وحدة التكنولوجيا وعملية التصميم العلوم الصف السادس

وحدة التكنولوجيا وعملية التصميم العلوم الصف السادس

العلوم والتكنولوجيا 

هل فكرت من قبل في أوجه الارتباط بين العلوم والتكنولوجيا ؟ من الممكن أن تعودنا المعلومات العلمية الجديدة إلى متنجات أو عمليات جديده؛ فعلى سبيل المثال، يعتبر اكتشاف الفيروس السبب لسلالة معينة من الإنفلونزا من مجهودات العلوم. أما ابتكار لقاح لتلك السلالة من الإنفلونزا فه مثال على التكنولوجيا. 

في بداية الثورة الصناعية، صمم المخترعون في اسكتلندا وإنجلترا المحرك البخاري الذي كان يعمل على حرق الأخشاب أو الفحم لتحويل الطاقة الكيمائية إلى طاقة ميكانيكية في هذه الحركات كان ضغط البخار يتراكم لتحريك الأجزاء ومن ثم يعمل على تحريك العجلات. بينما أسهمت العلوم بتفسير تكنولوجيا الحركة. استخدم المخترعون تلك المعلومات لتطوير القطارات ذات المحركات البخارية. 

تخيل أنك تريد ابتكار قطار أكثر كفاءة. أولا. عليك اختيار المواد اللازمة للتصميم بناء على خواصها أي المواد قوية ومتينة ومع ذلك غير باهظة الثمن ويسهل الحصول عليها؟ أي المواد تتسم بأدنى تأئير سلبي على البيئة؟ 

كلما تحسنت قدرتك على التخطيط لابتكار كلما زادت معرفتك العلمية. علما بان ابتكار حلول تكنولوجية؛  بعض الحلول التكنولوجية مثل القطارات فائقة السرعة الموضحة في الشكل 2 يستغرق أعواما تعتمد العلوم على 
التكنولوجيا. ولكن تعتمد التكنولوجيا أيضا على العلوم حيث يجب ان تتبع التكنولوجيا مبادئ العلوم. ومن الممكن أن تكون الحلول مؤقتة تتغير العلوم والتكنولوجيا دائما نتيجة ظهور أفكار جديدة  

المعلومات 

لماذا نحتاج إلى المعلومات لابتكار التكنولوجيا ؟ يمكن أن تقودنا المعلومات إلى المعرفة والتعلم والفهم. ونحن نستخدم المعلومات والمهارات والموارد الطبيعية لتلبية احتياجاتنا ورغباتنا. 

يمكن تحسين التكنولوجيا باستخدام المعلومات الجديدة. ولكن أين تجد المعلومات ؟ يمكن العثور على المعلومات في أماكن متعددة: فيمكن أن نجدها في المكتبة والإنترنت والصحف العلمية. كما يمكن العثور على 
المعلومات من خلال التحدث إلى الأشخاص الأخرين أو في اللقاءات العلمية. 

عندما يجري العلماء دراسات. فقد تسهم البيانات الناتجة بمعلومات أو معرفة جديدة حول فكرة أو منتج وقد يتمكن المهندسون. باستخدام المعرفة الجديدة. من تحسين التكنولوجيا القائمة أو ابتكار تكنولوجيا جديدة. على سبيل المثال قادت المعرفة بأجهزة الكمبيوتر إلى ابتكار العديد من الأجهزة الأخرى مثل أجهزة التلفاز ذات الشاشة المسطحة كما هو موضح في الشكل 4 وأجهزة الكمبيوتر اللوحية. 

يرى الأشخاص في الأجهزة التي تساعدهم في أداء وظيفتهم أدوات لحرفهم الأداة هي جهاز يزيد القدرة على أداء العمل. إذا كان التعلم هو عملك. فإن القلم الجاف والرصاص والأوراق وجهاز الكمبيوتر هي أدواتك. 

كانت الأدوات الأولى يدوية ولا تعمل بالكهرباء. وكانت هذه الأدوات تزيد من قدرة الأشخاص على الإمساك بالمواد وتقطيعها وثقبها والطرق عليها كما هو موضح في الشكل 5 يستخدم الأشخاص هذه الأدوات لتصنيع الأشياء التي تلبي احتياجات الإنسان ورغباته. كما تستخدم هذه الأدوات لتصنيع الأدوات الأخرى ولولا الأدوات. ما كان من الممكن ابتكار التكنولوجيا الأكثر تطورا و من أهم الأثار الإيجابية لتحسين الأدوات تأدية المهام بصورة أكثر كفاءة ودقة وأمانا. 

أنواع المواد 

يمكن تصتيف المواد حسب أصولها. تأتي بعض المواد العضوية. مثل الخشب والقطن. من الكائنات الحية. أما المواد غير العضوية فتأتي من الترسيبات المعدنية. ولكل نوع من المواد خواص فريدة تجعله مفيدا في مجموعة هائلة من الاستخدامات. 

الخشب 

يعد خشب الأشجار واحدا من أشهر المواد التي يستخدمها الإنسان؛ حيث يستخدم لبناء المنازل وصناعة الألعاب والأثاث كما يستخدم كوقود. 

البوليمرات 

البوليمرات هي مواد طبيعية أو صناعية تنكون من سلاسل طويلة من الجزيئات الصغيرة المتكررة التي تسمى المونومرات. البروتينات مثال على البوليمر الطبيعي. أما البلاستيك فمثال على البوليمر الصناعي. من خلال تغيير عدد المونومر الموجود في البوليمر ونوعه وموضعه، تتغير خواص البوليمر. وقد ينتج عن مثل هذه التغيرات عدد لا محدود تقرييا من البوليمرات، يتسم كل منها بمجموعة فريدة من الخواص الكيميائية والفيزبائية. بعض البوليمرات موضحة في الشكل IO. 

البلاستيك 

يصنع العديد من المنتجات شائعة الاستخدام من البوليمرات المعروفة باسم البلاستيك. ويتميز البلاستيك عادة بأنه خفيف الوزن وقوي ومقاوم للماء ومنخفض التكلفة. كما يتم استخدامه في الألعاب وأجهزة الكمبيوتر 
والحاويات. بعض أنواع البلاستيك شفافة وبعضها ينصهر عتد درجة حرارة مرتفعة وبعضها يتميز بالمرونة. درجة حرارة الإنصهار والشفافية والمرونة كلها خواص للبلاستيك تتعلق بتركيب البوليمر. 

تحديد المشكلة أو الحاجة كيف يبدأ العلماء والمهندسون عند الحاجة إلى إيجاد حل لمشكلة ؟ أولا. يجب تحديد المشكلة بوضوح: حيث يجب أن تكون المشكلة محددة بدرجة تكفي لأن يكون الحل ممكنا على سبيل 
المثال. لن يكون من المفيد تعريف المشكلة على أنها “نصميم ناقلة حبوانات متطورة”. فهذا التعريف فضفاض للغاية. هل هذه الناقلة لقط أم عصفور أم نوع اخر من الحيوانات فكل حيوان يتطلب نوعا مختلفا من الناقلات. بيان المشكلة في هذا المثال لا يوفر معلومات كافية بيان المشكلة هو البيان الذي يحدد المشكلة المطلوب حلها بوضوح. في مثال ناقلة الحيوانات. يمكن أن يكون بيان المشكلة “تصميم ناقلة قطط تزن ما يصل إلى  5 كغ ويجب أن يكون حجمها مناسبا لوضعه أسقل مقعد الطائرة. كما يجب ألا تزيد تكلفتها عن 75 AED”. يحدد هذا البيان ما هو المطلوب بدقة. ويؤدي سوء صياغة البيان إلى إهدار الوقت والجهد 

المعايير والقيود بعد تحديد المشكلة. يتم عادة تحديد المعايير. المعايير مفردها معيارا هي القواعد التي يتم نقييم المنتح على أساسها فعلى سبيل المثال. في تصميم ناقلة القطط في الشكل 17. وزن القطة يعتبر معيارا ويمكن تضمين هذه المعايير في بيان المشكلة 

القيود هي الحدود المفروضة على تصميم المنتج من عوامل خارجية مثل التكلفة أو الكفاءة أو الأثر البيئي أو توفر المواد. وهذه القيود يتم تحديدها بوجه عام في بداية المشروع؛ وإلا فقد يهدر العلماء والمهندسون الوقت في العمل على منتج لا يمكن استخدامه. أحيانا. قد تتغير المعايير والقيود أثناء تطوير المنتج 

 

إنشاء نموذج تجريبي بعد اختيار حل محتمل، يجب صنع نموذج تجريبي. 

النموذج التجريبي هو نموذح متكامل يستخدم لاختبار منتج جديد. في أغلب الأحيان. يصنع المهندسون النموذج التجريبي، فعندما تصمم شركة طائرات طائرة جديدة، فإنها تصنع عدة طائرات لاختبارها. ويتم تقييم تلك 
الاختبارات وإدخال التغييرات على الطائرة التجريبية حسب الحاجة قبل بدء التصنيع الشامل. 

اختبار الحلول وتقييمها في جميع مراحل عملية التصميم، يجب اختبار التصميم وتعديله. هل يتوافق الحل مع جميع المعايير والقيود ؟ من خلال اختبار الحل وتقييمه. يمكن للمهندس العثور على المشكلات وعلاجها. أحيانا يتم تغيير التصميم: فعلى سيبل المثال. قد يتعرف المهندس أثناء تصميم طائرة على تكنولوجيا جديدة تساهم في تحسين الفكرة الأصلية التي كانت موجودة قبل تصنيع الطائرة. الأفكار قابلة للتحسين دائما. بعد التقييم والاختبار. يتم اختيار حل واحد باعتباره الحل الأفضل. 

إعادة تصميم الحل هل يعمل المنتج الجديد بالشكل المفترض ؟ هل يتوافق مع جميع المعايير والقيود ؟ بعد التقييم، يتم تغيير معظم التصميمات نتيجة الكشف عن معلومات وأفكار جديدة أثناء عمليات الاختبار والتقييم. 
إذا تم اقتراح حل جديد. فسيتم تكرار العديد من خطوات التصميم.