الجانب المشرق - العلوم 2 - رابع ابتدائي

| 50 المشروع بيني التخصصات المشروع بيني التخصصات الجانب المشرق في المشروع بيني التخصصات هذا ، ستستخدم مهاراتك في العلوم والرياضيات في حل مشكلة من العالم الحقيقي. أولا، ستقرأ قصة عن مجموعة من الشخصيات الخيالية تُسمى باحثي حلول • STEM ، ثم ستقوم بدراسة المعلومات الأساسية بالإضافة إلى تصميم اختبار وإيجاد حل للتحدي الشامل ستتعرف خطوات عملية التصميم الهندسي الموضحة في المخطط. كما ستقوم ببعض الأعمال الإضافية التي تتعلق بهذا التحدي في فصل الرياضيات. الفكرة المواد التحسين عملية التصميم الهندسي الخطة الاختبار التنفيذ خلال مشروع الجانب المشرق، ستتعرف تأثير إزالة الغابات وكيفية استخدام الإنسان للطاقة الشمسية كمصدر نظيف ومتجدد في القصة، ستقرأ عن المشكلة التي تواجه باحثي حلول STEM أثناء محاولتهم جمع الحطب واستخدامه كوقود في طهي الطعام. كما ستتعلم المزيد عن الطاقة الشمسية، وتصمم بنفسك الموقد الشمسي للمساعدة في إيجاد حل للمشكلة

الجانب المشرق عبر يقوم كل من جين وكلوديا ومايكل وهالة بزيارة نادين التي تعيش في قرية قريبة من نغاونديري في الكاميرون وجميعهم أعضاء في فريق معرض العلوم الدولي، ودائمًا ما يتواصلون ويعملون معًا مكالمات الفيديو؛ لذا فهم في غاية الحماس لمقابلة بعضهم بعضًا. قال مايكل أثنا ء سيرهم على جانب طريق ترابي في قرية نادين: إن الكاميرون رائعة جدًا، على عكس واشنطن العاصمة". قالت هالة: "توجد فيها مناظر طبيعية ومساحات خضراء كثيرة، لكن لا يوجد فيها بحر قريب". وأثناء سيرهم إلى منزل نادين أخذوا يتحدثون عن مشاريعهم الأخيرة في معرض الفنون. قالت كلوديا : "ألم تذكري يا نادين أنك بحاجة إلى مساعدة بشأن تصميم روبوت؟" أجابت نادين: "نعم، أريد تصميم روبوت يساعدني في جمع الأخشاب اللازمة في الطهي من أجل أمي". وحينما وصلوا إلى منزل نادين، وجدوا ترحابًا حارًا وضيافة رائعة وقدمت لهم وجبة تقليدية تتكون من صلصة اللحم والخضراوات واستمتعوا بتناولها وتعرّفوا على عائلة نادين. وفي صباح اليوم التالي، ذهبت نادين مع أصدقائها لجمع الحطب الذي تحتاجه عائلتها في طهي الطعام، واستمروا في السير لوقت طويل حتى قال جين: ألم نصل بعد؟ لقد تعبت". mmm الوحدة الثالثة: الوقود والطاقة | 51

| 52 المشروع بيني التخصصات ووافقها مايكل وكلوديا وهالة الرأي. شجعتهم نادين قائلة : "لم يتبق سوى القليل، وسنملأ سلالنا بالحطب. والآن هل أدركتم مدى أهمية الروبوت، فأنا أبذل كل هذا المجهود بشكل يومي. لقد كان الخشب قريبا وكان من السهل الحصول عليه، لكن مع استمرار حاجة الناس إلى قطع المزيد والمزيد من الأشجار للحصول عليه ، بات من اللازم السير مسافات طويلة للعثور على الخشب". قالت كلوديا : "حدث هذا أيضًا حينما كنت في بيرو"، وأضافت : "هذا الأمر ليس شاقًا فقط على الناس الذين يعتمدون على الأخشاب في البقاء على قيد الحياة، ولكن على النباتات والحيوانات التي تأخذ من الغابات موطنا لها. وقد تؤدي إزالة الغابات إلى تدمير موطن بعض أنواع من النباتات والحيوانات إلى الأبد". A وبعد بضع دقائق، قالت هالة: "لا أعتقد أنك بحاجة إلى روبوت يا نادين؛ إذ بات لزاما عليك السير خارج الغابة لتتمكني من الحصول على المزيد من الأخشاب . أعتقد أنك بحاجة إلى نوع مختلف من الوقود للحصول على النار. فكرت نادين في ذلك وقالت: "يعتمد أحيانًا الأغنياء على الغاز أو الكيروسين في الطهي، ولكن عليهم شراؤه من المتجر. بعض العائلات غير قادرة على تحمل تكلفة الشراء". قال مايكل: "نادين، لقد أعجبتني فكرة البحث عن نوع مختلف من الوقود للطهي" . "لن يستغرق الأمر وقتًا طويلا وسينفد الخشب من الغابة". قال جين بحماس: "بإمكانك استخدام الموقد الشمسي هنا، حيث الجو الجميل والمشمس قالت هالة: يستخدمه بعض الناس في مصر، يطلقون عليه الموقد الشمسي أيضًا".

اقترح مايكل قائلا: "لا أعرف طريقة تصميمه، ولكن يمكننا البحث". "أجل، نستطيع فعلها " كان جين متحمسًا لفكرته الجديدة لدرجة إنه ألقى جميع الأخشاب من يده. عند عودتنا سأرسم نموذج لما أفكر فيه". وفي طريق العودة إلى منزل نادين بدأوا في التخطيط وهم يحملون سلالهم والأخشاب. أثناء العشاء، أعجبت والدة نادين بفكرة الموقد الشمسي إذ أن استخدامه لا يخلف فوضى ولكنها كانت قلقة من أنه لن يتمكن من طهي الطعام جيدًا. وفي صباح اليوم التالي، بدأ الأصدقاء في تطبيق خطتهم لصنع الموقد الشمسي، كما بدأوا يتساءلون عن كيفية معرفة ما إذا كانت هناك أشعة شمس كافية لتشغيل الموقد الشمسي؟

| 54 المشروع بيني التخصصات إزالة الغابات والطاقة الشمسية إن الطهي هو أحد أسباب الحاجة إلى الوقود الخشبي والدافع الرئيسي لإزالة الغابات. إن إزالة الغابات لن تؤثر فقط في قرية نادين في الكاميرون، بل ستترك آثاراً في العالم بأكمله. وتعني إزالة الغابات أن يقوم الإنسان بقطع الأشجار من الغابات. هناك بعض الأنواع المميزة من النباتات والحيوانات يمكن العثور عليها فقط في غابات مطيرة محددة. مع الأسف، تعد إزالة الغابات المطيرة حول العالم من أجل الوقود سببًا جزئيًا لتقلص البيئة الحيوانية واختفاء النباتات التي تستخدم في صناعة الأدوية. إن بديل استخدام الحطب كوقود للطهي هو استخدام الطاقة الشمسية الطاقة الشمسية هي الطاقة الصادرة من الشمس، وتنعكس معظم أشعة الشمس على سطح الأرض ويمتصها الغلاف الجوي. إن الطاقة الشمسية طاقة مجانية نظيفة ومتجددة، كما أنها تحمي الأشجار لكن يشوبها بعض الأمور عند الاعتماد عليها كمصدر للطاقة. فالأدوات المستخدمة في تجميع الطاقة الشمسية واستخدامها غالية، بالإضافة إلى أن كمية أشعة الشمس التي تصل إلى الأرض ليست متماثلة وتتغير من مكان إلى آخر. ما هي كمية أشعة الشمس التي تصل إلى منطقة ما وفقًا لعوامل المسافة من خط الاستواء والزمن وفصول السنة. يوجد نوع من الأدوات يعمل بالطاقة الشمسية، وهو الموقد الشمسي، وهو يقوم بامتصاص الطاقة الضوئية مثلما تفعل ألواح الطاقة الشمسية، لكنه يُحوّل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية بدلا من الكهرباء) لتوفير الحرارة في الموقد الشمسي. يحتوي الموقد الشمسي على ألواح معدنية موجهة بعناية لتجميع أكبر كمية من الضوء وتوجيهه إلى منطقة تركيز واحدة، ويجب الحفاظ على الحرارة الناتجة من هذه العملية أو حصرها داخل الفرن لمدة تكفي لطهي الطعام النيئ في درجة حرارة مناسبة للأكل. يوجد عدة أشكال وتصاميم متنوعة للموقد الشمسي.

التحدي البحث العملي هندسة الحل يُطلب منك تصميم موقد شمسي ليسخن الطعام على درجة حرارة آمنة (71) درجة مئوية). سيساعد هذا النشاط على إرشاد فريقك خلال عملية التصميم الهندسي. الأهداف في هذا النشاط، ستقوم بالآتي: مراجعة متطلبات التحدي وتوزيع الأدوار على كل عضو من أعضاء فريقك. عمل ثلاث أو أربع رسومات توضيحية للحلول التي فكرت فيها . الاتفاق على المخطط النهائي للنموذج الخاص بك. تصميم موقد شمسي يعمل بالطاقة المنبعثة من الموقد الشمسي الشمس لطهي الطعام على درجة حرارة تصل إلى ۷۱ درجة مئوية على الأقل. ما المواد التي ستحتاج إليها ؟ لكل مجموعة) لوحة ملصقات أو ورق تصميم من أجل المخطط النهائي مواد التنفيذ، مثل ورق مقوى صندوق، مسطرة، ورق ألومنيوم، مواد التركيب، مثل شريط لاصق غراء، مقص مواد الاختبار، مثل: مقياس الحرارة، ساعة غلاف بلاستيكي، ورقة سوداء الإجراء اتبع هذه الخطوات مع زملائك في الفريق العملية .1 استعراض التحدي ادرس التحدي جيدًا ثم قم بتصميم متطلبات هذا المشروع. الوحدة الثالثة: الوقود والطاقة | 55

| 56 المشروع بيني التخصصات 2 توزيع أدوار المجموعة حدد دور كل فرد في مجموعتك مع تسجيل كل اسم بجانب دوره. .3. استعراض الأفكار في رسومات توضيحية، راجع بيانات المواد مع زملائك في الفريق ثم ابدأ عملية العصف الذهني، مع اختيار ثلاث أو أربع أفكار من تخطيط رسومات التصميم. راجع رسوماتك التوضيحية وحدد تصميمًا واحدًا لتطويره، وأضف المزيد من التفاصيل ليكون هو المخطط الذي ستعتمد عليه في تصميم الحل. 4. التخطيط والتنفيذ قم بتجميع المواد ومن ثم البدء في تصميم النموذج. تأكد من متابعة خطواتك وطريقة تنفيذ العملية. 5 إجراء اختبار على النموذج الأولي، عند الانتهاء من عمله، وقبل ذلك حدد المواد التي تحتاجها لإجراء الاختبار اشرح كيف ستقوم بقياس مدى فعالية تصميمك . أجر الاختبار وفقا لتوجيهات معلمك. 6 التأمل والتقديم، عند الانتهاء، قم بمراجعة منتجك والعملية . حدد أساليب للتحسين حضر نفسك للمشاركة مع فصلك. أدوار المجموعة الأدوار قائد الفريق تقديم التشجيع والدعم ومساعدة أعضاء فريقه الآخرين في أدوارهم مع متابعة المخطط الزمني المسؤول عن المواد تجميع المواد وترتيبها وطلب المزيد عند الحاجة رئيس المهندسين تنسيق بناء النموذج، واقتراح إجراء الاختبار عند الحاجة، والتأكد من البناء الآمن مراسل الفريق تسجيل جميع الخطوات العملية ومشاركتها لاستكمال التحدي المهارات الحياتية أستطيع مراجعة التوقعات. اسم التلميذ

متطلبات التصميم يجب أن يشتمل الحل على مخطط ونموذج للموقد الشمسي مع عرض تقديمي للنموذج (المنتج) وكيفية العمل معا كفريق (العملية). يجب أن يحتوي الحل على المواد التي يوفرها معلمك فقط، ويجب أن يكون التصميم مبنيا على البيانات المذكورة في الجدول المتبع. بيانات الاختبار من أجل الحصول على أكبر قدر من الطاقة الصادرة من الشمس فكر في المهمات الثلاث التالية عن الموقد الشمسي: ما مدى قدرتك على عكس أشعة الشمس وامتصاص حرارتها وحبسها داخل الموقد الشمسي؟ راجع جداول البيانات الآتية لدراسة تأثير المواد المختلفة في درجة حرارة تسخين كوب من الماء بواسطة أشعة الشمس . تذكر هذه المعلومات أثناء اختيار المواد وتصميم الموقد الشمسي. الاختبار :1 انعكاس أشعة الشمس يُجرى الاختبار الآتي للتحقق من أفضل المواد الخاصة بلوحات الانعكاس للموقد الشمسي. لوحة ورق الألومنيوم | لوحة ورق تصميم حمراء لوحة ورق مقوى درجة حرارة المياه بعد 20 42 درجة مئوية 22 درجة مئوية دقيقة في ضوء الشمس الاختبار :2 تحويل ضوء الشمس 20 درجة مئوية يُجرى الاختبار الآتي لتحديد أفضل طريقة في تحويل ضوء الشمس إلى حرارة خلال عملية الامتصاص. كوب مغطى بورق كوب مغطى بنسيج فاتح كوب نظيف تصميم أسود اللون درجة حرارة المياه بعد 20 40 درجة مئوية 35 درجة مئوية 30 درجة مئوية دقيقة في ضوء الشمس الاختبار 3 حصر أشعة الشمس يُجرى الاختبار الآتي لتحديد أفضل طريقة في حصر الحرارة داخل كوب من الماء. درجة حرارة المياه بعد 20 قيقة في ضوء الشمس كوب نظيف كوب مغطى بنسيج كوب مغطى بغلاف بلاستيكي 22 درجة مئوية 23 درجة مئوية 25 درجة مئوية الوحدة الثالثة: الوقود والطاقة | 57

| 58 المشروع بيني التخصصات تخطيط رسومات التصميم ناقش أفكارك مع زملائك من خلال هذين السؤالين: ما الذي يعجبك في هذه الافكار؟ في أي جانب يمكنك إضافة تحسينات على التصميمات؟ ضع دائرة حول التصميم النهائي للبدء فيه. خطط، وصمم ، واختبر الخطوة 1 والآن بعد أن اخترت فكرة تصميم ، قم بعمل مخطط منفصل مع إضافة التفاصيل التي ستشارك بها في العرض التقديمي، حيث سيكون هو المخطط الأساسي لنموذجك الأولي، مع تحديد المواد التي ستستخدمها في المخطط التفصيلي. ووضح الشكل الذي سيبدو عليه الموقد الشمسي من الجزء الجانبي والعلوي وأي أجزاء ضرورية أخرى. قم بتصنيف ألوان مخططات فريقك للتأكد من أن لديك أجزاء تشغيل الموقد الشمسي الضرورية كالآتي: باللون الأصفر، حدد الجزء الذي يواجه أشعة الشمس. باللون البرتقالي، حدد الجزء الذي يمتص أشعة الشمس. باللون الأحمر، حدد الجزء الذي يحبس الحرارة. الخطوة 2 تجميع المواد التي قمت بتحديدها في مخططك الأولي . قد تحتاج إلى إجراء تعديلات على هذه المواد أثناء عملية التصميم ، مع متابعة ما تستخدمه حاليا. الخطوة 3 البدء في تنفيذ النموذج . قد تواجه بعض المشكلات والتحديات أثناء التنفيذ؛ لذا عليك التركيز على كل مشكلة على حدة مع استخدام مهارات الابتكار لدى فريقك والتعاون من أجل الوصول إلى الحلول . يستخدم المهندسون دفاتر الملاحظات والمراجع لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها عند حدوث المشكلات بحيث يمكنهم تحديد الأجزاء التي لا بد من إدخال بعض التحسينات عليها .

مشمس الخطوة 4 اختبر نموذج الموقد الشمسي. اترك الموقد الشمسي في الخارج في يوم لمدة 30 دقيقة أو أكثر إن لزم الأمر ، ثم ضع مقياس الحرارة داخل الموقد الشمسي لقياس درجة حرارته، وتأكد من وصولها إلى 71 درجة مئوية على الأقل. سجل في ملاحظاتك درجة الحرارة والوقت المستغرق في الوصول إليها . الخطوة 5 بعد استكمال النموذج، تعاون مع فريقك في عمل عرض تقديمي لمشاركة منتجك. تأكد من شرح أجزاء النموذج المسؤولة عن توجيه أشعة الشمس وامتصاصها وحسرها . كما عليك الاستعداد لمشاركة كيف تعاونت أنت وفريقك عند مواجهة المشكلات وكيفية إدخال بعض التحسينات. المتعلمون المتفوقون مهارات الكتابة هل أنت جاهز لخوض التحدي؟ إذا سمح الوقت، فقم بكتابة مجموعة من توجيهات تجميع الموقد الشمسي مع عمل كتيبات لتعليمات التركيب أضف رسومات إلى التسميات لتوضيح كل خطوة. تذكر أن الجمهور المستهدف لم يستخدم الموقد الشمسي من قبل، واعتادوا على استخدام الخشب كمصدر للوقود. ملاحظات العرض التقديمي التحليلات والنتائج أجب عن الأسئلة الآتية: .1 هل واجهت أنت ومجموعتك أي مشكلات أثناء تركيب الموقد الشمسي واستخدامه؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فكيف استطعت حل تلك المشكلات؟ 2 هل كان أداء الموقد الشمسي كما توقعت؟ إذا كانت الإجابة لا، فما السبب في ذلك؟ 3 ما التحسينات التي أضفتها على عملية التصميم أو على النموذج النهائي؟ .4 ماذا كان دورك في الفريق؟ ما أفضل شيء شاركت به؟ ما التحسينات التي كان في إمكانك إضافتها؟ الوحدة الثالثة: الوقود والطاقة | 59