pode-se usar uma rampa com buracos ou fendas ligeiramente maiores do que cada moeda, cortados em uma base de papelão ou madeira, com os buracos/fendas menores mais para cima, de forma que as moedas menores sejam classificadas antes. Neste método, o ângulo da rampa determinará se as moedas se movem para baixo em uma velocidade lenta o suficiente para caírem nos buracos/fendas (uma rampa muito vertical fará com que as moedas passem rápido demais para entrarem nos buracos/fendas; uma horizontal demais fará com que as moedas fiquem presas nos buracos/fendas e não avancem). Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 6 de 12 Dicas (continuação) Outro método é usar a gravidade, pendurando uma série de pratos de plástico ou papel, pré-cortados com buracos ou fendas por onde as moedas possam cair. Nesse sistema, os buracos para as moedas maiores ficam nos pratos superiores e os menores nos inferiores. As moedas são classificadas balançando-se os pratos suavemente ou inclinando-os, de forma que as moedas caiam de um prato para o seguinte. Procedimento 1. Mostre aos estudantes as diversas folhas de referência do 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. aluno. Elas podem ser lidas em sala ou fornecidas como material de leitura como lição de casa para a noite anterior à aula. Se possível, dê aos alunos tempo de visitar os sites da web de diversas Casas da Moeda de todo o mundo, em particular a visita virtual à Casa da Moeda dos EUA. Divida os alunos em grupos de 2 a 3 estudantes “engenheiros”, fornecendo um conjunto de materiais por grupo. Explique aos estudantes que eles devem desenvolver um sistema para classificar moedas, da mesma forma que engenheiros criam sistema de classificação para instalações de manufatura e empacotamento. Os alunos se reúnem, revisam os materiais fornecidos e as amostras de moedas e desenvolvem um plano para seu sistema. Eles chegam a um consenso sobre os materiais de que precisarão, escrevem ou desenham seu plano e então apresentam o plano à turma. Em seguida, os grupos de estudantes executam seus planos. Eles podem precisar repensar seu plano, adicionar materiais ou começar tudo de novo. O professor, ou “gerente de engenharia”, passará por todos os sistemas e testará a “máquina” de classificação usando um saco com 10 moedas de cada tipo. As equipes registram quantas moedas são classificadas corretamente para os diversos recipientes (caixas, sacos, copos). Cada grupo de estudantes avalia os resultados, preenche uma folha de trabalho de avaliação/reflexão e apresenta suas descobertas à turma. Tempo necessário De duas a três sessões de 45 minutos. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 7 de 12 Colocando em ordem Recurso do aluno: Processos de cunhagem e classificação Separar e classificar Diversas tarefas de classificação são essenciais em processos industriais. Por exemplo, durante a extração de ouro do minério, um dispositivo chamado de mesa vibratória usa gravidade, vibrações e fluxo para separar o ouro de materiais mais leves do minério (classificando por tamanho e peso). Cunhagem Uma Casa da Moeda é uma instalação que fabrica moedas de circulação (dinheiro). No início, as únicas opções de fabricação eram a cunhagem a martelo e por fundição. Nas Casas da Moeda mais modernas, matrizes de moedas são fabricadas em grandes números e bobinas de metal são transformadas em moedas aos bilhões. Cada cidade-estado da Grécia antiga tinha sua própria Casa da Moeda. As Casas da Moeda de Roma eram distribuídas por todo império e usadas extensamente para fins de propaganda política. Uma maneira de fazer as pessoas saberem que havia um novo imperador era quando ele cunhava moedas com seu retrato nelas. Muitos dos imperadores que governaram por períodos muito curtos fizeram questão de colocar seu retrato em algumas moedas. Quietus, por exemplo, governou apenas parte do império de 260 a 261 d.C., mas colocou em circulação diversas moedas com sua imagem. Você sabia? • A cada ano, a Casa da Moeda dos Estados Unidos produz entre 14 e 28 bilhões de moeda de circulação. Em 2004, de 65 a 80 milhões de moedas foram cunhadas por dia. • Desde sua abertura, em 1965, a Casa da Moeda da Austrália produziu mais de onze bilhões de moedas de circulação e tem a capacidade de produzir dois milhões de moedas por dia, ou mais de seiscentos milhões por ano. • No Reino Unido, as prensas mais modernas da Casa da Moeda Real são capazes de cunhar mais de 700 moedas por minuto, o que torna impossível para o olho humano enxergar as moedas individualmente quando elas passam pela prensa. • A Casa da Moeda de Winnipeg é a principal instalação da produção de moedas em grande volume do Canadá. Nela, processos e equipamentos tecnologicamente avançados produzem até 15 milhões de moedas laminadas por dia, para circulação no Canadá e em outros países. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 8 de 12 Colocando em ordem Recurso do aluno: Processos de cunhagem e classificação (continuação) Passos de manufatura • Na maior parte dos casos, a produção das moedas começa com a chegada de bobinas - fitas de metal plano em rolos. As bobinas têm cerca de 30 cm de largura e 450 metros de comprimento, sendo aproximadamente da mesma espessura da moeda final a ser cunhada. Cada bobina pesa cerca de 2700 kg. • Depois de cortar um lote de moedas 'em branco', o metal restante (a “tira”) é cortado em pedaços e coletado em uma caixa. Reciclando-se a tira para criar novas bobinas de cunhagem, asseguramos que não se desperdice material. • Cada linha de prensas de estampagem normalmente fabrica moedas com a mesma denominação (valor facial), sendo que a força da prensa é ajustada para a resistência do metal. Sensores são capazes de detectar e separar moedas com defeito. O tamanho da bobina, a resistência do material, a complexidade do desenho e o relevo determinam a força necessária para o golpe da prensa. No sistema dos EUA, as moedas de dólar de ouro são as que exigem a maior força, ao passo que os “pennies” (moedas de um centavo de dólar) são as que requerem menos força. • Se um erro no peso ou desenho for identificado pelo sistema de controle de qualidade incorporado, a moeda defeituosa é separada das boas e enviada a máquinas de destruição de moedas, chamadas de “wafflers”. Estas máquinas usam dois roletes de alta pressão para imprimir um padrão sulcado no metal. Destorcido e mutilado, o metal perde seu valor como dinheiro. No entanto, ele é reciclado para uso futuro. • Se as moedas passam na inspeção, o operador puxa a alavanca do alçapão. Isso descarrega as moedas em uma esteira transportadora que as levas para a área de contagem e embalagem. • Uma máquina de contagem automática, equipada com um sensor que detecta produtos corretos, conta as moedas e as deixa cair em grandes sacos. Os sacos cheios de moedas são pesados em uma balança, para assegurar que seu conteúdo foi embalado corretamente. • Os sacos são lacrados, colocados em paletas e levados por empilhadeiras para caixas-fortes para armazenamento, onde elas são mantidas em estoque até que sejam necessárias em circulação. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 9 de 12 Colocando em ordem Folha de trabalho do aluno: você é o engenheiro! Vocês são uma equipe de engenheiros que trabalha em uma Casa da Moeda e recebeu a incumbência de desenvolver um sistema de classificação para as diferentes moedas fabricadas em sua instalação. Fase de pesquisa/preparação 1. Revisem as diversas folhas de referência do aluno e, se possível, visitem os sites da web de diversas Casas da Moeda. Planejando em equipe 2. Sua equipe receberá alguns “materiais de construção” de seu professor. Vocês terão cola, fita, pratos de plástico ou papel, papelão, tesoura ou furador, papel alumínio, papel, tubos de papelão (como os de rolos de toalha de papel ou papel higiênico), uma amostra de cada moeda a ser classificada e um dispositivo de coleta (copinho de plástico ou papel, caixa pequena, saco plástico ou de papel). 3. Comecem reunindo-se em equipe e criando um plano para construir a estrutura. Vocês precisarão determinar que materiais desejam usar (vocês não precisarão deles todos!). 4. Desenhem seu plano de mecanismo de classificação no quadro abaixo: Prevejam a % de moedas que vocês acham que serão classificadas corretamente com base em seu projeto: ___ % Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 10 de 12 Colocando em ordem Folha de trabalho do aluno: avaliação Fase de construção 5. Construam seu sistema de classificação e testem-no, usando as amostras de moedas que receberam. Fase de teste 6. Seu professor testará seu sistema, usando um saco de moedas. Sua tarefa é explicar como o sistema funciona, de forma que seu professor saiba exatamente como e onde colocar as moedas misturadas. Fase de avaliação 7. Avaliem os resultados de sua equipe, respondam às perguntas abaixo e apresentem suas descobertas à turma. Vocês conseguiram criar um sistema que efetivamente classificasse algumas moedas? Se não, por que ele falhou? Que percentual das moedas de teste foram classificadas corretamente? Como isso se compara com sua previsão? O que vocês acham que causou a diferença, se alguma? Que percentual de erro vocês acham que é aceitável para Casas da Moeda reais? Que percentual de erro vocês acham que é aceitável para indústrias de fabricação de remédios? Quais são as questões de segurança a considerar neste caso? Que percentual de erro vocês acham que é aceitável para fabricantes de pregos? Vocês precisaram reprojetar seu sistema na fase de construção? O que estava faltando no seu projeto/desenho original? Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 11 de 12 Colocando em ordem Folha de trabalho do aluno: avaliação (continuação) Se fossem fazer tudo de novo, como seu sistema planejado mudaria? Por quê? Vocês acham que os engenheiros têm de adaptar seus planos originais durante o processo de manufatura? Por que eles teriam de fazer isso? Que projetos ou métodos outras equipes usaram que vocês acham que funcionaram bem? Vocês acham que houve muitos projetos em sua sala que atenderam o objetivo do projeto? O que isso lhes diz sobre sistemas de engenharia do mundo real? Vocês acham que teria sido mais fácil fazer este projeto se estivessem trabalhando individualmente? Expliquem. Colocando em ordem Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering www.tryengineering.org Página 12 de 12