[justify][b]Tiivistelmä:[/b] Tämä tehtävä sisältää ensimmäisen mekanismin, Arkhimedeen vivun, luomisen ja tutkimisen. Tämä mekanismi antaa lapsille välillisesti mahdollisuuden oppia käsitteitä, jotka liittyvät esineiden painoon ja tilavuuteen.[br][br][b]Avainsanat:[/b] Arkhimedeen vipu, yksinkertainen mekanismi, 3D-tulostin[br][br][b]Resurssi Luettelo:[/b] yksi 3D-tulostin, 3D-tulostin nauha, tavallisia esineitä, kuten kolikoita, jne.[/justify][justify][/justify]

[justify]Archimedeen vipu on yksi historian varhaisimmista ja yksinkertaisimmista mekanismeista. Siksi syy-seuraus-käsite on helppo ymmärtää yksinkertaisella mekanismilla.[/justify]

[justify]Tässä asiakirjassa kuvattu tehtävä esitetään yksinkertaisimmassa muodossaan käyttämällä lähestymistapaa, jota on mahdollista myös monimutkaistaa. Tehtävään on mahdollista sisällyttää esimerkiksi elementtejä, jotka yhdistävät teknologioita, kuten lisättyä todellisuutta tai virtuaalitodellisuutta, viitaten erityisesti laajuuteen ja ympäristöön, jossa tehtävää kehitetään. Tätä tehtävää voidaan siis pitää yhtenä ensimmäisistä perustehtävistä, joka suoritetaan matemaattisten taitojen sekä luonnontieteiden ja teknologian perusosaamisen, mukaan lukien tekniset järjestelmät, koneet ja työkalut, opetussuunnitelmissa.[br][br]Tässä esitellyn tehtävän päätavoitteena on näyttää lapsille edut, joita yksinkertaisimmatkin koneet, kuten tässä tapauksessa Arkhimedeen vipu, voivat tarjota. Tämän vipumallin avulla lapset ymmärtävät vivun käsitteen lisäksi peruskäsitteet esineiden painosta ja niiden nostamiseen tarvittavasta ponnistuksesta ja yhdistävät ne myös tavallisiin esineisiin, joita he voivat kohdata jokapäiväisessä elämässään.[br][br]Tämä tehtävä on selkeästi yhteydessä koulutukseen liittyvään sosiaaliseen haasteeseen, mutta yksinkertaisten muutosten avulla se voi olla rinnastettavissa myös muihin vastaavanlaisiin tehtäviin, jotka liittyvät vihreän energian tuotantokoneisiin, kuten tuulivoimaloihin.[br][/justify]

[justify]Arkhimedes (287–212 eKr.) oli yksi tärkeimmistä antiikin tutkijoista.  Monivuotisen tutkimustyön aikana hän teki merkittäviä löydöksiä hyvin erilaisilla aloilla. Hänet tunnetaan hyvin esimerkiksi hydrostatiikan työstään, alkaen kuuluisasta kelluvuuden periaatteeseen liittyvästä "Eureka!"-huudosta tai fysiikasta yleensä, kuten ruuvista, joka myös kantaa hänen nimeään. Hänet muistetaan osittain myös populaarikulttuurissa, koska hän selitti vivun toimintaa ja popularisoi kuuluisan lauseen: "Antakaa minulle vipuvarsi ja tukipiste, niin minä siirrän maan paikaltaan.”[br][br]Tämän lauseen merkitys liittyy vivun käsitteeseen; hyvin yksinkertaiseen fysiikan käsitteeseen, jossa yksinkertaisen mekanismin avulla on mahdollista moninkertaistaa käyttäjän kohdistama voima, jolloin tuloksena on paljon suurempi voima kuin se, jota hän käyttää (kuten myös tapahtuu esimerkiksi hihnapyöriä käyttämällä). Jos yritämme nostaa jotakin esinettä kädessämme, meidän tulisi kohdistaa voima suoraan esineeseen. Tässä tapauksessa käytettävän voiman tulee olla pystysuoraan ja ylöspäin suuntautuvaa ja aina yhtä suuri tai suurempi kuin nostettavan esineen paino. Tilanne on täten hyvin tarkasti rajattu. Tämän voiman moninkertaista miseksi voimme käyttää tarkasti vivun vaikutusta.[br][br]Fysiikan näkökulmasta vipu (kuva 1) on yksinkertainen kone, jonka tehtävänä on siirtää voima sen kohdistamis pisteestä vivun läpi vivun toiseen päähän. Se koostuu jäykästä tangosta/varresta, joka voi pyöriä vapaasti tukipisteen ympäri. Vivun toiminnan tuloksena vahvistetaan vivun toisessa päässä olevan esineen vastaanottamaa voimaa vasteena voiman käyttöön.[/justify][br]

[justify][/justify][justify][/justify][justify]Tukipisteen on sijaittava kuorman (tai vastuksen) ja kohdistetun voiman (tai tehon) välissä. Riippuen siitä, missä tukipiste, kuorma ja kohdistettu voima sijaitsevat, voimme käyttää hieman voimaa suuremman voiman kohdistamiseksi kuormaan. Mitä pidempi varren osa on tukipisteen ja sen pisteen välillä, jossa Bp-voimaa kohdistetaan, verrattuna Br-kuorman ja tukipisteen välisen varren osan pituuteen (kuva 2), sitä vähemmän voimaa tarvitaan saavuttamaan sama tulos samalla kuormalla. Riittävän pitkällä (ja vahvalla) vivulla ja tukipisteen sopivalla tuella Arkhimedes olisi voinut liikuttaa koko maailmaa. Vaikka tämä ei ole mahdollista, Arkhimedeen vipu on kone, joka auttaa meitä nostamaan raskaita kuormia.[/justify][justify][b]Vivun laki.[/b] Fysiikassa tasapainossa olevassa vivussa esiintyviä voimia koskeva laki ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä (kuva 2):[/justify]                                                     [math]P\times B_p=R\times B_r[/math][br][br][justify]Kun [math]P[/math] on käyttämämme voima, [math]B_P[/math] on voiman [math]P[/math] ja tukipisteen välinen pituus, [math]R[/math] on vastukseen kohdistuva resultanttivoima ja [math]B_r[/math] on pituus vastuksen sijaintipaikan ja tukipisteen välillä.[br][br]Sekä käyttämäämme voimaan, [math]B_p[/math], että vastukseen vaikuttavaan voimaan, [math]B_r[/math], liittyy vääntömomentti (voiman ja etäisyyden tulo). Vivun laki voidaan ilmaista myös momenttien tai vääntömomenttien lakina, joka sanoo, että myötäpäivään suuntautuvan vääntömomentin (voimamme aiheuttama) ja vastapäivään suuntautuvan vääntömomentin (vastuksen aiheuttama) on oltava yhtä suuria. Siksi etäisyyksiä muuttamalla saamme modifioituja myös voimia.[/justify][br]

[justify]3D-tulostimista on tullut erittäin hyödyllinen työkalu nopeiden prototyyppien, suunnittelun ja uudelleensuunnittelun eri vaiheissa olevien elementtien sekä oppimisympäristöjen valmistukseen. Tulostimen avulla pystymme luomaan paloja tai pelin elementtejä täysin tarpeidemme mukaan.[br][br]Suunnitellessamme 3D-tulostimella luotavia osia on huomioitava osien koko, sillä kaikilla tulostimilla ei ole samaa kapasiteettia. Ehdotetussa tehtävässä esitetään erilaisia suunnitelmia, joista yhdessä eräs osa jaetaan pienempiin osiin tämän ongelman ratkaisemiseksi.[br][br]Tulostinta täytyy osata myös käsitellä. Vaikkei tulostimen käyttäminen olekaan vaikeaa, se vaatii jonkin verran perehdytystä. Käyttäjällä tulisi olla kokemusta myös 3D-tulostimen tarpeellisesta huollosta.[/justify]

[justify]Tässä osiossa kuvataan tehtävä ja materiaalit, joita tarvitaan ehdotetun tehtävän kehittämiseen. Koneen muodostavat osat (vipu) on suunniteltu AutoCADissa (kuva 3), ja ne on muutettu STL-tiedostoiksi, jotta ne on saatu 3D-tulostimelle sopivaan muotoon (kuva 4). Tällä hetkellä nämä STL-tiedostot ovat kaikkien opettajien saatavilla, jotka haluavat suorittaa tehtävän.[br][br]Sopivan STEAM-tehtävän valinnassa tulisi huomioida osallistujien ikä. Tämä kyseinen kokonaisuus on hyvin yksinkertainen, eikä siitä ole varhaiskasvatuksen puitteissa tarpeen tehdä ikäryhmäkohtaisia sovelluksia.  Kuten myöhemmin mainitaan, on tarkoituksenmukaisempaa leikkiä vivussa "punnittavilla" eri elementeillä, kuten eläimillä, kolikoilla tai muilla ikätasolle sopivilla esineillä.[br][/justify]

[justify][b]Vipuvarsi (kuva 3 - vihreä):[/b] Kyseessä on suurin pitkänomainen pala, joka on esitetty vihreänä, ja josta löytyy 3 hyvin erottuvaa osaa.[/justify][br][list][*]Toisessa päässä on kori, johon nostettavat esineet voidaan sijoittaa. Se on vastuspiste R terminologiassa, jota olemme käyttäneet vivun lakia esittäessämme.[/*][/list][br][list][*]Vivun vastakkaisessa kärjessä on piste, johon kohdistamme voimamme. Tähän asti käyttämämme terminologian mukaan tämä on piste P. Se on suunniteltu niin, että se muistuttaa kättä (sarjakuvatyyli) havainnollistamistarkoituksessa.[/*][/list][br][list][*]Lopuksi meillä on itse vipuvarsi. Siinä olevat seitsemän uraa mahdollistavat varren ankkuroimisen tukeen tapin muotoisen akselin kautta niin, että akseli sijoitetaan mihin tahansa mainituista seitsemän urasta. Valitun uran mukaan voimme muuttaa etäisyyksiä tuen ja korin välillä (Br käyttämässämme terminologiassa) sekä tuen ja käden välillä (Bp käyttämässämme terminologiassa).[/*][/list]

[justify][/justify][justify][b]Tasapainotustuki (kuva 3 - sininen):[/b] tämä vivun tuki on suositeltavaa ankkuroida vakaaseen pintaan koko järjestelmän vakauttamiseksi. Materiaaliksi sopii esimerkiksi [b]puulevy[/b], johon tuki voidaan liimata.  Sen tehtävänä on sallia vipuvarren pyöriminen, ja valitusta urasta riippuen koneella on erilaisia kaltevuusasteita.[/justify]

[justify][b]Akseli (kuva 3 - punainen): [/b]Tämä on akseli, joka toimii liitoksena kahden edellisen kappaleen, vipuvarren ja tuen, välillä ja mahdollistaa siten varren suhteellisen pyörimisen suhteessa tukeen.[/justify]

[justify][b]Painot: [/b]Vivun toiminnan havainnollistamiseksi on välttämätöntä, että meillä on joukko esineitä, jotka sijoitetaan koriin. Ajatuksena on pystyä leikkimään eri painojen ja tukipiste asentojen yhdistelmillä. Yksi vaihtoehto on esimerkiksi esittää eri painoja eläiminä, jotta voidaan leikkiä eri tyyppisillä eri tiheyttä olevilla materiaaleilla (esim. muovilla, puulla, metallilla jne.) ja eri eläimillä, kuten hiiri, hevonen ja norsu.[/justify]

[justify][b]Muita[/b] hyödyllisiä tehtävän komponentteja voisivat olla esimerkiksi esitys aurinkokunnan eri planeetoista. Tässä tapauksessa voimme esittää suurempia ja raskaampia planeettoja ja toteuttaa ajatuksen "maan nostamisesta".[/justify]

[justify]Päätämme tämän osion [b]suosituksilla[/b] perus- ja täydennys materiaaleista, joita voidaan hyödyntää tehtävässä. Tämänhetkinen COVID-19-pandemia esimerkiksi edellyttää materiaalien desinfiointia. Koska kaikki koneen komponentit ovat 3D-tulostettuja (kuva 4), ne on helppo puhdistaa jokaisen käyttökerran jälkeen vaikuttamatta niiden kulumiseen tai myöhempään käyttöön. Myös muut käytössä olevat esineet, kuten painoina käytettävät komponentit, olisi desinfioitava.[/justify]

On useita opetustehtäviä, joita voidaan suorittaa tämän Arkhimedeen vipuun perustuvan ehdotuksen pohjalta. Alla on yksinkertainen toteutusehdotus, jota voidaan täydentää muilla täydentävillä tehtävillä riippuen oppilaista, käytettävissä olevista resursseista ja didaktisesta tavoitteista. Tämän osion sisältö on jäsennelty seuraaviin osioihin:[br][br]a. Luettelo tarvittavista materiaaleista[br]b. Tehtävän valmistelu[br]c. Tehtävän kehittäminen        [br] i. Pedagogiset/didaktiset tavoitteet                 [br]  ii. Osallistuminen[justify]                                 iii. Tavoitteiden sisällyttäminen tehtävään[br][/justify]

Tässä nimenomaisessa esimerkissä materiaaliluettelo on sama luettelo, joka on annettu tehtävän komponentit -osiossa. Jos haluamme tuottaa useita vipuja, meidän on noudatettava alla olevaa materiaaliluetteloa. Siksi tarvitsemme seuraavat elementit tämän tehtävän suorittamiseen:[list][*]STL-tiedostot tulostettaviksi.[br][/*][*]Pääsy 3D-tulostimeen.[br][/*][*]Kun olemme tulostaneet kaikki komponentit, saamme seuraavat:[br][list][*]Vipuvarsi (kuva 3 - vihreä): Tämä on suurin pitkänomainen pala, joka on esitetty vihreänä.[br][/*][*]Tasapainotustuki (kuva 3 - sininen): Tämä on järjestelmän tuki. Se on suositeltavaa ankkuroida vakaaseen pintaan.[br][/*][*]Akseli (kuva 3 - punainen): Tämä on akseli, joka liittää kaksi edellistä osaa yhteen.[/*][/list][/*][*]Erilaisia painoja koriin asetettavaksi, kuten:[br][list][*]Tilavuudeltaan samankokoisia, mutta eri materiaaleista valmistettuja esineitä, kuten esimerkiksi muovia, puuta ja metallia.[br][/*][*]Samaa materiaalia, mutta eri tilavuuksia olevia esineitä, jotka edustavat esimerkiksi eripainoisia eläimiä, kuten hiirtä, hevosta ja norsua.[br][/*][*]Kolikkosarja, joka laitetaan koriin peräkkäin niin, että mitä enemmän kolikoita on, sitä enemmän voimaa on käytettävä niiden nostamiseen tai vivun akselia täytyy siirtää.[/*][/list][/*][/list][list][*]Tarvitaan myös paperille tulostettu kuva (esitetty kuvassa 7), jolla selitetään teoreettisesti vivun käsite ja vahvistetaan ajatusta "maailman siirtämisestä".[br][/*][/list]

[justify]Tätä tehtävää varten osat on luotava 3D-tulostimella tai jollain muulla tavalla riippuen käytettävissä olevista materiaaleista, osista ja työkaluista.  Joitakin kappaleita ei välttämättä tarvitse tulostaa 3D-tulostimella; esimerkiksi akseli voi olla mikä tahansa esine, jolla on lieriömäinen muoto, kuten kynä. Tasapainotustuen kohdalla voidaan sanoa samaa: muitakin esineitä voidaan käyttää, kunhan niissä on akselin halkaisijan mukainen reikä, ja muoto ja mitat ovat kunnossa.[br][br]Kun kaikki elementit on järjestetty, ne voidaan lopulta koota kuvan 5 mukaisesti. Lisäksi on valittava painoina käytettävät elementit ja tunnistettava, mitkä niistä painavat enemmän, mitkä taas vähemmän. On suositeltavaa, että käytössä on vähintään kolme erilaista elementtiä tai painoa, jotka ovat helposti erotettavissa.[br][br][/justify]

[justify]Vipuvarressa on seitsemän erilaista uraa, joiden avulla järjestelmä voidaan konfiguroida eri tavalla (erilaisilla suhteellisilla etäisyyksillä tuesta voiman ja kuorman kohdistamis paikkoihin). Tämän seurauksena on mahdollista saada erilaisia konfiguraatioita erilaisten testien suorittamista varten (kuva 6).[/justify]

[justify]Näiden erilaisten tilanteiden visualisoi miseksi (kuvat 6 a ja b) opettaja voi poistaa pyörimisakselin ja sijoittaa sen johonkin toiseen vipuvarren eri urista. Kun korissa on sama kuorma, opettaja opettaa lapsille, kuinka kohdistettava voima on vipuvarren pituudesta riippuen suurempi tai pienempi (kuten Arkhimedeen laki osoittaa).[br][/justify]

[justify][/justify][justify]i. Pedagogiset/didaktiset tavoitteet. Kuvaile tehtävän pedagogisia tavoitteita. Perustehtävä (ja ehdotetut täydentävät tai laajentavat tehtävät, kohta 3.4) edistävät tiedon hankkimista, mukaan lukien lasten ympäristön havainnointi ja tutkiminen, luovuuden kehittäminen ja lasten perehdyttäminen tieteiden tuntemukseen. Tavoitteisiin voisi kuulua:[/justify][list=1][*][justify]Ymmärtää, että kone/mekanismi voi auttaa meitä tekemään tehtäviä, joita emme voi tehdä yksin.[/justify][/*][*][justify]Ymmärtää intuitiivisesti, mikä vipu on. [/justify][/*][*]Ymmärtää, että suuret eläimet painavat enemmän (hiiri < hevonen < norsu). Ymmärtää lisäksi, että eri materiaalit, joista esineitä valmistetaan, vaikuttavat myös siihen, että niillä on erilaiset painot.[br][/*][/list][justify][/justify][justify]ii. Osallistuminen Kuvaile tehtävän ympäristöä, jotta se houkuttelee osallistujia. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi ehdotetaan, että opettaja voi suorittaa osan tai kaikki seuraavista toiminnoista:[/justify][list=1][*][justify]Esittele yksinkertaisen mekanismin tai koneen käsite.[/justify][/*][*][justify]Anna esimerkki, jonka lapset saattavat tietää, kuten vaaka, joka kallistuu sinne suuntaan, missä painoa on eniten, tai keinulauta lasten leikeissä leikkikentällä.[/justify][/*][*][justify]Kysy lapsilta, mikä on raskain asia, jonka he voivat nostaa..[/justify][/*][*][justify]Kysy seuraavaksi, uskooko joku pystyvänsä nostamaan esimerkiksi jotain aikuisen kokoista, koko maapallon jne.[/justify][/*][*][justify]Kysy lapsilta, tietävätkö he, mikä vipu on. Ennen kuin selität vivun toiminnan, anna lasten kertoa eri vaihtoehtoja ja pohtia niiden toimintaa, vaikka he eivät olisikaan oikeassa.[/justify][/*][*][justify]Kysy, tietääkö kukaan millaista antiikin Kreikassa oli, onko joku nähnyt sen jossain sarjassa tai elokuvassa (esim. on mahdollista, että joku on nähnyt Disney-elokuvan Hercules tai jonkin vastaavan viittauksen). Valmistele kuva, kuten kuvassa 7. Lausu lause "Anna minulle jalansija, niin minä nostan maailman" ja kysy, ymmärtävätkö lapset, mitä se tarkoittaa. Selitä asia yksinkertaisesti.[/justify][/*][/list][justify][br]iii. Tavoitteiden sisällyttäminen tehtävään. Sovita pedagogiset tavoitteet ympäristöön ja tarinaan (narratiivin), jota tehtävässä käytetään. Ohjeista, miten tehtävän tavoitteet tuodaan käytännössä esille.[/justify][list=1][*][justify]Kun tehtävä on alkanut osallistuminen-vaiheessa kuivatuilla kysymyksillä, oppilaille annetaan kolme erilaista painoa, jotka voidaan nostaa. Jokainen voi olla eri materiaalia, kuten muovia, puuta ja metallia, mutta niillä voi olla samanlainen tilavuus.[/justify][/*][*][justify]Lapsille esitellään eri materiaalien painot ja selitetään, että jotkut eläimet painavat toisia enemmän, ja he saavat tarkistaa asian itse.[/justify][/*][*][justify]Akseli asetetaan vivun reikien väli asentoon, akseli kokoonpanon ja tasapainotus tuen väliin. Painot asetetaan koriin peräkkäin ja kättä painetaan, jolloin huomataan, että meidän on helpompi nostaa painoja, mutta norsun nostaminen on hieman työläämpää kuin hiiren nostaminen.[/justify][/*][*][justify]Akselin asentoa ja koriin laitettavia painoja vaihdellaan, jotta lapset saavat kokeilla, miten tarvittava voima vaihtuu, ja miten vipu auttaa tässä tehtävässä. Lisäksi voidaan pohtia, missä akselin asennossa painoja on vaikeampi nostaa – silloin, kun akseli on lähempänä kättä, vai silloin, kun akseli on lähempänä koria. Voidaan pohtia myös esimerkiksi seuraavanlaisia kysymyksiä: Onko vaikeampaa nostaa hiirtä, kun varsi on lähimpänä kättä, vai norsua, kun varsi on kauimpana kädestä? Ideana on jättää lasten tehtäväksi kokeilla kaikkia vaihtoehtoja ja tehdä omat johtopäätöksensä.[/justify][/*][/list]

[justify][/justify]Aineisto on suunniteltu siten, että se helpottaa opiskelijoiden osallistumista ja erilaisten, toisiinsa liittyvien tehtävien kehittämistä muunnetun mekaniikan ja peli komponenttien käyttöön perustuen.  Tästä osiosta löydät ehdotuksia esitellyn perustehtävän tehostamiseksi:[list=1][*]Materiaaleilla voi leikkiä. Voit esimerkiksi puhua kolikoista, joiden materiaalit simuloivat kultaa, hopeaa ja pronssia.[br][/*][*]Voit esittää maapallon ja laittaa sen koriin niin, että lapset yhdistävät kuvan kuuluisaan Arkhimedeen lauseeseen.[br][/*][*]Vivulla on mahdollista selittää voimien ja vääntömomenttien käsite lukiolaisille.[br][/*][*]Voit muokata vivun käyttöä muuntamalla sen esimerkiksi katapultiksi.[br][/*][*]Voit käyttää järjestelmästä pienempiä versioita (pienemmät 3D-tulostimien mallit sisältyvät toimitettuihin materiaaleihin) tai suurta versiota, joka on jaettu pienempiin, toisiinsa kiinnitettävään osiin (nämä mallit ovat myös mukana).[br][/*][/list]

[justify][/justify][justify]Oppilaiden, joilla on oppimisvaikeuksia ja/tai heikot kognitiiviset kyvyt, tulisi tutustua robottiin yksilöllisesti ennen kuin aktiviteetti suoritetaan ryhmän kanssa. Tämä auttaa heitä ymmärtämään tehtävää paremmin ja menestymään yhteisissä toimissa. Ryhmiä muodostettaessa tulee huomioida eri oppilaiden erilaiset kognitiiviset kyvyt. Joskus on hyödyllistä muodostaa homogeenisiä ryhmiä, jotta samankaltaiset oppijat voivat vaihtaa kokemuksia, mutta joskus on hyödyllistä luoda heterogeeninen ryhmä, jotta yksi oppilas voi auttaa ja ohjata toista oppilasta. ASD-opiskelijoiden on hyvin usein vaikeaa tehdä valintoja ja/tai ratkaista luovia tehtäviä. Heitä tulee ohjata tietyn tehtävän ratkaisemisessa hellästi.[/justify]

[justify]Jos sinulla ei ole pääsyä 3D-tulostimeen, voit mainitun CAD-työkalun avulla luoda virtuaalisen täydennyssarjan myöhempää käyttöä varten. Työkalua voidaan käyttää myös pelkkänä 3D-suunnittelu työkaluna. Thingiverse-arkiston käyttöä suositellaan myös selventämään, että mallien luominen on valinnainen osa tehtävää[/justify]

[justify][/justify][justify]Tehtävä on esimerkki yksinkertaisesta mekanismista. Ajatuksena on, että yksinkertaisia prototyyppejä ja erilaisia pelejä luomalla voidaan havainnollistaa koneen käsitettä.[br][br]Arkhimedeen vipu on yksi vanhimmista olemassa olevista mekanismeista. Vivun malli on tehty suunnittelemalla se CAD-työkaluilla (esim. TinkerCAD) ja tulostamalla se 3D-tulostimella. Peliä täydentää sarja erikokoisia ja -painoisia eläimiä, esineitä, kolikoiden simulaatioita jne. Mekanismin avulla voit säätää vivun pituutta ja siten leikkiä eri painoilla ja erilaisilla vipuvarrella. Muita täydentäviä malleja voidaan luoda 3D-tulostuksen avulla.[br][br]Osallistujilla on eri mittakaavassa olevia Arkhimedeen vipuja, isompia tai pienempiä, sekä eripituisia varsia. Myös vivun koko ja pituus vaikuttavat lopputulokseen. Mitä isompi vipu on, sitä enemmän painoa se voi nostaa.[br][br]Peliä pelataan liikuttamalla akselia niin, että vivulla on pidempi tai lyhyempi varsi, ja opettamalla lapsille, miten voidaan vaikuttaa voiman määrään ja moninkertaistumiseen.[br][br]Kuten edellä mainittiin, ei osallistujilta odoteta aiempaa tietoa koneista, mekanismeista tai perus fysiikasta. Työpajan sisällä osallistujat tutustuvat yksinkertaisen koneen sekä painon ja tilavuuden käsitteisiin.[/justify][justify][br][/justify]

[justify]Työpajan alussa tarjoamme osallistujille Arkhimedeen vivun käyttöön tarvittavan sanaston ja käsitteet. Ohessa myös pieni teoreettinen johdanto, jossa selostetaan yksinkertaisella tavalla tehtävässä esitettävät mekaaniset käsitteet. Ensimmäinen yksinkertainen mekanismi on tärkeää ymmärtää, jotta lapsille voidaan sen pohjalta opettaa askel askeleelta yhä monimutkaisempia käsitteitä.[br][br]Seuraavaksi esitetään esimerkkinä yksinkertaisen kappaleen tulostaminen 3D-tulostimella. Esimerkki osoittaa, että voimme koneen avulla kopioida minkä tahansa esineen, jota haluamme käyttää missä tahansa toiminnassamme. 3D-tulostimen peruskäyttö selitetään.[br][br]3D-tulostimen esittelyn jälkeen esitellään TinkerCAD-työkalu, jonka avulla voi luoda 3D-malleja yksinkertaisella tavalla ilman teknisten piirustusten tuntemusta. Sitten esitellään muutama yksinkertainen esimerkki, jotta osallistujat voivat luoda 3D-mallejaan tulostettaviksi.[br][br]Täydennyksenä alla on esitetty Thingiverse-arkisto, jossa osallistujat voivat nähdä, että uusia malleja ei ole tarpeen luoda, koska monet niistä ovat saatavilla tässä arkistossa, ja ne voidaan ladata käyttöä varten.[br][br]Keskustelimme sitten muutaman minuutin ajan näiden työkalujen helppo käyttö isyydestä. Halusimme luoda loputtoman määrän komponentteja peleihin joiden avulla opettajat voivat leikkiä lasten kanssa luokkahuone ympäristöissä. Lopuksi jaamme tutkimukseen perustuvan ymmärryksemme siitä, miksi opettajat eivät vielä käytä laajalti 3D-suunnittelua, tulostustekniikkaa ja muita STEAM-ohjelmistopaketteja. Seuraavaksi muodostamme kolme ryhmää, joissa kussakin on erikokoisia vipuja, ja jatkamme työpajaa.[br][br]Ryhmien on ensin yhdistettävä erilaisia punnittavia kappaleita, mukaan lukien yleisesti saatavilla olevia esineitä, kuten kolikoita, lyijykyniä ja pyyhekumeja, leikkimällä vivun pyörimisakselin eri asennoilla ja erikokoisilla vivuilla.[br][br]Lopuksi jokaisen ryhmän on löydettävä mekanismille toinen yksinkertainen sovellus mahdollisesti pieniä muutoksia tekemällä. Mekanismista voi pienten muutosten avulla tulla esimerkiksi katapultti tai punnitusvaaka.[/justify][justify][/justify]Osallistujien oppimistulokset on lueteltu alla. Jokainen osallistuja pystyy:[list][*]näkemään 3D-tulostimien ja CAD-työkalun käyttömahdollisuudet motivoivana työkaluna tieteiden ja taiteiden tunneilla.[br][/*][*]käyttämään GeoGebrassa luotuja digitaalisia interaktiivisia oppimisresursseja.[br][/*][*]arvioimaan kriittisesti digitaalisen oppimisresurssin laatua ja soveltuvuutta.[/*][/list] [br][justify]60 minuutin työpaja antaa opettajille käytännön kokemusta ja tunteen siitä, kuinka he voisivat hyötyä 3D-tulostimien ja CAD-työkalujen käyttämisestä oppimisvälineinä tavallisilla matematiikan tunneilla. Toivomme saavamme aikaan hedelmällistä keskustelua työpajojen osallistujien kanssa tällaisten lyhyiden työpajojen tehokkuudesta. Keskustelun tavoitteena on selvittää, voidaanko näiden työpajojen avulla lisätä tietoisuutta STEAM-pakkausten eduista, erityisesti yksinkertaisista mekanismeista, ja vähentää STEAM-pakkausten opetuskäyttöön liittyvää epävarmuutta.[br][br][url=https://drive.google.com/drive/folders/1_60Tht03L40K_Iz90j_1XePZlI5f4Ji1?usp=sharing]STL-tiedostojen 3D-tulostus[/url][/justify]

[list][*]Archimedes and the Law of the Lever[url=https://physics.weber.edu/carroll/archimedes/theIndex.htm] https://physics.weber.edu/carroll/archimedes/theIndex.htm[/url][/*][*]Ultimaker 3D printers. 3D printing in education[url=https://ultimaker.com/es/applications/education] https://ultimaker.com/es/applications/education[/url][/*][*]Repository of 3D models ready to print[url=https://www.thingiverse.com/] https://www.thingiverse.com/[/url][/*][*]Tinkercad | Create 3D digital designs with online CAD [url=https://www.tinkercad.com/%20] https://www.tinkercad.com/[/url][/*][/list]

José San Martín - Universidad Rey Juan Carlos