수업 계획인 The Power of Wind는 재생 가능한 풍력 에너지 주제에 관해 4학년 학생들을 교육하는 수단을 제공합니다. Cal Poly Humboldt 의 엔지니어링 215 수업에 등록한 JTRM 팀은 수업 강사인 Lonny Grafman 의 가르침을 활용하여 The Power of Wind를 설계했습니다. Engr205 수업 은 Team JTRM이 따라야 할 구조화된 설계 프로세스를 제공했습니다. 또한 팀은 고객인 Redwood Coast Energy Authority( RCEA )를 위해 일했습니다. 팀은 2010년 봄 학기 내내 작업하여 디자인 프로젝트를 완료했습니다. JTRM 팀은 바람의 힘 수업을 완료하고 테스트했습니다. 이 수업은 캘리포니아주 유레카에 있는 RCEA의 교사들에게 제공됩니다.
내용물
클라이언트 배경
RCEA는 에너지 절약 및 에너지 교육과 관련된 지역 사회 내 프로그램을 개발하기 위해 노력하는 조직입니다.
그림 1: RCEA 로고
사명 선언문:
"레드우드 코스트 에너지청(Redwood Coast Energy Authority)의 목적은 에너지 수요를 줄이고, 에너지 효율성을 높이며, 지역에서 이용 가능한 깨끗하고 효율적이며 재생 가능한 자원의 사용을 향상시키는 지속 가능한 에너지 이니셔티브를 개발 및 구현하는 것입니다."
기준
Team JTRM과 고객 모두 디자인 프로젝트의 기준을 만드는 데 참여했습니다. 설계 프로젝트의 최종 솔루션은 모든 기준을 충족해야 한다고 판단되었습니다. 기준은 0에서 10까지 가중치가 부여되며, 0은 중요도가 가장 낮고 10은 가장 중요합니다. 또한 표 1에는 모든 기준에 대한 설명이 나와 있습니다.
표 1: 기준
| 기준 | 무게 | 설명 |
|---|---|---|
| 안전 | 10 | 안전은 모든 종류의 부상을 방지하는 능력입니다. 수업은 4학년 어린이에게 안전하지 않아야 합니다. |
| 유효성 | 10 | 수업 효과는 학생들이 주어진 자료를 통해 수업을 유지하는 정도입니다. 학생들은 풍력 발전에 관한 정보를 유지해야 합니다. |
| 비용 | 5 | 프로젝트 비용은 400달러 미만이어야 합니다. 총 비용은 RCEA에서 100달러, 각 그룹 구성원에서 75달러를 5로 나누어야 합니다. |
| 내구성 | 8 | 내구성은 4학년 교실과 보관소에서 기능적 상태를 유지할 수 있는 프로젝트의 능력입니다. |
| 미학 | 7 | 미학은 시각적 호소력의 프로젝트 수준입니다. 완성된 수업 계획의 내용은 학생들에게 시각적으로 매력적이어야 합니다. |
| 이식성 | 6 | 완성된 프로젝트의 무게는 교사가 수업 상자를 쉽게 조작할 수 있는 정도여야 합니다. |
| 유지 관리성 | 6 | 프로젝트의 유지보수성은 프로젝트의 기능을 유지하는 데 필요한 총 비용으로 정의됩니다. 유지관리 비용은 합리적인 수준이어야 합니다. |
최종 디자인 설명
풍력의 힘은 그림 2에 표시된 1시간 수업 계획으로, 4학년 학생들에게 풍력의 기초를 교육하기 위해 고안되었습니다. 학생들은 풍력의 기초, 풍력 터빈의 작동 방법, 풍력이 전기를 전달하는 방법에 대해 배웁니다.
그림 2: 바람의 힘
그림 2: 바람의 힘
바람의 힘 수업은 풍력 발전을 소개하는 강의, 학생들의 미니 풍력 터빈 조립, 학생들의 종이접기 윈드 스피너 만들기, 어휘 워크시트 등 4개 섹션으로 구성됩니다.
어휘 유인물
강사는 풍력 에너지와 관련된 기타 어휘 용어와 함께 풍력 터빈의 기본 구성 요소에 대한 어휘 시트(그림 3 참조)를 제공하면서 수업을 시작합니다. 강사는 강의 내용에 대한 파워 포인트와 인쇄 자료가 포함된 강의 바인더를 참조할 것입니다.
그림 3: 어휘 유인물
강사에게는 추가 보충 정보를 제공하기 위해 Paul Gipe가 쓴 Wind Energy Basics라는 책도 함께 제공됩니다.
풍력 터빈 조립
어휘 소개에 이어 학생들은 그룹별로 미니 풍력 터빈을 조립하게 됩니다. 그룹은 활동을 완료하기 위해 아래에 표시된 교육 비디오와 함께 인쇄된 단계별 지침을 따릅니다.
윈드 스피너 접기
터빈을 조립한 후 학생들은 공작용 종이로 자신만의 종이접기 터빈 블레이드를 만듭니다. 학생들은 아래에 표시된 교육 비디오와 함께 인쇄된 단계별 지침을 사용하여 활동을 완료합니다. 학생들은 회전 속도를 관찰하고 발전기의 동력 전달을 측정하여 수정된 블레이드를 실험합니다.
윈드 스피너 실험
그런 다음 강사는 그림 4와 같이 풍력 발전소를 모델링하는 세 개의 터빈을 직렬로 연결합니다. 풍력 발전소는 전원 공급 장치가 충분할 때(1.2V) 조명을 깜박이거나 음악을 재생할 수 있는 보드에 부착됩니다.
그림 4: 윈드 스피너 농장워크시트
마지막으로, 학생들에게는 어휘력을 향상시키고 수업 중 관찰한 내용을 강화하기 위해 고안된 집에 가져갈 수 있는 워크시트가 제공됩니다. 이 어휘는 풍력과 관련이 있으며 강사가 정의합니다.
소송 비용
팀 JTRM의 The Power of Wind 수업 계획 비용에는 구현 비용, 유지 관리 비용 및 시간 단위 설계 비용이 포함됩니다.
구현 비용
본 프로젝트의 구현 비용은 표 2에서 확인할 수 있습니다. 이 표는 TEAM JTRM이 본 수업 계획을 개발하는 데 지출한 비용입니다. 수업 계획의 전체 비용은 $240.21입니다.
표 2: 구현 비용
| 재료 | 비용 |
|---|---|
| 풍력발전단지 | $88.72 |
| 지침서 | $23.76 |
| 상자 2개 | $22.00 |
| 폼 박스 인서트 | $10.83 |
| 카드지 종이 | $7.00 |
| 투명 테이프 | $0.99 |
| 전압 옴 미터 및 배터리 | $29.48 |
| 펜텔 지우개 | $4.30 |
| 1" 뷰 바인더 | $5.44 |
| 시트 보호기 | $3.99 |
| 폼보드 | $6.29 |
| 8탭 구분선 | $4.39 |
| 엘머스 접착제 | $2.14 |
| 상자 크기 | $17.33 |
| 라미네이팅 시트 | $7.96 |
| 세 개의 걸쇠 봉투 | $4.99 |
| 총 | $240.21 |
유지관리 비용
JTRM에는 The Power of Wind 수업을 유지하는 데 드는 비용 목록이 포함되어 있습니다. 유지관리 비용은 표 3에서 확인할 수 있습니다. JTRM 팀은 연간 15회 사용되는 프로젝트에 대한 연간 비용을 추정하고 있습니다. 이 프로젝트를 유지하는 데 드는 연간 비용은 $151.95입니다.
표 3: 유지 관리 비용
| 유지관리 비용 | 사용당 비용 | 연간 비용(연간 15회) |
|---|---|---|
| 워크시트 | $3.00 | $45.00 |
| 카드지 종이 | $3.99 | $59.85 |
| 줄자 | $0.99 | $14.85 |
| 펜텔 지우개 | $2.15 | $32.25 |
| 총 | $10.13 | $151.95 |
시간에 따른 비용
JTRM 팀은 그림 5와 같이 이 프로젝트의 각 섹션에 소요되는 시간을 분류했습니다. JTRM 팀이 이 프로젝트에 참여한 총 시간은 256시간이었습니다.
그림 5: 설계 비용
테스트 결과
JTRM 팀은 Sage라는 학생과 함께 최종 디자인을 테스트했습니다. Sage는 그림 6과 같이 소형 풍력 터빈을 성공적으로 조립하고 종이접기 윈드 스피너를 제작했습니다. Sage는 또한 플라스틱 블레이드와 윈드 스피너를 교체하면서 터빈을 작동시키는 실험도 했습니다. Sage는 전압 저항계와 전기 보드를 사용하여 플라스틱 블레이드가 윈드 스피너보다 더 많은 에너지를 전달한다는 추론을 내렸습니다.
Team JTRM은 테스트 결과 The Power of Wind 강의가 프로젝트 기준을 충족했음이 입증되었다고 믿습니다. 테스트 중에는 안전성이나 내구성 문제가 없었습니다. Sage도 The Power of Wind를 실험하면서 즐거운 시간을 보냈습니다.
그림 6: 최종 솔루션 테스트