نشاط: تصميم وبناء أداة لقياس سرعة الرياح (الأنيمومتر)
- المادة: علوم
- المجال: علم الأرض
- مستوى الصعوبة: مبتدئ
- الوحدة: الطقس
- المفاهيم العلمية المستهدفة: سرعة الرياح (الأنيمومتر)، الضغط الجوي
- مدة النشاط: 30 - 45 دقيقة
- إعداد وترجمة: رائف بودريس
الفكرة العامة للنشاط:
ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم وبناء أداة لقياس سرعة الرياح باستخدام أدوات أبسيطة. والإجابة على السؤال التالي:
كيف نبني أدة بسيطة لقياس سرعة الرياح في محيطنا الخارجي؟
الأدوات المطلوبة في النشاط:
- 5 أكواب ورقية صغيرة
- قلم رصاص حاد مع ممحاة
- مسطرة
- 2 ماصة بلاستيكية
- دبوس
- خرامة
- مروحة بسرعات مختلفة (اختياري)
- موقت (اختياري)
قبل تنفيذ النشاط:
1) قم بتجهيز أدوات النشاط وتوفير أعداد مناسبة لأعداد المجموعات.
2) اجمع كل الأدوات ورتبها في مكان يسهل الوصول إليه في محطة العمل الخاصة لكل مجموعة.
3) اطلب من الطلاب مشاهدة مقطع الفيديو لهذا النشاط وقراءة المحتوى العلمي لهذا الدرس في كتاب العلوم في منازلهم تحضيرًا للدرس.
خطوات تنفيذ النشاط:
1) قسّم طلاب الفصل إلى مجموعات صغيرة (3 - 4 طلاب داخل كل مجموعة).
2) اطلب من كل مجموعة أن تتّفِق على اسم مناسب لها، وتحديد دور كل فرد داخل المجموعة. (قائد المجموعة، عالم أرصاد جوية، مهندس بيئي، تقني).
3) وزّع الأدوات على كل مجموعة.
4) اطلب من المجموعات القيام بالخطوات التالية مع ضرورة تسجيل أجوبتهم في ورقة العمل.
1. استخدم ثاقب أو طرف قلم رصاص حاد لعمل أربعة ثقوب في كوب ورقي أسفل الحافة مباشرةً، لتكوين شكل "+" (زوجان من الثقوب المتقابلة).
2. اضغط على الماصتين البلاستيكية من خلال الثقوب.
3. استخدم قلمًا حادًا لعمل ثقب في منتصف قاع الكوب.
4. استخدم الثقب أو القلم الرصاص لعمل ثقبين متجاورين في كل من الأكواب الأربعة الأخرى. يجب أن تكون المسافة بين الثقوب حوالي 2-3 سم، وفي منتصف ارتفاع الكوب تقريبًا.
5. ادفع نهاية الماصة عبر الفتحتين الموجودتين في كل كوب. تأكد من أن جميع الأكواب تواجه نفس الاتجاه (كلها في اتجاه عقارب الساعة أو كلها عكس اتجاه عقارب الساعة). يجب أن يكون هناك احتكاك كافٍ لتثبيت الأكواب في مكانها حتى لا تلتوي على الماصة. إذا كانت الأكواب ملتوية بسهولة، استخدم القليل من الشريط اللاصق لتثبيتها.
6. ادفع القلم الرصاص، نهاية الممحاة أولًا، عبر الفتحة الموجودة أسفل الكوب المركزي.
7. اضغط على الدبوس بخفة من خلال كل من الماصة وفي الممحاة. لا تضغط على الدبوس في الممحاة طوال الوقت، وإلا سيكون هناك الكثير من الاحتكاك ولن يدور مقياس سرعة الرياح.
8. مقياس سرعة الرياح جاهز الآن لقياس سرعة الرياح. أثناء الجلوس، حاول النفخ بلطف شديد بشكل مباشر في أحد الكؤوس الأربعة المفتوحة لبضع ثوان، ثم النفخ بقوة أكبر. كيف غيّر النفخ بقوة كيفية دوران مقياس سرعة الرياح؟ (إذا شعرت بالدوخة أو الدوار، توقف وتنفس جيدًا).
9. إذا كانت لديك مروحة تدور بسرعات مختلفة، فامسك مقياس سرعة الرياح أمام المروحة واحسب عدد المرات التي يدور فيها الكوب بالكامل لمدة 15 ثانية، ثم اضرب هذه القيمة في أربعة. سيكون هذا الرقم بالدورات في الدقيقة (rpm). كرّر ذلك مع إبقاء المروحة على نفس المسافة، ولكن مع تغيير سرعتها. كيف تغيّرت سرعة الدوران في الدقيقة عندما أمسكت بمقياس سرعة الرياح أمام المروحة بسرعة بطيئة مقارنة بسرعة أكبر؟ بالمقارنة مع السرعة الأعلى، هل تعتقد أن عدد الدورات في الدقيقة سيكون أكبر إذا استخدمت مقياس سرعة الرياح في الخارج في يوم عاصف جدًا؟. للماذا تعتقد أن الرياح الأسرع تجعل مقياس سرعة الرياح يدور بشكل أسرع؟
10. ما هي سرعة الرياح في الخارج؟ يمكنك أخذ مقياس سرعة الرياح الخاص بك إلى الخارج في يوم عاصف أو على مدى عدة أيام لقياس سرعة الرياح. يمكنك أيضًا أن تأخذ مقياس سرعة الرياح الخاص بك إلى مواقع مختلفة، مثل مكان مفتوح، أو ممر ضيق، أو شاطئ بجوار المحيط أو بحيرة كبيرة، إذا كنت تعيش بالقرب من إحداها، لقياس ومقارنة سرعة الرياح في تلك الأماكن. ما هو الموقع الأعلى سرعة للرياح؟ لماذا تعتقد أن الجو عاصف جدًا؟
11. ما هي السرعة الفعلية للرياح، بوحدة الكيلومتر في الساعة التي تقيسها؟ لتحديد ذلك، قم أولاً بحساب محيط الدائرة التي تشكلها الأكواب الدوارة عن طريق قياس المسافة حول الدائرة التي تشكلها (باستخدام شريط قياس أو قطعة من الخيط يمكنك قياسها باستخدام المسطرة). ثم قم بتحويل ذلك الرقم إلى وحدة الكيلومترعن طريق قسمة عدد السنتيمترعلى 100 للحصول على وحدة المتر، ثم قسمة هذا الرقم على 1000(للتحويل من متر إلى كيلومتر). اضرب هذا الرقم بعدد الدورات في الدقيقة. أخيرًا، قم بتقسيم منتجك على 60 (لتحويل الدقائق إلى ساعات) وسيكون لديك تقدير تقريبي للسرعة التي يدور بها مقياس سرعة الرياح (بالكيلومتر في الساعة)، على الرغم من أن هذا لا يأخذ الاحتكاك في الاعتبار.
12. تقوم المجموعات باختيار إحدى التحديات التالية:
- ماذا يحدث لو استبدلنا الأعواد الخشبية بدلًا من الماصات البلاستيكية؟
- ماذا يحدث لو استبدلنا الأكواب البلاستيكية بدلًا من الأكواب الورقية؟
- ماذا يحدث لو استخدما أكواب ورقية أكبر في الحجم؟
- كيف نصمم مقياس لسرعة الرياح باستخدام حقيبة المايكروبت أو الأردوينو؟
- كيف نحسن من عمل مقياس سرعة الرياح؟
- قم برصد سرعة الرياح لمنطقتك باستخدام المقياس الخاص بك لمدة شهر.
5) اطلب من كل مجموعة أن تعرض تصاميمها أمام بقية المجموعات الأخرى، وكيف ارتبط هذا النشاط بالمفاهيم العلمية لهذا الدرس مثل: سرعة الرياح، الضغط الجوي.
كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟
*العلوم: التعرف على مفهوم سرعة الرياح والفائدة العلمية من دراسته، والإجابة على الأسئلة الاستقصائية في هذا النشاط.
*التقنية: استخدام أنواع الأدوات وخصائصها لتصميم وبناء أداة لقياس سرعة الرياح.
*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء أداة لقياس سرعة الرياح باستخدام أدوات بسيطة وبشكل ناجح.
*الرياضيات: قياس الأبعاد المستخدمة في بناء الأداة وإيجاد سرعة الرياح بالوحدات المختلفة.
كيف ننمي مهارات التعلم للقرن الواحد والعشرين في هذا النشاط؟
*التعاون: تقسيم طلاب الفصل إلى مجموعات وتوزيع الأدوار على كل عضو.
*التفكير الإبداعي: تقوم كل مجموعة بتوليد أفكار لتطوير وتحسين كفاءة أداة مقياس سرعة الرياح (الأنيمومتر) الخاص بهم، أو استخدام سكامبر SCAMPER لتصميم وبناء النموذج باستخدام أدوات مناسبة وبسيطة بطريقة إبداعية.
*التفكير الناقد: الإجابة على أسئلة التفكير الناقد والتأمل حول موضوع النشاط، وتقييم نماذج المجموعات الأخرى اعتمادًا على بطاقة تقويم الأداء المصممة من قبل المعلم.
*التواصل: عرض التصاميم المختلفة لمقياس سرعة الرياح الخاص بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.
المصادر:
https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/how-does-a-wind-meter-workhttps://www.youtube.com/watch?v=Af0LB3abBsk&ab_channel=ScienceBuddies
