1.1 Bilişsel Süreç Kazanımları:

Merkezdeki disipline ait kazanım: (Fizik)

10.1.2.3. Elektrik enerjisi ve elektriksel güç kavramlarını ilişkilendirir.

a) Elektrik enerjisi ve elektriksel güç ilişkisi ile mekanik enerji ve mekanik güç ilişkisi arasındaki benzerliğe değinilir.

c) Öğrencilerin ısı, iş, mekanik enerji ve elektrik enerjisinin birbirine dönüşümünü açıklamaları sağlanır.

11.2.4.11. Elektromotor kuvveti oluşturan sebeplere ilişkin çıkarım yapar.

a) Deney veya simülasyonlar yardımıyla çıkarımın yapılması sağlanır.

b) Öğrencilerin elektrik motoru ve dinamonun çalışma ilkelerini karşılaştırmaları sağlanır.

Diğer STEM disiplinine ait kazanım:

Matematik:

9.3.5.1. Oran ve orantı kavramlarını kullanarak problemler çözer.

Mühendislik:

• Öğrenci bir mühendislik projesinin içerdiği süreçleri tespit eder. Planlama, prototip oluşturma, tasarım, yürütme, kalite kontrol ve raporlama gibi aşamaları açıklar.

• Öğrenci alternatif çözümlerin performansını, güvenilirliğini ve başarısızlık durumlarını tahmin eder.

• Öğrenci tasarım sürecindeki fikirleri geliştirme, problemleri çözme ve aradaki bağlantıları anlama amacıyla resim eskizleri hazırlar.

• Öğrenci şu çizim görünüşlerinin amacını ve/ ya da uygulamasını tanımlar: izometrik görünüş, kesit görünüş, yardımcı görünüş ve detay görünüş (isometric view, section view, auxiliary view and detail view).

1.2. Sosyal Ürün Kazanımları:

• Öğrenci takım üyeleri ile işbirliği yaparak bir görevin sorumuluğunu üstlenir.

• Öğrenci üretim sürecindeki aşamalarda aktif rol oynayarak sunulan diğer ürünler ile ilgili farkındalık kazanır.

• Öğrenci kendi cümleleri ile bir sunum yaparak ortak ürünü neden-sonuç bütünlüğünde savunur.

Rüzgâr türbini

• Mukavva veya benzer kalınlıkta koli kartonu (1 litrelik pet şişe veya benzer sertlikte plastik parçalar da kullanılabilir)

• Mil veya aynı kalınlıkta ahşap çubuk (1 adet)

• Çöp şiş (10 adet)

• Makas

• Maket bıçağı

• Yalıtım bandı

• Yapıştırıcı veya sıcak silikon tabancası (silikon uçlarıyla birlikte)

Elektrik enerjisine dönüşüm

• 6 V bisiklet dinamosu (1 adet)

• Bisiklet hub dinamo için fiş plastik aparat (1 adet)

• Bağlantı kablosu

NOT: Malzemeler “Dinamo seti” olarak paket halinde satın alınabilir.

• Avometre (1 adet)

Elektrik enerjisini sağlayacak kodlama için yazılım ve donanım

• YETENEK IDE yüklü ve internet bağlantılı dizüstü bilgisayar (1 adet)

• YETENEK IO Board

• ………

Rüzgâr türbini

• https://pin.it/52zGjVJ (Rüzgâr türbini tasarım örnekleri)

• https://youtu.be/uDucQPir2Go (Rüzgâr türbini tipleri)

• https://youtu.be/D5cXVDnIYqA (Rüzgâr Türbinlerinde Neden 3 Kanat Bulunur?)

Elektrik enerjisine dönüşüm

• https://youtu.be/MZTZDDvrJlA (Güneş ve rüzgar hibrit enerji kurulumu)

• https://youtu.be/Eh4bCMidbAE (Bisiklete dinamo takarak elektrik üretmek)

• https://youtu.be/iaUt5GDqG5w (Electric Power Free Energy Generator With DC Motor)

Sürdürülebilirlik

• https://www.tr.undp.org/content/turkey/tr/home/sustainable-development-goals/goal-7-affordable-and-clean-energy.html (Sürdürülebilir Kalkınma Amaçlarından Erişilebilir ve Temiz Enerji)

• https://www.kureselamaclar.org/amaclar/erisilebilir-ve-temiz-enerji/ (Sürdürülebilir Kalkınma İçin Küresel Amaçlar / Erişilebilir ve Temiz Enerji Hedefleri)

• https://www.akillisehirler.gov.tr/akilli-enerji/ (Akıllı Enerji Uygulamaları)

• https://www.aselsan.com.tr/tr/cozumlerimiz/enerji-sistemleri/guc-donusturuculer/ruzg%C3%A2r-turbini-tam-olcek-guc-donusturucu (ASELSAN Rüzgâr Türbini Tam Ölçek Güç Dönüştürücü)

• https://kojenturk.org/tr/hibrit-uygulamalar-37 (Hibrit Enerji Uygulamaları)

4.1. Bilgi Temelli Hayat Problemi:

Veri toplama amaçlı tasarlanacak bir araçta oluşturulacak düzeneklerin ihtiyaç duyacağı olası enerji değerlerini sağlayacak bir türbin tasarlanacaktır. Açık alanda çalıştırılacak bu türbinin temiz ve sürdürülebilir enerji üretimi yapması beklenmektedir.

4.2. Sınırlamalar:

• Türbin rüzgâr enerjisiyle çalışmalı

• Türbin aracın yapısına uyumlu ve minimum yer kaplayacak şekilde tasarlanmalı

• Türbin devrilmeye ve kırılma-bükülme gibi zorlanma etkilerine karşı dayanıklı olmalı

• Türbin araçta kullanılacak düzeneklerden en az iki farklı ihtiyaç duyulabilecek enerjiyi karşılayabilmeli

• Verilen malzemeler dışında bir malzeme kullanılacaksa kolay ulaşılabilir geri dönüşüm materyalleri kullanılmalı

4.3. Meslek, Görev ve Sorumluluklar:

• Enerji Sistemleri Mühendisi (Tasarlanacak türbinin özellikleri ve rüzgâr kullanım verimliliği üzerine çalışacaktır.)

• Matematik Uzmanı (Her türlü ölçümün ve matematiksel çözümlemelerin yapılması üzerine çalışacaktır.)

• Algoritma Mimarı (Kodlama, programlama gibi her türlü yazılımsal çalışmayı ve kod düzenleme/hata ayıklama işlemlerini gerçekleştirecektir.)

• Bir Şekilde Halletme Uzmanı (Pratik çözümlerine güvenen ve hızlı bir şekilde aksiyon alabilen kişidir.)

• Malzeme Tedarikçisi-Yazman (Tasarım için gerekli materyallerin uygunluğu, temini ve sürecin raporlanması üzerine çalışacaktır.)

5.1. BTHP ve Sınırlamalar:

Kaynaklarda yer alan Sürdürülebilirlik başlığındaki “Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları” ile ilgili bağlantılar incelenerek yaşamın her alanında sürdürülebilirliğin önemi vurgulanır. Sonrasında bu amaçlardan 7 numaralı “Erişilebilir ve Temiz Enerji” amacı hakkında konuşulur.

Kaynaklarda yer alan Sürdürülebilirlik başlığındaki “Akıllı Enerji Uygulamaları” başlığına detaylı şekilde göz atılır. Bu tarz uygulamalara her türlü alanda yer verilip verilemeyeceği üzerine öğrencilerin fikirleri alınır. Ardından BTHP ve Sınırlamalar sunulur.

5.2. Bilgi Edinme:

Kaynaklarda yer alan Sürdürülebilirlik başlığındaki “Hibrit Enerji Uygulamaları” bağlantısı incelenir. Yenilenebilir enerji kullanımının önemi sürdürülebilirlik, erişim ve çevrecilik başlıkları altında tartışılır.

Kaynaklarda yer alan “Elektrik Enerjisine Dönüşüm” başlığındaki yenilikçi enerji üretimini gösteren “Güneş ve rüzgâr hibrit enerji kurulumu” ve basit bir deney düzeneği gösterimini içeren “Electric Power Free Energy Generator With DC Motor” videoları izletilir.

Tüm bu incelemelerden sonra öğrencilerin araştırmalarını desteklemek için aşağıdaki sorular yöneltilmelidir:

• Enerji nedir? Enerji çeşitleri nelerdir?

• Yenilenebilir enerji kaynakları nelerdir?

• Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü nasıl gerçekleşir?

• Dinamo nedir?

• Hibrit enerji ne demektir?

• Rüzgâr türbinlerinin çalışmasına uygun alanlar ve tasarımlar nelerdir?

• Akışkanlar mekaniği ve uçak kanatları arasında nasıl bir ilişki vardır?

• Dayanıklılık nedir? Mühendislik uygulamalarında neden önemlidir?

• Avometre ne işe yarar?

• Elektronik devre elemanlarında çalışma voltajı nedir ve neden önemlidir?

3. Fikir Geliştirme:

Kaynaklarda yer alan “Rüzgâr türbini tipleri” bağlantısında yer alan video izlenir ve “Rüzgâr türbini tasarım örnekleri” bağlantısındaki örneklerin incelenmesi istenir. Videodaki türbin tipleriyle örnek tasarımlar arasında bağlantı kurulacak tartışma ortamı yaratılır.

Öğrencilerin fikir geliştirmelerine yardımcı olacağı için aşılması gereken aşağıdaki tasarımsal zorluklar mutlaka tartışılmalıdır:

• Pervane tasarımı yekpare mi, yoksa birkaç parçadan oluşan bir tasarım mı olacak? Çoklu parçalarla oluşturulan tasarımda sağlamlık nasıl sağlanmalı?

• Türbin, rüzgâr hızına göre tam kapasiteyle nasıl çalışır? Diğer bir değişle rüzgârdan maksimum verim nasıl elde edilir?

• Türbinin mil ekseninde rahatça dönebilmesi nasıl sağlanır?

• Dönme hareketinin elektrik enerjisine dönüşümünü sağlamak için bisiklet dinamosu doğru bir seçim mi?

• Dinamo türbin tasarımına nasıl bir bağlantı ile temas etmeli?

Öğrenciler nasıl bir tasarım oluşturmak istediklerine karar vermeli, belirtilen malzemeler dışında ulaşılabilir malzemeler kullanacaklarsa temin etmelilerdir.

YETENEK IDE kullanımı ve diğer donanımsal parçaların tanıtımı yapılır ve öğrencilerin denemeler yapması için vakit ayrılır. Üretilen enerjinin yeterli olduğunu gösteren uyarı durumları YETENEK donanımlarının üzerinde gösterilmelidir. Bu noktada cevaplanması gereken sorular:

• Araç üzerinde çalıştırılması düşünülen cihazlar neler olabilir?

• Avometre hangi aşamalarda kullanılmalı?

• Türbinin üreteceği enerji, çalıştırılması düşünülen cihazlar için gerekli ve yeterli enerji düşünüldüğünde ne gibi ek düzenlemelere ihtiyaç duyulabilir?

• Ara yüz üzerindeki kodlamalarla üretilen enerjiyi nasıl kontrol edebiliriz?

Kaynaklarda yer alan “Elektrik enerjisine dönüşüm” başlığı altındaki “Bisiklete dinamo takarak elektrik üretmek” videosu izletilir ve “Sürdürülebilirlik” başlığındaki “ASELSAN Rüzgâr Türbini Tam Ölçek Güç Dönüştürücü” bağlantısındaki bilgiyle ilişki kurulması sağlanır.

5.4. Ürün Geliştirme:

Belirtilen 10.sınıf Fizik dersi kazanımı doğrultusunda konu anlatımı yapılır. Ardından “Rüzgâr türbini tasarım örnekleri” bağlantısındaki örnekler arasında da yer alan aşağıdaki eskizler gösterilir. Öğrenciler bu aşamada karar verdikleri tasarımın çizimini EK1’deki izometrik kâğıtta tüm detaylarıyla göstermelidir.

Tasarım çizimi tamamlandıktan sonra bu aşamaya kadar kararlaştırılmış malzemeler ile ürün geliştirmeye başlanacaktır.

5.4. Test Etme:

Belirtilen 11.sınıf Fizik dersi kazanımı doğrultusunda ek bilgilere yer verilerek varsa tasarımsal sorunların giderilmesi, diğer durumlarda görünüm ve çalışma iyileştirme çalışmalarının yapılması sağlanır. Test etme basamağı aşağıdaki sorularla doğrultusunda ilerletilmelidir:

• Çizim ile oluşturulan ürün arasında farklılıklar var mı?

• Çalıştırılacak cihaz(lar)ın ihtiyaç duyduğu enerji, türbinin üreteceği enerji ile uyumlu mu?

• Enerji dönüşümü için düşünülmüş olan çözümde aksamalar bulunuyor mu?

• Türbin dönüşü kolaylıkla sağlanabiliyor mu?

• Türbinin estetik görünümü için düzenlemeler yapılabilir mi?

5.5. Paylaşma ve Yansıtma:

Fön makinesi, vantilatör veya tercihen rüzgârlı bir açık alanda aynı anda tüm tasarımların çalıştırılması ve öğrenci gruplarının birbirlerinin tasarımlarını incelemesi sağlanır. Bunun için veri toplayıcı düzenekler oluşturulabilir veya avometre ile üretilen enerji değerleri ölçümlenebilir.

Üretici kişi veya firmalarla görüşmeler ayarlanabilir, yerinde ziyaret edilebilir veya bu kişi ve firma yetkilileri tasarımların çalıştırılacağı programa davet edilebilir.

Ayrıca EK2’de yer alan rubrik ile oluşturulan rüzgâr türbini düzenekleri değerlendirilmelidir.

EK1

İzometrik Kâğıt

EK2

Ürün Değerlendirme Rubriği