محاكاة الطبيعة في الهندس ة م ح و ر ا ل د ر س يركز هذا الدرس على مفهوم محاكاة الطبيعة ويتعلم الطالب كيف استطاع المهندسون استخدام المركبات واألساليب من

النسخ

1 م ح و ر ا ل د ر س يركز هذا الدرس على مفهوم الطبيعة ويتعلم الطالب كيف استطاع المهندسون استخدام المركبات واألساليب من عالم األحياء في صناعة المنتجات و كحلول في كافة الصناعات. ثم يقوم الطالب بعد ذلك بالعمل في فرق إلنشاء بناء أو نظام يقوم على مثال موجود في الطبيعة و الذي من شأنه أن يساعد الناس الذين يعيشون على سطح القمر. سيقوم الطالب بتصميم البناء الخاص بهم على الورق و يتعرفون على براءات االختراع و يشاركون تصميماتهم مع طالب الفصل. مقدمة من TryEngineering خ ال ص ة ا ل د ر س درس "" درس يستكشف كيف توفر الطبيعة اإللهام للمهندسين سواء من حيث الناحية الجمالية أو الحلول العملية للتحديات. يقوم الطالب بمراجعة التطبيقات الحالية ومن ثم العمل كفريق واحد إلنشاء بناء أو نظام من شأنه أن يساعد الناس الذين يعيشون على سطح القمر. سيقوم الطالب برسم خططهم واضعين في اعتبارهم حقوق براءات االختراع ثم يقومون بعرض خططهم على طالب الفصل. ا ل ف ئ ة ا ل ع م ر ي ة.18 8 ا أل ه د ا ف التعرف على الطبيعة. التعرف على التصميم الهندسي وإعادة التصميم. التعرف على براءات االختراع. التعرف على كيف يمكن للهندسة أن تساعد في حل المشكالت المجتمعية. تعلم العمل الجماعي وحل المشكالت. ا ل ن ت ا ئ ج ا ل م ت و ق ع ة ل ل م ت ع ل م كنتيجة لهذا النشاط ينبغي أن يقوم الطالب بتطوير المفاهيم الخاصة ب : الطبيعة. التصميم الهندسي. براءات االختراع. العمل الجماعي. أ ن ش ط ة ا ل د ر س يقوم الطالب باستكشاف كيف استلهم المهندسون األنظمة والمواد واألساليب من الطبيعة ونقلها إلى منتجات ومواد وأساليب من صنع اإلنسان ووضعها في جميع الصناعات. ينظر الطالب إلى أمثلة من الطبيعة ثم تصميم بناء أو نظام على الورق من شأنه أن يدعم الناس الذين يعيشون على سطح القمر. والبد أن يضع الطالب في اعتبارهم خيارات براءات االختراع و عرض أفكارهم على طالب الفصل. صفحة 1 من 9

2 ا ل م ص ا د ر / ا ل م و ا د ملفات مصادر المعلم ( مرفقة( ورقة عمل الطالب )مرفقة( ورقة مصادر الطالب ( مرفقة ) ا ت ب ا ع م ع ا ي ي ر أ ط ر ا ل م ن ا ه ج انظر ملحق تنسيق المناهج. م و ا ق ع إ ل ك ت ر و ن ي ة TryEngineering ( Ask Nature ( esp@cenet - European Patent Office Search ( U.S. Patent and Trademark Office ( ق ا ئ م ة ب ا ل ق ر ا ء ا ت Biomimicry: Innovation Inspired by Nature (ISBN: ) Biomimetics: Biologically Inspired Technologies (ISBN: ) The Gecko's Foot: Bio- Inspiration: Engineering New Materials from Nature (ISBN: ) Biomimicry for Optimization, Control, and Automation (ISBN: ) How to Make Patent Drawings (ISBN: ) ن ش ا ط ا خ ت ي ا ر ي قم بكتابة مقال أو فقرة عن مثال واحد عن كيف قام المهندسون بالنظر إلى الطبيعة لتساعدهم في البحث عن حلول للتحديات المجتمعية. صفحة 2 من 9

3 ل ل م ع ل م : م ص ا د ر ا ل م ع ل م الهدف من الدرس درس "" درس يستكشف كيف توفر الطبيعة اإللهام للمهندسين سواء من حيث الناحية الجمالية أو الحلول العملية للتحديات. يقوم الطالب بمراجعة التطبيقات الحالية ومن ثم العمل كفريق واحد إلنشاء بناء أو نظام من شأنه أن يساعد الناس الذين يعيشون على سطح القمر. سيقوم الطالب برسم خططهم واضعين في اعتبارهم حقوق براءات االختراع ثم يقوموا بعرض افكارهم على طالب الفصل. أهداف الدرس التعرف على الطبيعة. التعرف على التصميم الهندسي وإعادة التصميم. التعرف على براءات االختراع. التعرف على كيف يمكن للهندسة أن تساعد في حل المشكالت المجتمعية. تعلم العمل الجماعي وحل المشكالت. المواد ورقة مصادر للطالب. ورقة عمل الطالب. مواد فريق الطالب: ورقة قلم جاف قلم رصاص والوصول إلى اإلنترنت و هو اختياري على الرغم من أنه مفيد. الخطوات اعرض على الطالب أوراق مراجع الطالب. ويمكن قراءة هذه األوراق في الفصل أو على النحو المنصوص عليه في مواد القراءة المنزلية في ليلة سابقة. لتقديم الدرس ضع في اعتبارك سؤال الطالب كيف يكون منتج مهندسي الطبيعة كورقة نبات مثال. اطلب منهم أن يفكروا في وظيفة بعض من األشكال مثل صدفة محارة أو جريد النخيل وكيف أنها تدعم البناء. قد تكون هناك نقطة أخرى للنظر في كيفية أن ورقة اللوتس تطرد بلورات المياه... حيث نعتبر أن السبب في هذا هو "الشعيرات" الصغيرة جدا على سطح الورقة والتي تقوم بطرد حبيبات المياه ودحرجتها عن الورقة. وسوف تواجه فرق الطالب تحدياتهم وإجراء البحوث في أمثلة أخرى من الطبيعة ويقررون ما إذا كانوا في طريقهم إلى تصميم مبنى أو نظام أو بعض المنتجات األخرى لالستخدام على سطح القمر و الذي تشتمل على الطبيعة. فرق الطالب ستقوم بعد ذلك بوضع رسم مفصل يوضح منتجاتهم أو نظاما - على األقل يعتمد على اثنتين من وجهات النظر ويشتمل ذلك على وصف مكتوب لكيفية عمل التصميم. يقوم الطالب بعرض أفكارهم على الفصل ثم االنتهاء من ورقة األفكار المدة الزمنية محاضرة واحدة إلى محاضرتين مدة الواحدة 45 دقيقة. صفحة 3 من 9

4 م ص ا د ر ا ل ط ا ل ب : ك ل ش ي ء ع ن ب ر ا ء ا ت ا ال خ ت ر ا ع ما المقصود ببراءة االختراع براءة االختراع الختراع ما هي منح حق الملكية للمخترع و هي تصدر عن مكتب براءة االختراع و العالمات التجارية الخاص بكل بلد. إجراءات منح براءات االختراع والمتطلبات المفروضة على البراءة ومدى الحقوق الحصرية تتفاوت تفاوتا كبيرا بين البلدان و يعتمد ذلك على القوانين الوطنية واالتفاقات الدولية. في الواليات المتحدة مثال فإن مدة براءة االختراع الجديدة هي 20 سنة من التاريخ الذي أودع فيه الطلب للحصول على براءة االختراع أو- في حاالت خاصة - من تاريخ ذي صلة بتقديم الطلب في وقت سابق وتخضع لتسديد رسوم خاصة بالمحافظة. براءات االختراع أداة مفيدة لحماية العمليات و اآلالت و مواد التصنيع وتركيبات المواد. بعض األمثلة : األلياف البصرية وأجهزة الحاسوب واألدوية. تقوم براءة اختراع التصميمات بحماية التصميمات الجديدة واألصلية و الزخرفية لمواد التصنيع من االستخدام بدون تصريح. فمظهر حذاء رياضي معين أو خوذة دراجة أشياء تحمى من قبل براءة اختراع التصميمات. براءات اختراع النباتات هي الطريقة التي نحمي بها أصنافا من نباتات مستنسخة سواء أكانت مخترعة أو مكتشفة. هجين شاي الورود و ذرة الملكة الفضية و طماطم الصبي األفضل و جميع أنواع براءات اختراع النبات. براءات االختراع الشهيرة دبوس األمان : براءة اختراع ل "صمام األمان" صدر في 10 أبريل 1849 إلى والتر هانت من نيويورك. قدم هانت دبوسا من قطعة واحدة من األسالك التي كانت ملفوفة في زنبرك من إحدى األطراف ومشبك منفصل و رأس في الطرف اآلخر ويسمح لرأس السلك أن يجبر بواسطة الزنبرك على الدخول في المشبك. غسالة األطباق : أصدرت براءة اختراع ألول آلة غسل األطباق عملية في 28 ديسمبر 1886 إلى جوزفين جاريس كوكران من شيلبيفيل إلينوي. وكانت ثرية و مرف هة في كثير من األحيان وأرادت آلة غسل أطباق يمكنها أن تغسل األطباق بسرعة و دون أن تكسرها. و عندما لم تستطع العثور على واحدة قامت باختراعها بنفسها. كيفية تسجيل براءات االختراع كل بلد أو منطقة في بعض األحيان يكون لها إجراءاتها الخاصة ببراءات االختراع. على سبيل المثال في أوروبا هناك مكتب براءات االختراع األوروبي و في الواليات المتحدة يوجد مكتب الواليات المتحدة لبراءات االختراع والعالمات التجارية الذي يدير عملية براءة االختراع. أينما كنت عليك أن تصمم المنتج الخاص بك على الورق أو على جهاز كمبيوتر وتظهر على وجه التحديد لماذا التصميم الخاص بك يختلف عن تصميمات اآلخرين. الصورة على اليمين هي واحدة من الرسومات األولى لزجاجة كوكا كوال وعلى اليسار صورة أخرى لنسخة من تصميم براءات االختراع. ستحتاج أيضا إلى التحقق لمعرفة ما إذا كان هناك شخص آخر قد اخترع بالفعل ما كنت تظن أنك فعلت! يمكنك البحث عن عالمة تجارية في صفحة 4 من 9

5 و ر ق ة ع م ل ا ل ط ا ل ب : م ا ه ي م ح ا ك ا ة ا ل ط ب ي ع ة الناس دائما يستوحون من الطبيعة والمهندسون ليسوا استثناء من ذلك! فعلى مر التاريخ كانت األبنية واألنظمة والمواد التي وضعت بواسطة مهندسين كان لها جذور في األبنية واألنظمة والمواد الطبيعية.على سبيل المثال تحديد الموقع بالصدى المستخدمة من قبل الخفافيش في الظالم ساعد على تحسين تكنولوجيا عصا المكفوفين. وقد نظر آخرون إلى استخدام أساليب الخنافس لسحب المياه من الضباب أو كيف أن بنية ورقة اللوتس يمكن أن تساعد على الحفاظ على الرطوبة بعيدا عن سطح الورقة وقد أدى ذلك إلى تغيير سطح األقمشة النانومترية الحجم بحيث أنها تصد المياه. و شريط أبو بريص يقلد تغذية سحلية أبو بريص باحتوائه على شعرات بمقياس النانو. وقد نظر فريق آخر من المهندسين إلى طريقة بناء برج النمل األبيض حيث إن لديها أبنية مصممة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة في الطقس المتغير و مع تقلبات درجات الحرارة. بناء إيستجيت في هراري زيمبابوي لديه أنظمة التبريد الذاتي على غرار تالل النمل األبيض. هذا البناء مزيج من المكاتب والمتاجر ومواقف السيارات ويستخدم في المتوسط 90 في المائة أقل من الطاقة و مقارنة بأبنية أخرى فإنه يوفر أكثر من 3.5 مليون دوالر منذ افتتاحه في التسعينات. كيف يمكن ألجنحة الفراشات الحد من التزوير المصرفي العلماء والمهندسون في جامعة كامبريدج اكتشفوا مؤخرا طريقة ل األلوان الزاهية المثيرة و الجميلة و التي وجدت على أجنحة الفراشات االستوائية. النتائج يمكن أن تكون لها تطبيقات هامة في صناعة الطباعة األمنية مما يساعد على جعل األوراق النقدية وبطاقات االئتمان من الصعب تزويرها. وقد أثبت أن الطبيعة الغنية باأللوان والسطوح الالفتة للنظر بعيدة المنال. ويرجع هذا جزئيا ألنه بدال من االعتماد على األصباغ يتم إنتاج هذه األلوان من ضوء قوي قبالة هياكل مجهرية على أجنحة الحشرات. قام ماثياس كول بالتعاون مع البروفيسور أولريش شتاينر والبروفسور جيريمي باوم بيرغ من جامعة كامبردج بدراسة الطاووس اإلندونيسية أو فراشة بشق الذيل )بابيليو بلومي( )الصورة التي على اليسار هو من باب المجاملة من جامعة كامبردج( األجنحة تتكون من جداول معقدة الهياكل المجهرية تشبه السطح الداخلي لكرتونة البيض. بسبب شكلها و تكونها من طبقات بديلة للبشرة والهواء تقوم هذه األبنية بإنتاج األلوان المكثفة. باستخدام مزيج من إجراءات تصنيع النانو -- بما في ذلك التجميع الذاتي و ترسب الطبقة الذرية -- صنع كول وزمالؤه نسخ متطابقة هيكليا من جداول الفراشة وهذه النسخ تنتج نفس ألوان أجنحة الفراشات الزاهية. وبجانب مساعدة العلماء في الحصول على فهم أعمق للفيزياء وراء ألوان هذه الفراشات فإن نصبح قادرين على تقليدها سيفتح الباب لتطبيقات واعدة في مجال الطباعة األمنية. دورة األلعاب االولمبية الشتوية في الصين المركز المائي الوطني في بكين يقف مبنى الصين على الحزمة الهائلة الملتوية حول الطبقة الخارجية والتي تشبه العش. فقد درس فريق التصميم عددا ال يحصى من بعض األعشاش الطبيعية لفهم نمط نسج الخيوط.و قد تم إنشاء بعض مئات من النماذج من أجل التصميم. صفحة 5 من 9

6 و ر ق ة ع م ل ا ل ط ا ل ب : هندسة العمل الجماعي والتخطيط أنت جزء من فريق من المهندسين الذين تم إعطاؤهم التحدي المتمثل في وضع نظام أو بناء يستند إلى منتج أو نظام وجد في الطبيعة على أن يقوم هذا المشروع على سطح القمر.عليك البحث عن األفكار عبر اإلنترنت ثم العمل كفريق واحد لوضع رسم تخطيطي لرسم تلك األفكار. عليك أن تضع في اعتبارك أيضا تسجيل براءة االختراع للفكرة التي لديك وعرض التصميمات الخاصة بك على طالب فصلك الدراسي. مرحلة البحث اقرأ المواد المقدمة إليك من قبل معلمك. إذا كان يمكنك الوصول إلى اإلنترنت قم بزيارة Asknature.org واستغرق بعض الوقت في استكشاف التحديات والحلول التي تقدمها الطبيعة. على سبيل المثال قد ترغب في البحث عن "مخزن األوكسجين"أو "النمل األبيض" أو أي شيء يتعلق بما كنت تفكر في العمل عليه. و هناك أفكار مكتسبة من خالل رؤية ما يعمل عليه اآلخرون. مرحلة التخطيط والتصميم ليوناردو دا فينشي درس كيف تطير الطيور و رسم الرسوم التوضيحية المعقدة من تصاميمه في التحضير للبناء على حد سواء. و بنفس الطريقة جورج دي مسترال المهندس السويسري كان يتنزه لمسافات طويلة في جبال األلب عندما وجد أن العديد من األحرف الخشنة تصدر من شجرة الألرقطيون و تتمسك بإصرار بمالبسه... اخترع في وقت الحق ما يعرف اآلن بالخطاف. لكنه كان يتوجب عليه أيضا أن يرسم أفكاره من أجل الحصول على براءة الختراعه. يمكنك أن ترى صفحة واحدة من اختراعه على اليسار. ميكنة عملية نسج الخطاطيف استغرقت ثماني سنوات واستغرق األمر سنة أخرى إلنشاء النول بحيث قلص الحلقات بعد نسجه لها. لقد استغرق األمر منه حوالي عقد من الزمن إلنشاء عملية ميكانيكيةعملية. وقدم فكرته لبراءات االختراع في سويسرا في 1951 وحصل على البراءة في عام 1955 اآلن حان دورك! على قطعة منفصلة من الورق قم بعمل رسم تخطيطي مفصل يعرض عدة آراء من النظام الخاص بك و على غرار ما قد يلزم للحصول على براءة اختراع اعرض هذه الخطة على الفصل. تأكد من قائمة المواد التي قد تحتاج إليها وإدراج فقرة أو أكثر تصف فيها كيف يعمل اختراعك ومدى ارتباطه بالطبيعة... ما الذي يجعلها مثاال ل الطبيعة مرحلة العرض اعرض أفكارك والرسومات الخاصة بك و الصلة بينها وبين الطبيعة على الفصل ثم استكمل ورقة التفكير. صفحة 6 من 9

7 و ر ق ة ع م ل ا ل ط ا ل ب : التفكير أجب عن أسئلة التفكير أدناه : 1. ماذا كان المقترح األكثر إثارة لالهتمام و الذي تم استيحاءه من الطبيعة و تم تقديمه في العروض التقديمية في فصلك الدراسي لماذا 2. هل تعتقد أن التصميم الخاص بك يستحق براءة اختراع هل يكفي أن يكون فريدا من نوعه لكي يكون معتمدا 3. هل تعتقد أن المنتج أو البناء أو النظام الخاص بك سيعمل إذا تمت صناعته 4. هل تعتقد أنك يمكن أن تقوم بجمع األموال لدفع تكاليف التصنيع كيف يمكنك أن تنجح في جمع األموال 5. هل تعتقد أن العديد من المهندسين استخدموا حلول من الطبيعة في اختراعاتهم 6. هل تعتقد أن العمل كفريق واحد جعل هذا المشروع أسهل أم أصعب لماذا صفحة 7 من 9

8 ل ل م ع ل م : ا ت ب ا ع م ع ا ي ي ر أ ط ر ا ل م ن ا ه ج مالحظة: تتبع كافة خطط الدرس معايير التعليم األمريكية للعلوم و التي تم وضعها من قبل المجلس القومي للبحوث و أقرتها المعايير الخاصة بالجمعية العالمية لتعليم التكنولوجيا المختصة بمحو األمية التكنولوجية أو المجلس القومي لمعلمي مبادئ و معايير الرياضيات لمدارس الرياضيات. معايير التعليم األمريكية للعلوم للمرحلة الرابعة )أعمار 9-4( محتوى المعيار A: فهم العلوم من خالل التحقيق القدرات الضرورية لعمل بحث علمي. مفاهيم البحث العلمي. محتوى المعيار : C علوم الحياة خصائص الكائنات الحية. الكائنات الحية والبيئات. محتوى المعيارD : األرض وعلوم الفضاء خصائص مواد األرض محتوى المعيار )E(: علوم و تكنولوجيا قدرات التصميم التكنولوجي القدرة على التمييز بين األشياء الطبيعية والمصنوعة بواسطة البشر. محتوى المعيار )F(: العلوم من الوجهة الشخصية و االجتماعية دور العلوم و التكنولوجيا بالتحديات المحلية. صفحة 8 من 9 معايير التعليم األمريكية للعلوم للمرحلة الخامسة إلى الثامنة )أعمار 14-10( محتوى المعيار A: فهم العلوم من خالل التحقيق القدرات الضرورية لعمل تحقيق علمي. مفاهيم التحقيق العلمي. محتوى المعيار : C علوم الحياة البنية والوظيفة في النظم الحيوية. التنوع والتكيف للكائنات الحية. محتوى المعيار )E(: علوم و تكنولوجيا قدرات التصميم التكنولوجي. مفاهيم عن العلوم و التكنولوجيا. محتوى المعيار )F(: العلوم من الوجهة الشخصية و االجتماعية العلوم و التكنولوجيا في المجتمع. محتوى المعيار )G(: التاريخ و طبيعة العلوم تاريخ العلوم.

9 ل ل م ع ل م : ا ت ب ا ع م ع ا ي ي ر أ ط ر ا ل م ن ا ه ج ( ت ا ب ع ) معايير التعليم األمريكية للعلوم للمرحلة التاسعة إلى الثانية عشرة )أعمار 18-14( محتوى المعيار A: فهم العلوم من خالل التحقيق القدرات الضرورية لعمل تحقيق علمي. مفاهيم التحقيق العلمي. محتوى المعيار B: العلوم الفيزيائية بناء المواد وخصائصها. محتوى المعيار : C علوم الحياة المادة و الطاقة و التنظيم في األنظمة الحيوية. محتوى المعيار )E(: علوم و تكنولوجيا قدرات التصميم التكنولوجي. مفاهيم عن العلوم و التكنولوجيا. محتوى المعيار )F(: العلوم من الوجهة الشخصية و االجتماعية دور العلوم و التكنولوجيا بالتحديات المحلية و القومية و العالمية. محتوى المعيار )G(: التاريخ و طبيعة العلوم المنظور التاريخي. المعايير الخاصة بمحو األمية التكنولوجية- كافة األعمار طبيعة التكنولوجيا معيار : 1 سيقوم الطالب بتطوير المفاهيم الخاصة بخواص و مجاالت التكنولوجيا. المعيار 3: يطور الطالب مفاهيم خاصة بالعالقات بين التكنولوجيات و العالقات بين التكنولوجيا و الفروع الدراسية األخرى. التكنولوجيا والمجتمع المعيار 4: يطور الطالب مفاهيم حول تأثير التكنولوجيا على الثقافة و المجتمع و االقتصاد و السياسة. المعيار : 6 سوف يطور الطالب مفهوم دور المجتمع في تطوير واستخدام التكنولوجيا. المعيار 7: يطور الطالب مفهوم تأثير التكنولوجيا عبر التاريخ. التصميم المعيار : 8 يطور الطالب مفاهيم خاصة بسمات التصميم. المعيار 9: يطور الطالب مفاهيم خاصة بالتصميم الهندسي. المعيار 10: يطور الطالب مفاهيم خاصة بدور حل األزمات و البحث و التطوير و االختراع و االبتكار و استخدام التجربة في حل المشكالت. القدرات المطلوبة لعالم التكنولوجيا المعيار 11: يطور الطالب قدراتهم على تطبيق عملية التصميم. المعيار 13: يطور الطالب قدراتهم على تقييم تأثير المنتجات و األنظمة. صفحة 9 من 9