Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. , по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

Общие базовые государственные стандарты — математика

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Объясните, как знания, полученные из других областей содержания, влияют на разработку технологических продуктов и систем. (Оценки 6 — 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Участвуйте в процессе исследований и разработок, чтобы смоделировать развитие изобретений и инноваций посредством систематических испытаний и усовершенствований.
  (Оценки 6 — 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписаться

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Больше учебных программ, подобных этому

Урок средней школы

Навигация на суше, море, в воздухе и в космосе

Студенты узнают, что методы навигации меняются, когда люди путешествуют по разным местам — по суше, морю, воздуху и космосу. Например, путешественник, путешествующий по суше, использует другие методы и средства навигации, чем моряк или космонавт.

Методы навигации по суше, морю, воздуху и космосу

Деятельность средней школы

Северная (Стена) Звезда

Учащиеся измеряют высоту Полярной звезды (Полярной звезды) и широту, изучая астрономическую навигацию.

Северная (Стена) Звезда

Урок средней школы

Навигация со скоростью спутников

На этом уроке учащиеся изучают фундаментальные концепции технологии GPS — трилатерацию и использование скорости света для расчета расстояний.

Навигация со скоростью спутников

Деятельность средней школы

Вектор Путешествие!

Учащиеся используют векторный анализ, чтобы понять концепцию счисления пути. Они используют векторы для построения курса на основе времени и скорости. Затем они корректируют положения с помощью векторов, представляющих ветры и течения.

Вектор Путешествие!

Введение/Мотивация

Современный мир очень хорошо организован, и в нашей повседневной жизни мы редко думаем о себе как о навигаторах. Будь то прогулка или просто поход в большой парк, интересно, что там за следующим углом существует, но мы обычно знаем, где мы находимся. Сегодня люди полагаются на технологические устройства и точные карты, чтобы не сбиться с пути. Но что, если батареи в высокотехнологичном устройстве выйдут из строя? Что делать, если карта выпала из кармана? Что делать, если вы заблудились в пустыне? (Возможные ответы: пользуйтесь компасом, смотрите на карту, ищите известные ориентиры, зовите на помощь). потерянный. Это когда полезно знать некоторые основы навигации.

Предыстория урока и концепции для учителей

Будут обсуждаться следующие темы: счисление пути; как ранние мореплаватели знали свою скорость, время и направление; и астронавигация в определении вашей широты

Счисление пути — это процесс навигации путем продвижения на известное положение с использованием курса, скорости, времени и пройденного расстояния. Другими словами, выяснить, где вы будете в определенное время, если вы держите скорость, время и курс вы планируете путешествовать. Хотя точный счисление обычно имеет 10-процентную ошибку, моряки полагались на эту форму навигации — также называемую дедуцируемым счислением — для путешествий по морям, пока не была разработана астрономическая навигация. Обратитесь к соответствующему упражнению «Полярная звезда (стена)», чтобы учащиеся могли провести собственное приключение по астрономической навигации. Колумб — и большинство других моряков его эпохи — использовали этот метод. С точным счислением штурман находит их положение, оценивая курс и расстояние, которое они прошли от некоторой известной точки. Начиная с известной точки, такой как порт, навигатор измеряет свой курс и расстояние от этой точки на карте, прокалывая карту булавкой, чтобы отметить новое положение. Студенты могут выступать в роли моряков в соответствующем задании Vector Voyage! путем определения места их выхода на берег во время плавания из Европы в Северную Америку.

Сегодня навигаторы записывают свою скорость с помощью «Корабельного журнала», но откуда первые навигаторы знали свою скорость, чтобы иметь возможность отслеживать ее? Во времена Колумба скорость корабля измеряли, бросая бревно через переднюю часть корабля или «поднимая бревно». На поручнях корабля были две отметки, которые находились на измеренном расстоянии друг от друга. Когда бревно проходило переднюю отметку, пилот начинал быстро напевать; когда бревно проходило кормовую отметку, пилот переставал петь. (Точные слова такого пения являются частью утерянной истории навигации.) Затем пилот отмечал, какую часть пения он читал, что затем позволяло ему определять скорость лодки на основе пройденного расстояния. Этот метод не сработает, когда судно движется очень медленно, так как пение закончится до того, как бревно действительно достигнет кормовой (последней) отметки.

Скорость x Время = Расстояние

Это имеет смысл, если посмотреть на единицы измерения:

Часы отменяются, чтобы показать расстояние в милях.

Спустя много лет после разработки метода поднятия бревна появилась другая техника, называемая Chip Log , для измерения скорости корабля. Устройство Chip Log состояло из небольшой утяжеленной деревянной панели, прикрепленной к катушке веревки с узлами, завязанными на равном расстоянии. Матросы бросали деревянную панель в море, за корабль, и веревка начинала разматываться с катушки. Чем быстрее двигался корабль, тем быстрее разматывалась веревка. Используя 30-секундные песочные часы для измерения количества узлов, пройденных за борт за заданный интервал времени, можно было определить скорость корабля. Метод Chip Log фактически является источником морской единицы скорости, узел и Судовой журнал, который в настоящее время используется моряками, записывают скорость своего корабля.

Рисунок 1. Земля, измеренная в градусах.

авторское право

авторское право © Дж. Уайт, Колорадский университет в Боулдере, 2003 г.

Астрономическая навигация — это искусство и наука определения своего географического положения с помощью астрономических наблюдений, в частности, путем измерения высоты небесных объектов: солнца, луны, планет или звезд. В этом уроке рассматривается основное, но очень важное и полезное астрономическое измерение высоты Полярной звезды, также называемой Полярной звездой.

В древности мореплаватели, планировавшие уплыть вне поля зрения земли, просто измеряли высоту Полярной звезды — с помощью поперечного посоха или секстанта — когда покидали родной порт. По сути, они измеряли широту своего родного порта. Чтобы вернуться после долгого путешествия, им нужно было только плыть на север или юг, в зависимости от обстоятельств, чтобы вывести Полярную звезду на высоту порта приписки, затем повернуть на запад или восток в зависимости от обстоятельств и «плыть вниз по широте», удерживая Полярную звезду под постоянным углом.

Связанные виды деятельности

Закрытие урока

Если мы когда-нибудь заблудимся или даже просто почувствуем, что заблудились, мы часто говорим, что нам нужно «сориентироваться» — обычное выражение, означающее выяснить, где вы находитесь. Прежде чем навигация по счислению пути станет возможной, вам потребуется как минимум четыре части информации. Кто-нибудь знает, что они собой представляют?

• Отправная точка – откуда вы начали.
• Курс — в каком направлении вы едете.
• Скорость — насколько быстро вы движетесь.
• Время – как долго вы в пути.

Используя эту информацию и принцип счисления пути, вы можете выяснить, где вы находитесь. Если какая-либо из этих частей информации отсутствует, вы не сможете определить, где вы окажетесь.

Астрономическая навигация требует многократных наблюдений в течение долгого времени, чтобы точно определить местоположение. При обнаружении Полярной звезды известны только две части информации: направление на север и то, что вы находитесь где-то на широтном круге Земли. Однако это лучше, чем ничего, поскольку, если вы знаете широту своей цели, вы можете не знать, как далеко она находится, но вы знаете, что достигнете ее, если останетесь на этой широте и продолжите движение. Используйте глобус, чтобы обсудить эти понятия со студентами.

Словарь/Определения

Высота: Высота небесного объекта над горизонтом, измеряемая в градусах.

Курс: направление, в котором вы собираетесь вести судно. Курс судна не учитывает течение и дрейф.

Удачный курс: Курс, по которому вы действительно идете, с учетом ветра и океанских течений.

Расчетное положение (EP): положение, определяемое счислением пути и может учитывать влияние течения и ветра.

Выход на берег: Земля, которую видели или достигли после плавания.

Полярная звезда: другое название Полярной звезды.

Местоположение: Фактическое географическое местоположение судна, определяемое координатами широты и долготы (например, 040 градусов восточной долготы и 45 градусов северной широты).

Секстант: другое название поперечной палки, которая представляет собой устройство, используемое для измерения высоты.

Зенит: точка в небе прямо над человеком или местом (зенитная высота = 90 градусов).

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы учащихся.

• Как люди ориентировались до того, как были разработаны навигационные инструменты? (Ответ: природные ориентиры, солнце, луна, звезды, счисление пути, следование за животными и т. д.)

Оценка после внедрения

Голосование: Задайте вопрос «верно/неверно» и предложите учащимся проголосовать, подняв большой палец вверх, если ответ «верный», и большой палец вниз, если ответ неверный. Подсчитайте голоса и запишите итоги на доске. Дайте правильный ответ.

• Верно или неверно: если вы используете счисление, вы никогда не заблудитесь? (Ответ: Неверно. Многие факторы, такие как пение моряков, которые участвуют в счислении пути, не всегда точны, что искажает вашу оценку. )
• Правда или ложь: если вы найдете Полярную звезду, вы сможете точно определить, где вы находитесь? (Ответ: Верно, если вы находитесь в Северном полушарии, но неверно, если вы находитесь в Южном полушарии, поскольку оттуда не видно Полярную звезду. В древности мореплаватели, планирующие выйти из поля зрения земли, просто измеряли высоту Полярной звезды, когда они покидали порт приписки, по сути, измеряя широту своего порта приписки.Чтобы вернуться после долгого путешествия, им нужно было только плыть на север или юг, в зависимости от обстоятельств, довести Полярную звезду до высоты порта приписки, а затем повернуть налево или направо, как подходящим и плыть вниз по широте, удерживая Полярную звезду под постоянным углом.)

Оценка итогов урока

Вопрос/Ответ: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы учащихся.

• Если бы вы покинули свой порт и плыли на юго-восток в течение двух дней, но не записали свою скорость, узнали бы вы, где вы находитесь? (Ответ: Нет. Вы знаете только, что находитесь на линии где-то к юго-востоку от вашего порта.)
• Если бы вы вышли из порта и поплыли на юго-восток со скоростью 5 миль в час, но записали время выхода, узнали бы вы, где находитесь? (Ответ: Нет. Опять же, вы знаете только, что находитесь на линии где-то к юго-востоку от вашего порта.)
• Если бы вы вышли из порта и плыли со скоростью 5 миль в час в течение двух дней, но не записали направление, узнали бы вы, где находитесь? (Ответ: Нет. Вы знаете только, что находитесь где-то на окружности в 240 милях (48 часов x 5 миль в час = 240) от вашего порта.)
• Какая из вышеперечисленных ситуаций наихудшая? Почему? (Ответ: последнее. В первых двух сценариях вы не знаете, как далеко вы находитесь, но знаете направление. В последнем сценарии вы знаете, как далеко вы находитесь, но не представляете, какой путь приведет вас обратно в порт приписки.)

Расширение урока

Предложите учащимся изучить методы ранних навигаторов в Интернете или в библиотеке. Попросите их написать короткое эссе о выбранном ими мореплавателе и его средствах навигации, а также о том, будет ли этот метод эффективным для современных морских капитанов.

Рекомендации

Бек, Сэнди. ST6 — Звездный компас. Июнь 2003 г. Калифорнийский технологический институт. 16 октября 2003 г. http://science.nasa.gov/missions/st6/9.0007

«Купола». 2 сентября 2000 г. Интернет-изображение. Астрономическая картинка дня. 17 октября 2003 г. http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/0009/dometrails_cfht_big.jpg>.

Скоруцак, Антон, «Как мореплаватели измеряют скорость своих кораблей?» Physlink.com. 1 ноября 2004 г. http://www.physlink.com/Education/AskExperts/ae400.cfm>.

Вудфилл, Джерри. Средневековье и навигация двадцатого века. 28 августа 2002 г. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. 16 октября 2003 г. http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er/seh/navigate.htm

Другая связанная информация

Домашнее задание

Поиск в Интернете: Поручите учащимся изучить в Интернете некоторые понятия, изученные на этом уроке. Проведите краткое обсуждение выводов учащихся на следующем уроке.

Авторские права

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Отделения спутников Института навигации (www.ion.org) и гранта GK-12 Национального научного фонда №. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику NSF, и вы не должны предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 14 июня 2019 г.

Как стать опытным навигатором

Филип Вернер 26 сентября 2022 г. Часто задаваемые вопросы

Компас является одним из 10 предметов первой необходимости, и хотя многие туристы и туристы берут его с собой, многие не берут его с собой. не знаю, как используйте его для навигации в бэккантри. Это то, что я часто слышу, когда преподаю курсы по изучению карты и компаса, и также описываю свой опыт: я много лет носил с собой компас, но никогда не знал, как им пользоваться.

Мне могло сойти с рук неумение пользоваться компасом, потому что я ходил по хорошо протоптанным и размеченным тропам в условиях хорошей видимости. Я заинтересовался навигацией по компасу только тогда, когда у меня закончились новые тропы для пеших прогулок, и я был вынужден расширить свои горизонты до направлений вне троп, поскольку я предпочитаю ходить в новые места, а не повторять одни и те же старые походы снова и снова.

Научиться пользоваться компасом или GPS несложно. Что сложно, так это найти класс, где вы можете научиться их использовать, поскольку сейчас так мало людей преподают курсы навигации, даже в крупных организациях и клубах на открытом воздухе. Частично виноваты хорошо проложенные и хорошо обозначенные системы троп. Вам действительно не нужно знать, как пользоваться компасом или GPS-навигатором, если вы можете следовать по тропам, отмеченным на карте, следить за огнями и читать дорожные знаки. Только когда вы сошли с тропы, заблудиться становится большой проблемой.

Учитывая прогресс в GPS-навигации для смартфонов и удобство простых в использовании приложений, таких как GaiaGPS, стоит ли вообще учиться пользоваться компасом? Это правильный вопрос, но он упускает суть. Устройство, которое вы используете, не имеет значения, если вы можете рассчитывать на его работоспособность, когда оно вам нужно.

Правда в том, что опытным навигаторам компас или GPS нужны гораздо реже, чем вы думаете. Хотя научиться их использовать полезно, наиболее важным навыком навигации является умение планировать и следовать маршруту без компаса или GPS. Я называю это изучением логики ландшафта, и это основное внимание на занятиях по навигации в отдаленных районах, которые я преподаю.

Логика ландшафта

Самый важный навык в обучении походам вне тропы — это понимание того, как спланировать маршрут с минимальными физическими усилиями и неопределенностью, которая может возникнуть при переходе по пересеченной местности.

Минимизация усилий

Ходить по бездорожью намного сложнее, чем по благоустроенной тропе, и намного медленнее. Например, если вы можете прогуляться со скоростью 2 или 2,5 мили в час по тропе, лучшее, на что вы можете надеяться, — это 1 миля в час вне тропы. Иногда в густых зарослях скорость составляет всего 0,25 мили в час, поэтому выбор маршрута с низким энергопотреблением является таким важным навыком.

Что делает походы вне тропы энергозатратными? Растительность, включая кусты, густой древесный покров и мертвые деревья, лежащие на земле, значительно замедлят ваш темп, так как вам нужно перелезать через них или обходить их. По той же причине лучше избегать валунов и скал у подножия крутых холмов или утесов. Идти боком по склону с одной ногой выше другой также намного сложнее, чем идти перпендикулярно склону. Вот некоторые особенности рельефа, которых следует избегать. Эти препятствия не отображаются на картах, но вы можете определить их, если вас научили думать о том, с чем вы, вероятно, столкнетесь при планировании маршрута.

Сведение к минимуму неопределенности

Вы часто можете сказать, где вы находитесь на карте, или оставаться «на курсе», следя за особенностями ландшафта вокруг вас. Но большинству людей нужно научиться их распознавать. Например, если вы поднимаетесь на конусообразную гору, вершина всегда будет в гору, и нет необходимости проверять или менять направления по пути, кроме как избегать мусора. Когда вы в конце концов доберетесь до вершины, вы будете точно знать, где вы находитесь на топографической карте и какова ваша высота. При прохождении более длинных маршрутов подумайте о том, чтобы разбить свой поход на сегменты, переходя от одного очевидного ориентира к другому, чтобы вы всегда знали, где находитесь.

Другая стратегия состоит в том, чтобы следовать так называемым поручням в ландшафте, например, идти вдоль реки, ручья или озера. Пока вы держите воду в пределах видимости или слышимости, у вас будет довольно хорошее представление о том, где вы находитесь. Отслеживайте время похода на своих часах, и вы можете уточнить свое приблизительное местоположение в зависимости от вашего темпа.

Ridgelines — еще один распространенный поручень, особенно в гористой местности. Что такое хребтовая линия? Это узкая полоса возвышенностей с более низкими возвышениями по обеим сторонам, как хребет Франкония (см. рисунок и соответствующее изображение на топографической карте выше). Обратите внимание, как высоты по обеим сторонам тропы Франконского хребта увеличиваются, пока не достигают своей вершины, линии хребта, на которой есть тропа.

Если бы на этом гребне с севера на юг не было тропы, вы все равно могли бы легко пройти по ней, оставаясь на вершине. Вы можете сказать это по виду, так как горизонт спускается вниз по обе стороны от вас, или на ощупь, так как вы быстро обнаружите это, если начнете спускаться по боковому склону. Линии хребтов обычно связывают несколько гор в ландшафте и, следовательно, являются общими перилами, по которым нужно следовать, если они проходят в том направлении, в котором вы хотите путешествовать.

Линия хребта также является удобным поручнем для подъема по склону горы, как в этом примере маршрута на горе Лоуэлл. Маршрут, отмеченный синим цветом, следует по хребту со скалами, обращенными на запад. Если вы будете держать скалы в поле зрения во время подъема, у вас будет довольно хорошее представление о том, где вы находитесь, без необходимости обращаться к компасу или GPS.

Использование компаса и GPS в неопределен- Одна из причин, по которой мы выступаем за это, заключается в том, что вы можете двигаться быстрее.

Но вам все равно понадобится компас или GPS, когда вы путешествуете по менее дифференцированной местности, где особенности ландшафта менее очевидны, а направление, в котором вам нужно двигаться, более неопределенно. Например, во время походов по пологим холмам, покрытым лугами или лесом, по размытым засушливым участкам и даже по большим седловинам между горами удобно использовать навигационное устройство, чтобы оставаться на нужном направлении.

Становление экспертом-навигатором

Именно способность ориентироваться по особенностям ландшафта и ориентироваться по приборам или по областям определенности и неопределенности является отличительной чертой опытного навигатора. Требуется немного наставничества, чтобы научиться, и немного практики, чтобы стать опытным, но как только вы овладеете навыками, вы сможете путешествовать пешком везде, куда ваши ноги могут привести вас, по тропе и вне ее.