بازی با مأموریت امداد
توضیح اولیه
در این درس، دانش آموزان با انجام یک بازی با چهار نیروی مؤثر در پرواز یعنی (نیروی بالا برنده ، نیروی پس زننده، نیروی جلو برنده و نیروی جاذبه) آشنا می شوند. قبل از انجام بازی، دانش آموزان آزمایشی را با صفحه ی چرخان در مورد احتمالات انجام می دهند و نتایج خود را به صورت جداول تالی (چوب – خطی) و نمودار های ستونی ثبت می کنند. سپس با استفاده از یافته های خود، بهترین صفحه ی چرخان را که شانس بیشتری برای پیروزی در بازی به آن ها بدهد، انتخاب می کنند. در قسمتی از بازی، دانش آموزان با استفاده از زوج های مرتب، نقاطی را بر روی محور مختصات رسم می کنند تا مسیر پروازی خود را نشان دهند.
اهداف
دانش آموزان قادر خواهند شد:
چهار نیروی مؤثر در پرواز را تشخیص دهند و از آن ها استفاده کنند.
به جمع آوری، سازمان دهی و تفسیر داده ها بپردازند.
جدول تالی (چوب - خطی) و نمودار ستونی رسم کنند.
احتمال موفقیت خود در بازی را تعیین کنند.
زوج های مرتب را بخوانند و بنویسند.
با استفاده از زوج های مرتب، نقاطی را بر روی شبکه ی مختصات تعیین کنند.
وسایل لازم
برگه های مربوط به تصویر صفحات چرخان
صفحه ی شطرنجی مربوط به انجام بازی مأموریت امداد
مداد رنگی
گیره های کاغذ و مداد (به عنوان عقربه ی صفحات چرخان)
کاغذ مخصوص رسم نمودار
طرح درس
مقدمه: هنگامی که به هواپیما های مسافربری و هلی کوپتر های بزرگ می نگریم، به نظر می رسد که بلند شدن و به پرواز در آمدن چنین اجسام غول پیکری غیر ممکن است، اما به خاطر وجود چهار نیروی مؤثر بر وسایل نقلیه ی هوایی (که به جلو می رانند یا پس می زنند) پرواز امکان پذیر می گردد.
یک هلی کوپتر نیروی دریایی برای یافتن فضانوردان آپولوی 10، به بالای سر آن ها می رسد. فضاپیما در ساعت 11:53 صبح روز 26 مه 1969 در فاصله ی تقریبی 400 مایلی شرق ساموآی امریکا در دریا فرود آمده است.
دو تا از این نیروها، نیروی بالا برنده و جاذبه ی زمین هستند. نیروی بالابرنده، نیرویی است که به طرف بالا وارد می شود و برخلاف نیروی جاذبه که سعی دارد جسم پرنده را به طرف پایین بکشد، عمل می کند.
نیروی بالا برنده به علت عبور جریان های هوایی از بالا و پایین بال های هواپیما یا ملخ های هلی کوپتر ایجاد می شود. معمولاً لبه ی جلویی بال ها، ضخیم تر و لبه ی عقبی آن ها نازک تر است. این شکل باعث می شود که هوا از روی بال سریع تر عبور کند و نتیجتاً فشار کمتری داشته باشد. عبور هوا از زیر بال کندتر است و فشار بیشتری ایجاد می کند که این فشار بال ها را به طرف بالا هل می دهد. بنابراین نیرویی که بال ها را به طرف بالا می راند، بزرگتر از نیرویی است که آن ها را به طرف پایین می راند. دو نیروی دیگر مؤثر در پرواز، نیروهای جلو برنده و پس زننده هستند. نیروی جلو برنده یا رانشی باعث حرکت وسیله ی نقلیه ی هوایی می گردد. موتور ها، این نیرو را ایجاد می کنند. نیروی پس زننده در جهت مخالف نیروی جلو برنده، حرکت وسیله ی نقلیه ی هوایی را کند می کند. علت ایجاد نیروی پس زننده، وجود سطوحی در بدنه ی وسیله ی نقلیه است که در جریان عبور هوا در اطراف وسیله، اختلال و انحراف ایجاد می کنند. باله ها، شهپرها (تیغه های متحرک انتهای بال های هواپیما)، اندازه، شکل و موقعیت بال ها، بر مقدار نیروی پس زننده مؤثرند.
شروع کنید: هم زمان با معرفی یا مرور نیروهای مؤثر در پرواز، با پرسیدن چند سؤال، توجه دانش آموزان را به تصویر بالا که جهت هر یک از نیرو ها را نشان می دهد، جلب نمایید. به عنوان مثال می توانید بپرسید که "کدام نیرو، اشیا را به طرف زمین می کشد؟" پس از توزیع صفحه ی بازی مأموریت امداد، آن را برای کلاس شرح دهید. قرار است دانش آموزان، خلبانان هلی کوپتر های امداد شوند. مأموریت آن ها، پرواز بر فراز قله ی یک کوه و نجات کوهنوردان گمشده است. سپس برگه های مربوط به صفحات چرخان را به دانش آموزان نشان دهید و درباره ی چگونگی تعیین جهت حرکت توسط آن، توضیح دهید. مثلاً اگر عقربه روی "ناحیه ی بالا برنده" قرار گیرد، دانش آموزان باید هلی کوپتر خود را یک خانه به طرف بالا حرکت دهند. حال از آن ها بپرسید:
اگر عقربه روی قسمت "نیروی پس زننده" قرار گیرد، در چه جهتی حرکت خواهند کرد؟ (چپ)
روی ناحیه ی جلو برنده چطور؟ (راست)
روی ناحیه ی نیروی جاذبه چطور؟ (پایین).
هرگاه دانش آموزان نتوانند در جهتی که عقربه برایشان مشخص کرده حرکت کنند (مثلاً در حالت خروج از صفحه ی بازی)، در آن دور از بازی حرکتی نکرده و در مکان خود باقی خواهند ماند.
حال، نقطه ی شروع بازی را به آن ها نشان دهید و بخواهید درباره ی مسیر پرواز خود در این مأموریت بیندیشند. یعنی بپرسید:
برای رسیدن به قله ی کوه، در کدام جهات باید حرکت کنند؟ (بالا و راست)
چه نیروهایی برایشان مفیدتر است؟ (بالا برند و جلو برنده) و چرا؟
انجام فعالیت:
قسمت 1: آمادگی برای انجام مأموریت
هم زمان با توزیع برگه های حاوی تصاویر صفحات چرخان، توضیح دهید که چون کوهنوردان گمشده با سرمازدگی و گرسنگی مواجه هستند، لازم است خلبانان خود را هر چه سریع تر به موقعیت آن ها برسانند.
حال از دانش آموزان بخواهید تا صفحات چرخان را با هم مقایسه کنند.
گفتگوی کلاسی
- وجوه شباهت و تفاوت صفحات چرخان در چیست؟
- به نظر شما، کدام صفحه ی چرخان در سریع تر رسیدن هلی کوپتر شما کمک خواهد کرد؟ چرا؟
- چگونه می توان صفحات چرخان را برای رسیدن به این پیش بینی، آزمایش کرد؟
پس از بحث و بررسی پیشنهادات، دانش آموزان باید به کمک هم گروهی خود، هر صفحه ی چرخان را 50 بار بچرخانند و تمام نتایج را در یک جدول چوب خطی ثبت نمایند. پس از جمع آوری تمام اطلاعات، به دانش آموزان کمک کنید تا اطلاعات خود را به صورت نمودارهای ستونی نمایش دهند.
جدول چوب - خطی مربوط به صفحه ی چرخان (ج)
هر یک از نمودار های ستونی باید مورد بحث و تفسیر قرار گیرد. در رسیدن به نتایج زیر، به دانش آموزان کمک کنید:
در صفحه ی چرخان (ج)، هر یک از نیرو ها شانس مساوی دارند تا عقربه در منطقه ی مربوط به آن ها قرار گیرد. از 4 قسمت مساوی، 1 قسمت متعلق به نیروی بالا برنده است. پس احتمال آن چقدر خواهد شد؟ گفتگوی ساده ای درباره ی صفحه ی چرخان (ج) در زیر آمده است:
- نواحی مختلف را در صفحه ی چرخان (ج) با هم مقایسه کنید. چند ناحیه ی هم اندازه می بینید؟ [4]
- چند نیروی مختلف در صفحه ی چرخان (ج) وجود دارد؟ [4]
- احتمال این که عقربه در ناحیه ی بالا برنده قرار گیرد، نسبت به احتمال این که در ناحیه ی جاذبه یا پس زننده یا جلو برنده قرار گیرد، کمتر است یا بیشتر؟
- احتمال این که عقربه در ناحیه ی جلو برنده قرار گیرد، چقدر است؟ در ناحیه ی پس زننده چطور؟ در ناحیه ی جاذبه چطور؟
- آیا برای این که عقربه در هر یک از نواحی بایستد، شانس مساوی وجود دارد؟ دلیل شما چیست؟
سپس از دانش آموزان بخواهید تا به دقت به نمودارهای خود در مورد صفحه ی چرخان (ج) بنگرند و نتایج آزمایشات خود را تفسیر کنند.
- چون احتمال آمدن هر یک از نیروها در صفحه ی چرخان (ج) یکسان است، شکل نمودار مربوط به این صفحه ی چرخان باید چگونه باشد؟ چرا؟
- آیا نمودار ستونی شما به همین شکل در آمده است؟
- کدام ستون ها بلندترند؟ کدام ستون ها کوتاهترند؟
- شکل ظاهر ستون ها، نشان دهنده ی چه چیزی است؟
- تجزیه و تحلیل فوق را برای هر یک از صفحات چرخان انجام دهید.
- وقتی در بازی نوبت شما باشد، چگونه می توانید با استفاده از نمودار های خود، درباره ی انتخاب صفحه ی چرخانی که در آن مرحله به شما کمک کند، تصمیم مناسبی بگیرید؟
دانش آموزان باید همه ی صفحات چرخان را برای انجام بازی مأموریت امداد نگه دارند.
قسمت 2: انجام بازی
با توجه به شرایط دانش آموزان، نحوه ی خواندن و نوشتن زوج های مرتب را به منظور تعیین محل یک نقطه در شبکه ی مختصات، معرفی یا یادآوری نمایید. سپس برای تعیین چگونگی حرکت در این شبکه، کار با صفحات چرخان را تمرین کنید. از دانش آموزان بخواهید تعیین کنند برای رسیدن به قله ی کوه، چند بار باید صفحات چرخان را بچرخانند. در این مرحله دانش آموزان به همراه هم گروهی خود به انجام بازی می پردازند تا مشخص شود کدام هلی کوپتر زودتر می تواند کوهنوردان گمشده را در قله ی کوه نجات دهد. همچنان که دانش آموزان به نوبت بازی می کنند، باید اطلاعات زیر را ثبت نمایند:
- هر بار از کدام صفحه ی چرخان استفاده کردند؟
- در این صفحه ی چرخان، عقربه، کدام نیرو را مشخص کرد؟ (بالا برنده، جلو برنده، پس زننده یا جاذبه)
- دانش آموز به چه سمتی حرکت کرد؟ (بالا، راست، پایین یا چپ)
- زوج مرتبی که معرف نقطه ای باشد که حرکت به طرف آن نقطه انجام شده، کدام است؟
آن ها می توانند نقاط انتخاب شده توسط هر یک از بازیکنان را با رنگ متفاوتی بر روی شبکه ی مختصات بازی مشخص کنند و پس از بازی، مسیر پرواز هر یک از بازیکنان را رسم کنند.
پرسش هایی برای دانش آموزان
آیا برای رسیدن به قله ی کوه، به همان تعداد پیش بینی شده، از صفحات چرخان استفاده کردید؟ (یا بیشتر یا کمتر) چگونه می توانید علت این امر را توضیح دهید؟
به اعداد مربوط به زوج های مرتب که نشان دهنده ی نقاط انتخاب شده ی شما است، دقت کنید. آیا الگویی در این اعداد مشاهده می کنید؟
مسیر پرواز هر یک از بازیکنان چگونه است؟ با استفاده از شبکه ی مختصات، توضیح دهید که در هر نوبت از بازی چه اتفاقی افتاده است؟
توسعه
1- حال، صفحه بازی جدیدی درست کنید که برای برنده شدن در آن به صفحه ی چرخان دیگری غیر از آنچه در بازی قبل انتخاب شد، نیاز باشد. از دانش آموزان بخواهید یافته های خود را درمورد هر یک از صفحات چرخان مجدداً بررسی کنند و درباره ی انتخاب صفحه ی چرخان مناسب برای سریع تر رسیدن به هدف جدید تصمیم گیری نمایند. سپس با انجام بازی، صحت پیش بینی های خود را بسنجند.
2- صفحه چرخان جدیدی بسازید. حال دانش آموزان باید صفحه ی بازی جدیدی درست کنند که متناسب با این صفحه ی چرخان باشد و برای آزمودن فرضیه ی خود، بازی با این صفحه ی جدید را انجام دهند. برای دانش آموزانی که با اعداد صحیح و منفی آشنایی دارند، می توان صفحه ی بازی را طوری طراحی کرد که شامل هر چهار ناحیه ی صفحه ی مختصات باشد.
3- این مسئله را مطرح کنید: اگر یک هلی کوپتر برای هر نوبت بازی به 12 لیتر سوخت نیاز داشته باشد، مقدار سوخت مورد استفاده در هر بازی را محاسبه و منحنی آن را رسم کنید.
مترجم: منصوره فروزان
