Kit sesi cuba kerja kejuruteraan: bina penapis air (atau jambatan) dalam 90 minit

Klien dalam kit ini (sebuah sekolah rendah luar bandar dan sebuah majlis kampung), kredit serta kad kekangan adalah REKAAN: untuk latihan di dalam bilik darjah. Kos bahan dalam lampiran merupakan anggaran perancangan, bukan sebut harga.

Apa itu sesi cuba kerja ini

Sesi cuba kerja kejuruteraan secara amali selama 90 minit untuk pusingan 2 bagi sesi cuba kerja pekerjaan Hari 2. Pelajar membina sesuatu yang fizikal, mengujinya, mengukurnya, dan membinanya semula apabila peraturan berubah. Sesi ini sesuai untuk pelajar yang ingin tahu tentang kejuruteraan, bidang kemahiran pertukangan (trades), kerja alam sekitar dan sains makmal, serta merupakan ujian yang baik untuk pelajar yang beranggapan mereka "tidak meminati" kerja teknikal.

Templat perjalanan program menggunakan kit ini sebanyak dua kali. Dalam model empat makmal, ini merupakan sesi cuba kerja Bina dan Kejuruteraan (Build and Engineer), yang dibina berasaskan penapis air graviti (Varian A). Dalam model lapan bidang, ini merupakan sesi cuba kerja Kejuruteraan dan Pertukangan (Engineering and Trades), yang dibina berasaskan jambatan menampung beban (Varian B), yang turut berfungsi sebagai sandaran penapis apabila penggunaan air tidak praktikal di lokasi. Kedua-duanya mengikut jadual pelaksanaan (run sheet) dan kontrak bukti sesi cuba kerja yang dikongsi, supaya fasilitator dapat membandingkan pembelajaran di seluruh stesen.

Taklimat ringkas untuk Varian A (dibaca dengan kuat pada minit ke-0)

"SK Kampung Contoh ialah sebuah sekolah rendah luar bandar rekaan. Selepas hujan lebat, air di dalam tangki basuhan dan tamannya bertukar menjadi keruh kecokelatan. Kumpulan persatuan ibu bapa dan guru mahukan penapis graviti murah, yang dibina daripada barangan yang boleh dibeli secara tempatan, yang menjadikan air lebih jernih untuk membasuh alatan dan menyiram tanaman. Pasukan anda mempunyai 15 kredit untuk dibelanjakan. Anda akan membina, menguji kejernihan dan kelajuan, serta menambah baik reka bentuk anda. Satu peraturan paling utama: air ini sama sekali bukan untuk diminum."

Mengapa peraturan keselamatan ini penting

Penapis pasir dan arang buatan sendiri boleh menjadikan air kelihatan jauh lebih jernih sedangkan kuman masih kekal di dalamnya. US Centers for Disease Control and Prevention menyifatkan mendidihkan air sebagai kaedah yang paling banyak digunakan dan berkesan untuk membunuh kuman penyebab penyakit, serta menyarankan mendidihkan air jernih sehingga menggelegak selama 1 minit^[1]. Agensi ini juga menyatakan bahawa tiada satu pun kaedah isi rumah yang disenaraikannya dapat menjadikan air yang mengandungi bahan api atau bahan kimia toksik selamat^[1]. Gunakan perkara ini untuk memulakan perbualan kejuruteraan sebenar: menjadikan sesuatu berfungsi tidak sama dengan menjadikannya selamat, dan jurutera bertanggungjawab untuk mengetahui perbezaannya.

Bahan untuk Varian A

Bagi setiap pasukan yang terdiri daripada tiga atau empat orang (senarai penuh beserta anggaran perancangan dalam materials-and-costs.csv):

• dua botol 1.5 liter yang dipotong oleh staf, pasir, batu kerikil, arang diaktifkan (activated charcoal), kapas, penapis kopi, kain perca segi empat sama dan gelang getah
• cawan jernih yang dilabelkan BUKAN UNTUK DIMINUM, kad kejernihan bercetak (garisan bersaiz 6 hingga 24 poin), pemasa telefon, dan air ujian berlumpur yang dihasilkan daripada tanah kebun yang bersih dan air paip
• sarung tangan nitril, dulang atau besen di bawah setiap penapis, tuala kertas, dan mop untuk bilik tersebut
• lembaran kerja pasukan dan senarai harga kredit; kad kekangan A dan B, satu dicabut oleh setiap pasukan

Staf sahaja: kad peranan pengamal industri dan cadangan susunan lapisan AI yang dicetak terlebih dahulu untuk laluan kertas, kedua-duanya dalam facilitator-and-practitioner-cards.md. Kebanyakan bahan menelan kos yang rendah jika botol dan kain dikumpulkan secara percuma; semak harga tempatan sebelum membeli.

Jadual pelaksanaan

Tiada AI sebelum minit ke-25. Versi 1 perlu disiapkan menjelang minit ke-45 dan versi 2 menjelang minit ke-64.

Peranan pengamal industri

Pengamal industri memainkan peranan sebagai jurutera klien atau juruteknik rawatan air. Mereka mencabar pelajar tentang perkara yang sering dilupakan: siapa di sekolah yang akan membersihkan atau menggantikan penapis dan bagaimana mereka tahu masanya, apa yang berlaku selepas ribut ketiga apabila pasir dipenuhi lumpur, kos sepanjang setahun, dan bagaimana pasukan tahu bahawa air tersebut tidak selamat untuk diminum. Mereka tidak mendedahkan reka bentuk yang terbaik. Kad peranan terdapat dalam facilitator-and-practitioner-cards.md.

Apa yang diperhatikan oleh fasilitator

Gunakan empat kriteria yang dikongsi dan catatkan mula berkembang (emerging), ditunjukkan dengan sokongan (demonstrated with support), atau ditunjukkan secara berdikari (demonstrated independently), berserta contoh: dua pemerhatian ringkas bagi setiap pelajar. Ini adalah nota pengajaran, bukan markah.

• Membingkai tugasan (Frames the task): merancang dalam lingkungan bajet kredit dan menyatakan keperluan sebenar klien (air yang lebih jernih untuk membasuh, bukan untuk diminum).
• Menggunakan dan mengesahkan AI (Uses and verifies AI): menguji susunan lapisan cadangan AI berdasarkan ukuran mereka sendiri dan bukannya percaya bulat-bulat.
• Menambah baik selepas maklum balas (Improves after feedback): mengekalkan perkara yang berkesan apabila kad kekangan diterima dan bukannya bermula semula dari awal.
• Menerangkan langkah seterusnya yang berasas (Explains a justified next step): menyatakan satu kompromi (lebih jernih tetapi lebih perlahan, lebih murah tetapi lebih cepat tersumbat) dan apa yang akan mereka uji seterusnya.

Dengarkan pelajar yang menyatakan, tanpa diminta, bahawa air yang lebih jernih bukanlah air minuman yang selamat. Cadangan AI yang dicetak terlebih dahulu untuk laluan kertas sengaja diakhiri dengan dakwaan keselamatan yang palsu, bagi memberi peluang kepada pasukan untuk mengesannya.

Varian B: jambatan menampung beban

Klien rekaan ialah sebuah majlis kampung yang memerlukan model jambatan pejalan kaki. Pasukan yang terdiri daripada tiga atau empat orang merentangkan jurang 30 cm antara dua meja yang kukuh menggunakan 40 batang aiskrim dan 1 meter pita pelekat (masking tape), kemudian membebankannya secara perlahan-lahan dengan botol air 500 ml yang bertutup, satu demi satu, sehingga jambatan runtuh. Mereka merekodkan bilangan botol yang dapat ditampung, batang aiskrim yang digunakan dan bahagian mana yang runtuh terlebih dahulu.

Jadual pelaksanaan mengekalkan tanda minit yang sama. Setiap pelajar melakar bentuk dan menulis satu andaian sebelum sebarang AI digunakan (0-10); pasukan merancang reka bentuk dan pembahagian tugas (10-25); AI mencadangkan reka bentuk dan pasukan membina serta menguji versi 1 sehingga runtuh, menyemak idea AI berdasarkan keputusan tersebut (25-45). Pada minit ke-45, pengamal industri, iaitu seorang jurutera awam atau struktur atau pembina, bertanya bahagian mana yang runtuh dahulu dan mengapa di bahagian itu, berapa kali ganda lebih kukuh jambatan pejalan kaki sebenar berbanding beban ujian, siapa yang memeriksa jambatan sebenar, dan apa yang diperlukan di tapak bina sebenar sebelum kerja bermula. Kemudian setiap pasukan mencabut kad: A, satu pertiga daripada batang aiskrim diambil semula; B, sebuah bot mainan mesti boleh lalu di bawahnya, jadi jambatan memerlukan ruang kelegaan setinggi 8 cm. Pasukan membina semula dan menguji versi 2 (55-64), menerangkan satu keputusan dalam ulasan kumpulan kecil (64-82) dan membuat refleksi (82-90). Pada minit ke-82, minta pengamal industri memberikan satu contoh sebenar tentang kegagalan struktur atau pemeriksaan, dan bagaimana kerja di tapak bina berbeza daripada sebuah model.

Bahan tambahan: meja kukuh yang berjarak 30 cm (atau jurang yang ditandakan dengan buku), botol 500 ml yang bertutup, dan bot mainan atau penanda kad 8 cm untuk kad B. Lembaran kerja mempunyai halaman khas untuk Varian B.

Keselamatan

• Staf memotong botol; pelajar sama sekali tidak memegang bilah pemotong.
• Tanah kebun yang bersih dan air paip sahaja; jangan sekali-kali menggunakan air longkang, sungai atau kolam.
• Pakai sarung tangan, dulang di bawah setiap penapis, tumpahan dimop dengan segera, dan pasir basah dibuang ke dalam tong sampah, bukan ke dalam singki.
• Labelkan setiap cawan BUKAN UNTUK DIMINUM dan simpan air minuman pelajar di kawasan yang berasingan.
• Untuk jambatan: lekatkan pita pada mana-mana meja yang bergoyang, letakkan beban secara perlahan-lahan, botol bertutup sahaja, pastikan kaki berada jauh dari kawasan beban jatuh.

Laluan berasaskan kertas

Aktiviti membina ini tidak memerlukan peranti. Pasukan melukis pelan mereka dan menulis keputusan mereka pada lembaran kerja bercetak, serta melukis semula pelan selepas menerima kad kekangan. Jika tiada capaian AI, fasilitator akan membacakan cadangan AI yang telah dicetak terlebih dahulu dan pasukan mengujinya seperti mana-mana idea lain. Pelajar memberikan penerangan selama dua minit secara lisan dan menulis refleksi pada lembaran kerja; fasilitator mengambil gambar helaian tersebut dan kedua-dua binaan sebaik sahaja peranti boleh digunakan.

Tindakan seterusnya

1. Ketua program: selepas lawatan ke lokasi (punca air, singki, permukaan lantai), sahkan varian yang dijalankan oleh setiap stesen, dan beli bahan seminggu lebih awal.
2. Pengamal industri: baca kad peranan anda dan bawa satu contoh sebenar tentang penyelenggaraan atau kegagalan struktur daripada pengalaman kerja anda.
3. Fasilitator: lakukan sesi percubaan binaan selama sepuluh minit bersama-sama supaya anda mengetahui secara kasar betapa pantas dan jernihnya penapis asas, atau berapa banyak botol yang boleh ditampung oleh jambatan asas, sebelum hari kejadian.