نشاط: تصميم وبناء أداة لقياس الضغط الجوي (الهيجرومتر)
- المادة: علوم
- المجال: علم الأرض
- مستوى الصعوبة: متوسط
- الوحدة: الطقس
- المفاهيم العلمية المستهدفة: الضغط الجوي (البارومتر)
- مدة النشاط: 60 - 90 دقيقة
- إعداد وترجمة: رائف بودريس
الفكرة العامة للنشاط:
ستقوم المجموعات الطلابية في هذا النشاط بتصميم وبناء أداة لقياس الرطوبة باستخدام أدوات بسيطة. والإجابة على السؤال التالي:
كيف نبني أدة بسيطة لقياس مستوى الرطوبة في محيطنا الخارجي؟
الأدوات المطلوبة في النشاط:
- كحول إيزوبروبيل تركيز 70%
- ملاعق قياس
- وعاء صغير
- ماء
- 3 خيوط رفيعة جدًا أو خصلات شعر (بطول 20 سم)
- قطعة قطن
- ماصات بلاستيكية (يفضّل واسعة)
- مقص
- مستطرة مترية
- مسدس صمغ
- لوح خشبي (الطول 25 سم والعرض 15 سم)
- 2 مسمار صغير
- مطرقة
- قلم تحديد
- مجفف شعر
- قطعة اسفنج
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.
4) يمكن أن تطلب من كل مجموعة أن تبدأ بتزيين وطلاء اللوح الخشبي الخاص بها قبل البدء بتنفيذ النشاط.
5) قم بتجهيز محلول مكون من 25% من الكحول الأيزوبروبيلي و75% ماء.
6) إذا استخدمت خصلات شعرقم بتغميس قطعة القطن في المحلول الكحولي وامسح به كل خصلة شعر لإزالة الدهون أو الزيوت والسماح للماء بالتغلغل في الشعر بسهولة أكبر.
7) إذا كانت الماصة البلاستيكية تحتوي على جزء قابل للانحناء فقم بقصّه.
8) تأكد من أن اللوح الخشبي أطول من الماصة البلاستيكية بمقدار 2 سم على الأقل.
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. اقطع مثلثًا على أحد طرفي الماصة حتى يصبح مدببًا. اقطع شقًا على بعد حوالي 1 سم من الطرف الآخر من الماصة في منتصف المسافة تقريبًا من الأعلى.
2. خذ خصلة شعر نظيفة ومرر أحد طرفيها عبر الشق الذي قمت بقصه للتو. الصق نهاية الشعر بالماصة.
3. لف الطرف الآخر من الشعر مرتين حول المسمار. اربط هذه النهاية بالغراء أيضًا.
4. تأكد من جفاف الصمغ قبل تجميع مقياس الرطوبة.
5. الصورة أدناه توضح مقياس الرطوبة الذي ستقوم ببنائه في هذا النشاط. يتم رسم خط أصفر على اللوحة لتوضيح مكان ربط الشعر.
6. ابدأ بوضع اللوحة الخشبية أمامك في اتجاه أفقي (بحيث تكون أوسع من طولها). ضع الماصةعلى اللوح الخشبي بحيث تشير إلى اليمين، حوالي 5 سم بالأسفل وموازية للحد العلوي. قم بمحاذاة الجانب الأيسر من الماصة مع الجانب الأيسر من اللوح الخشبي أو بالقرب منه. تأكد من أن خصلة الشعر ليست ملفوفة حول الماصة، بل تتدلى منها.
7. أدخل المسمار غير المستخدم في منتصف الماصة، على بعد حوالي 2 سم من الجانب الأيسر. كن حذرًا عند استخدام المطرقة على الأظافر. تأكد من استخدام المطرقة فقط على سطح يمكنه تحمل القوة بأمان ومقاوم للتلف. وتأكد من تثبيت المسمار بشكل آمن على الخشب.
8. قم بتحريك الماصة لأعلى ولأسفل حتى يتحرك المؤشر بشكل مريح، ولكن دون الاحتكاك حول المسمار. ماذا يحدث لمؤشرك إذا قمت بتحريك الجانب الأيسر من القش (حيث يتم ربط الشعر) قليلاً لأعلى ولأسفل؟ لماذا يحدث هذا؟ كيف سيساعدنا هذا في صنع مقياس رطوبة دقيق؟
9. اطلب من أحد المساعدين أن يمسك المؤشر بحيث يظل موجهًا نحو اليمين. يمكنك أيضًا وضع شيء ثقيل فوق المؤشر وأسفله لمنعه من التحرك لأعلى ولأسفل.
10. خذ المسمار مع خصلة الشعر وحركه نحو الزاوية اليمنى السفلية من اللوح الخشبي حتى يصبح الشعر مشدودًا. يجب أن يكون الشعر مشدودًا عندما تكون الماصة بشكل أفقي تقريبًا. من المهم أن يتم تثبيت المسمار بشكل آمن على الخشب. خذ وقتك، هذه الخطوة ليست سهلة! إذا لاحظت أن الشعر يتدلى قليلًا عندما يكون المسمار في منتصفه، فحاول طرق المسمار بشكل جانبي قليلًا حتى يصبح الشعر مشدودًا.
11. يستطيع مساعدك الآن تحرير المؤشر، أو يمكنك إزالة الأجسام التي أبقت المؤشر في مكانه. ضع مقياس الرطوبة الخاص بك في وضع مستقيم. هذا هو مقياس الرطوبة الخاص بك. ما الذي يمنع المؤشر من السقوط؟
12. نطلق على الهواء بأنه رطب عندما يحتوي على الكثير من بخار الماء. ونقول إنه جاف عندما يحتوي على كمية قليلة جدًا من بخار الماء. تتمدد خصلات الشعر في الهواء الرطب وتنكمش في الهواء الجاف. ماذا سيحدث لأداتك إذا تمدد الشعر (أصبح أطول) أو انكمش (أصبح أقصر)؟ كيف يمكن أن يساعدنا هذا في قياس مستوى الرطوبة؟
13. ستحتاج بعد ذلك إلى معايرة مقياس كثافة السوائل الخاص بك من خلال الإشارة إلى حالتين متطرفتين من الرطوبة: الهواء الجاف والهواء الرطب جدًا. تجفيف المنطقة المحيطة باستخدام مجفف الشعر بلطف. احرص على عدم لمس المؤشر أو نفخه لأعلى. هل ترى تحرك المؤشر؟ لماذا يحدث هذا؟
14. عندما يتوقف المؤشر عن الحركة، حدّد موقع المؤشر على الخشب. هل تعتقد أن هذه النقطة تشير إلى الهواء الرطب أم الهواء الجاف؟
15. يقوم مجفف الشعر بإزالة الرطوبة من الهواء. قم بتسمية النقطة التي حددتها للتو بـ "جاف".
19. راقب الكيس ومقياس الرطوبة بداخله. هل يتغير شيء؟ هل هذا ما توقعته؟ لماذا يحدث ذلك؟
20. بعد مرور 10 دقائق، افتح الكيس، وحدد موقع المؤشر بخفة، وأعد إغلاق الكيس. انتظر 10 دقائق أخرى قبل تكرار هذه الخطوة. استمر في القيام بذلك حتى يتوقف موقع المؤشر عن التغيير.
21. ضع علامة واضحة على موقع المؤشر النهائي وقم بتسميته "رطب جدًا".
22. قم بتزيين مقياس الرطوبة الخاص بك بالطريقة التي تريدها. وأثناء قيامك بذلك، تأكد من عدم سكب أي طلاء على الشعر.
23. الآن يمكنك استخدام مقياس الرطوبة الخاص بك لقياس مستويات الرطوبة المختلفة! ابدأ بالقياس حول منزلك. ضع مقياس الرطوبة في الغرفة وامنحه بعض الوقت للتكيّف مع البيئة المحيطة به قبل قراءة المستوى. ما مستوى الرطوبة التي يشير إليها مقياس الرطوبة في غرف مختلفة في منزلك؟ كيف يمكن مقارنة ذلك بالرطوبة في دورة المياه بعد الاستحمام؟
24. خذ مقياس الرطوبة الخاص بك إلى الخارج. ضعه في منطقة محميّة من المطر والرياح. ما مدى نسبة الرطوبة التي يشير إليها مقياس الرطوبة في الخارج، وكيف يتغيّر هذا اعتمادًا على حالة الطقس؟
25. تقوم المجموعات باختيار إحدى التحديات التالية:
- ماذا يحدث لو استبدلنا الماصة البلاستيكية الضيقة بدلًا من الماصة البلاستيكية الواسعة؟
- كيف نصمم مقياس للرطوبة باستخدام حقيبة المايكروبت أو الأردوينو؟
- كيف نحسن من عمل مقياس الرطوبة؟
- كيف ستكون نتائج الرطوبة عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة؟ درجة الحرارة منخفضة؟
- قم برصد مستوى الرطوبة 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: الرطوبة، الرطوبة النسبية.
كيف حدث التكامل بين مجالات STEAM في هذا النشاط؟
*العلوم: التعرف على مفهوم الرطوبة والفائدة العلمية من دراسته، والإجابة على الأسئلة الاستقصائية في هذا النشاط.
*التقنية: استخدام أنواع الأدوات وخصائصها لتصميم وبناء أداة لقياس مستوى الرطوبة.
*التصميم الهندسي: مراحل عملية التصميم الهندسي لبناء أداة لقياس مستوى الرطوبة باستخدام أدوات بسيطة وبشكل ناجح.
*الفنون: فن الرسم والتلوين على الألواح الخشبية.
*الرياضيات: قياس الأبعاد المستخدمة في بناء الأداة.
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 الرطوبة (الهيجرومتر) 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 مستوى الرطوبة الخاص بكل مجموعة أمام باقي المجموعات الأخرى أو في المعارض أمام الجمهور باستخدام التواصل اللفظي وغير اللفظي.
المصادر:
https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/humidity-meter-hygrometer
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق