מלחמת העוגיות - פרויקט STEAM (חט״ב)

נושא לימוד: אינטראקציה, כוחות ותנועה / מערכות טכנולוגיות | שכבה: ח'-ט' | היקף: ארוך (יום שיא או רצף של 4 שעות)

העוגן בתוכנית הלימודים

המשימה מכסה את דרישות החובה של כיתה ח' בנושאי אנרגיה חשמלית (מעגלים ורכיבים) וכוחות (מנופים ומכונות פשוטות), תוך יישום מלא של תהליך התיכון כפי שנדרש בציוני הדרך של משרד החינוך.

עבור צוותי התקיפה (המכניקה והזרועות)

העוגן: פיזיקה – כוחות ותנועה (כיתה ח') התוכנית מגדירה עיסוק ב"שימוש בכוחות והשפעתם", ובאופן ספציפי עוסקת במנופים ויתרון מכני.

מושגי הליבה מהתוכנית:

• מנופים: זיהוי "זרוע הכוח" ו"זרוע המשא".

• אינטראקציה בין גופים: הפעלת כוח המאפשרת תנועה (משיכה/דחיפה של העוגייה).

• מערכות מכניות: ניתוח המנגנון המכני (מספריים/גלגלות) במונחים של קלט (תנועת היד) -> תהליך (העברת הכוח דרך הצירים) -> פלט (תנועת הצבת בקצה)

עבור צוותי ההגנה (האזעקה והחיישנים)

העוגן: פיזיקה – אנרגיה חשמלית (כיתה ח') התוכנית דורשת הבנה של מעגלים חשמליים ומערכות בקרה בסיסיות.

מושגי הליבה מהתוכנית:

• סגירת מעגל: תנאים לזרם חשמלי (מקור, מוליכים, צרכן, סגירת מעגל).

• מוליכים ומבודדים: שימוש בחומרים זמינים (נייר כסף מול קרטון) לבניית המתג.

• המרות אנרגיה: המרה מאנרגיה חשמלית (סוללה) לאנרגיית קול (זמזם) או אור (LED).

• מערכות טכנולוגיות: ניתוח המערכת כ"קלט" (לחיצה על המשטח)-> "עיבוד" (סגירת המעגל) -> "פלט" (אזעקה).

עבור כל הכיתה

העוגן: טכנולוגיה – תהליך התיכון (Design Process) זהו הלב של המשימה המייקרית, המופיע בתוכנית הלימודים כציר מרכזי לכל שכבות הגיל.

שלבי התהליך ע"פ התוכנית:

1. הגדרת הצורך והבעיה: (להגן על העוגייה / להשיג את העוגייה).

2. הגדרת דרישות ואילוצים: (טווח 1.5 מטר, איסור נגיעה ביד, זמן מוגבל).

3. העלאת רעיונות ובחירת פתרון: (סיעור מוחות ל"מלכודות" או "זרועות").

4. בניית דגם/אב-טיפוס: הבנייה הפיזית מחומרים.

5. הערכה ושיפור: המבחן בשטח – האם זה עבד? למה הכבל נקרע? איך משפרים לסבב הבא?.
   

1. האתגר

• הצורך האמיתי: בתעשייה, החדשנות מגיעה מהמקומות הכי פחות צפויים. פתרונות "איקאה" הם צפויים וקלים לעקיפה. אנחנו מחפשים את הפתרון הלא-ליניארי, ה"האק" (Hack) המבריק שאף אחד לא חשב עליו.

• המשימה:

  • קבוצה א' (הגנה): עליכם ליצור "מלכודת חכמה". העוגיות חייבות להיות מונחת על שולחן, גלויות לחלוטין (אסור לכסות אותה בקופסה אטומה!). המטרה: ליצור מערכת שתזהה ניסיון גניבה ותגיב למשל: תתפוס את היד, תזיז את העוגייה למקום אחר ועוד...

  • קבוצה ב' (תקיפה): עליכם ליצור "גאדג'ט גניבה". אסור לכם לחצות את קו ה-2 מטר. המטרה: להביא עוגייה אליכם ליד, שלמה. איך? הכל הולך אבל הפתרון הוא טכנולוגי.

• אילוצים:

  • זמן: יש לכם 90 דקות לתכנון ובנייה.

  • חוק הפיזיקה: אסור להשתמש באנרגיה אנושית ישירה בזמן הפעולה (למשל: אסור לזרוק אבן. צריך לבנות מנגנון שזורק אבן).

  • שלמות העוגייה: עוגייה שבורה = פסילה.

2. הלב המייקרי למלחמת העוגיות

• מה בונים: כל מה שעולה על הדעת. אין דגם יעד.

• חומרים (The Crazy Buffet): כאן הקסם קורה. אנחנו לא נותנים "ערכה", אלא מניחים על שולחן מרכזי ערימה אקלקטית:

  • מכניקה: צינורות PVC, גלגלי אופניים ישנים, קפיצים של מזרן, חבלים, גומיות תחתונים (חזקות!), מקלות מטאטא.

  • חיבורים: אזיקונים, נייר דבק (הרבה!), ברגים, אקדחי דבק חם.

  • אלקטרוניקה: צעצועים מנגנים ישנים (לפירוק), מאווררי מחשב, סוללות, חוטי חשמל.

  • חומרים מוזרים: בלונים, סליים דביק, מגנטים חזקים (ניאודימיום), חול, בקבוקי מים (למשקולות נגד).

3. מפרט S.T.E.A.M

אינטגרציה

הפיכת הכיתה ל"זירת ניסויים כאוטית" שבה המדע הוא הכלי היחיד שמאפשר לשלוט בכאוס. מלחמת העוגיות - הוא לא סתם פרויקט STEAM הוא פסטיבל של עשיה

מדע S

המרות אנרגיה וכוחות: מכיוון שהפתרון לא ידוע, המורה הופך ליועץ פיזיקלי.

• קבוצה שתבנה קטפולטה: תעסוק באנרגיה אלסטית.

• קבוצה שתבנה מלכודת משקל: תעסוק בכבידה ושיווי משקל.

• קבוצה שתשתמש במגנטים: תעסוק בכוח מגנטי.

טכנולוגיה T

אלגוריתמיקה מכנית: גם ללא מחשב, המערכת חייבת "לוגיקה".

• דוגמה ללוגיקה מכנית: "אם (IF) החוט נמשך -> אז (THEN) הנצרה משתחררת -> והמשקולת נופלת". התלמידים נדרשים לשרטט את "תרשים הזרימה" של המכונה שלהם.

הנדסה E

אלתור מקגייברי: היכולת לקחת חפץ שנועד למטרה X (למשל, קולב בגדים) ולהשתמש בו למטרה Y (וו גרירה). זהו הלב של חשיבה יזמית.

אמנות A

הטעיה (Deception): צוות ההגנה יכול להשתמש באשליות אופטיות או הסוואה כדי לגרום לגנב לחשוב שהעוגייה נמצאת במקום אחר, או שהמלכודת נמצאת במקום אחר.

מתמטיקה M

הערכת סיכונים וגיאומטריה: חישוב זוויות גישה אופטימליות לתקיפה, או חישוב המהירות הנדרשת כדי לחמוק מהמלכודת.

---

4. הערכה ומיומנויות (תהליך ותוצר)

• מדדי הצלחה לתוצר: המבחן הוא בינארי ואכזרי (כמו במציאות): האם העוגייה אצלך ביד, או שהיא מוגנת?

• מדדי הצלחה לתהליך (החשוב יותר): "פרס הפתרון המשוגע": ציון לשבח לקבוצה שהביאה את הרעיון הכי לא קונבנציונלי (למשל: במקום למשוך את העוגייה, הם משכו את השטיח שעליו היא עמדה).

5. אבולוציה של הפרויקט

• שלב 1 (Low Tech - Chaos): הסבב הראשון שתואר למעלה. הכל הולך.

• שלב 2 (Analysis): "ניתוח שלאחר המוות" (Post-Mortem). למה המנגנון כשל? האם הגומי נקרע? האם הזווית הייתה לא נכונה? התלמידים חייבים להשתמש במושגים מדעיים (חיכוך, מומנט, עייפות החומר) כדי להסביר את הכישלון.

• שלב 3 (High Tech Iteration): סבב שני. הפעם מותר להוסיף רכיבים חכמים (מנועים, חיישנים, לוחות בקרה) כדי לפתור את הכשל הספציפי שזוהה בשלב 2. (למשל: הגומי לא היה אמין? נחליף אותו בסרוו-מוטור מדויק).