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Plan de la Lección del Instructor
Tiempo de la Actividad:180 Minutos
Grados: 4-12
Conceptos STEM Cubiertos
Fuerza
Esfuerzo
Carga
Trabajo
Movimiento
Distancia
Máquinas Simples
Ventaja Mecánica
Crear un Prototipo
Pensamiento Crítico
Multiplicación
División
Unidades de Medida
Apalancamiento
Objetivos del Aprendizaje
v2.1
Estándares Educativos
NGSS
MS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
ITEEA
STL8- Atributos del Diseño
STL9- Diseño de Ingeniería
STL10- Invención e Innovación
HS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
STL11- Aplicación del Proceso de Diseño
3-5-ETS1-4 Diseño de Ingeniería
Palanca
Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 2
Plan de Estudios
IntroducciónEsta lección de Kid Spark STEM-Maker está diseñada para presentar a los estudiantes una de las seis máquinas simples: la palanca. Los estudiantes se familiarizarán con el funcionamiento de una palanca aprendiendo información clave, construyendo y modificando una serie de diferentes modelos de palancas, y luego diseñando y construyendo una palanca personalizada para resolver un desafío.
Resultados del AprendizajeAplicación de Conceptos Reflexivos para la Resoluciónde Problemas:Los conceptos reflexivos de STEM se exploran a través de aplicaciones en ingeniería estructural y mecánica, y robótica de control remoto. Los estudiantes comprenden los conceptos desafiantes de STEM y pueden ver cómo funcionan en la vida real. Los estudiantes utilizan estos conceptos para crear sus propias soluciones a problemas del mundo real.
Comprender los elementos básicos y el propósito de una palanca.
Conocer la diferencia entre las palancas de 1ª, 2ª. Y 3ª. clase.
Calcular la cantidad de ventaja mecánica en una palanca.
Modificar una palanca para incrementar la ventaja mecánica.
Diseñar y construir una palanca personalizada para resolver un desafío.
Elementos de una palancaPropósito de una palancaDiferentes tipos de palancasVentaja mecánica en una palanca
1. Aprender2. Construir& Modificar
3. Diseñar &Construir
Construir una palancaRealizar una prueba de la palancaModificar la palanca para incrementar la ventaja mecánica
Diseñar y construir una palanca personalizada para resolver un desafío
IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las palancas.
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Niveles de Aprendizaje
Nivel Bajo: Conocimiento del Contenido
Identificar: elementos de una palanca
Investigar: aplicaciones de las palancas en la vida real
Describir: el propósito de una palanca
Identificar: diferentes tipos de palancas
RecursosLos siguientes recursos se usarán para completar esta lección.
1. Plan de Estudios Kid Spark STEM-Maker
Palancaa. Plan de la Lección del Instructorb. Paquete del Plan de Estudios (1 por equipo)c. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (1 por equipo)
2. Módulo o Laboratorio Kid Spark(Imagen de la Derecha)
Recursos Kid Spark
Lab deLabSnapStack
*4 Estudiantes por Lab
AdvancedProjects Lab
*4 Estudiantes por Lab
RobóticaProgramable
*4 Estudiantes por Lab
o o
Prerrequisitos:Antes de participar en esta actividad, los estudiantes deben tener una comprensión básica de lossiguientes conceptos:
1. Cómo usar instrucciones gráficas paso a paso para armar un diseño.2. Cómo usar el sistema métrico.3. Usar habilidades básicas de multiplicación y división para resolver un problema.4. Habilidades de comunicación fundamentales, incluyendo la lectura y la escritura.5. Cómo usar el proceso de diseño e ingeniería para resolver un problema.
EvaluaciónLos estudiantes serán calificados en lo siguiente para esta lección.
Nivel Medio: Habilidades y Aplicación Nivel Alto: Razonamiento
Diseñar: una palanca personalizada que cree una ventaja mecánica
Describir: cómo incrementar la ventaja mecánica en una palanca
Reconocer: cuánta ventaja mecánica hay en un diseño
1. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (Hoja de Trabajo escrita: 25 puntos)
2. Desafío de Diseño e Ingeniería (Evaluación de Desempeño/Guía de Calificación: 30 puntos)
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ProcedimientoComplete los siguientes pasos para enseñar a los estudiantes sobre las palancas. El tiempo de enseñanza variará dependiendo del grado. Los estudiantes más jóvenes pueden requerir más tiempo para comprender ciertos conceptos. Antes de iniciar la clase, el instructor debe revisar a fondo el contenido del paquete del plan de estudios.
(Paquete del Plan de Estudios - Página 4-5)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
Consejo: construya una palanca de Primera, Segunda y Tercera clase para demostrarlas a los estudiantes durante la clase.
6. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Primera Clase (20 minutos)
7. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Segunda Clase (20 minutos)
1. Formar EquiposAntes de la clase, organice a los alumnos en equipos hasta de 4 participantes. Agrupe a los alumnos que trabajarán juntos de manera efectiva.
2. Repartir los Materiales (3 minutos)Proporcione a los equipos los recursos correctos de Kid Spark, el paquete del plan de estudios y el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Pida a los estudiantes que conforme avancen en la lección vayan completando la información requerida en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante.
3. Revisar los Objetivos del Aprendizaje (2 minutos) (Plan de la Lección del Instructor – Página 1)(Paquete del Plan de Estudios – Página 1)
4. Revisar los Principales Términos (10 minutos)Pida a los alumnos para que revisen los principales términos en el paquete del plan de estudios y en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Estos términos se usarán durante toda la lección. (Paquete del Plan de Estudios - Página 1)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 1)
5. Presentar el Contenido (10 minutos)El instructor y los estudiantes trabajan juntos para aprender sobre las palancas. (elementos, propósito, ejemplos de la vida real). Los estudiantes deben completar la información apropiada en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. (Paquete del Plan de Estudios - Página 3)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de primera clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la ventaja mecánica.
(Paquete del Plan de Estudios - Página 6-7)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de segunda clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la ventaja mecánica.
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El Proceso deDiseño &
IngenieríaKid Spark
Identificarel Desafío
Lluvia deIdeas &
Soluciones
Construirel Prototipo
Prueba &Mejora del
Diseño
Explicar elDiseño
Consejo: Revise brevemente con los estudiantes el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark.
Consejo: Pida a los equipos que entreguen los libros de trabajo de ingeniería del estudiante resueltos mientras están presentando. Para evaluar los proyectos utilice la guía de calificación del desafío de diseño (página 5) del libro de trabajo de ingeniería del estudiante.
Consejo: Prepare objetos de corto (122 cm a 183 cm) y largo (365 cm a 57 cm) alcance para probar las catapultas. Los objetos pueden hacerse con los elementos de la clase, como por ejemplo masking tape.
Ejemplo para el Instructor:http://rokenbokeducation.org/leverteacherexample
11. Limpieza (10 minutos)Pida a los estudiantes que desarmen todos sus modelos y los empaquen correctamente en los módulos o labs.
12. Revisar la Lección (5 minutos)Utilice los últimos cinco minutos de la clase para revisar la lección.
Preguntas Orientadoras:1. ¿Cuáles son los tres propósitos de una palanca?
2. ¿Cuáles son algunos ejemplos de palancas aplicadas a la vida real?
10. Desafío de Diseño e Ingeniería (60 minutos)Revise con los estudiante el resumen del desafío de diseño y las especificaciones. Pida a los estudiantes que trabajen con el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark para desarrollar, probar, afinar y explicar un prototipo funcional. Los equipos presentarán sus diseños al resto de la clase. (Paquete del Plan de Estudios - Página 11-12)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 4-5)
8. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Tercera Clase (20 minutos)Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de tercera clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la velocidad de salida. (Paquete del Plan de Estudios - Página 7-8)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)
9. Calcular la Ventaja Mecánica (20 minutos)Trabaje con los estudiantes para calcular la ventaja mecánica en los modelos Kid Spark. (Paquete del Plan de Estudios - Página 10)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 3)
Consejo: Los estudiantes pueden volver a crear los diferentes tipos de palancas que se construyeron mientras revisan la ventaja mecánica. Desafíe a los alumnos a explicar cómo se incrementa o disminuye la ventaja mecánica en cada tipo de palanca
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E
D
C
G
H
B
I
A
F
Palanca
Principales TérminosRelacionen los términos clave que se enumeran en el grupo de palabras con la definición correcta. Escriban la letra correcta en el espacio proporcionado.
Miembros del Equipo
1.
2.
Total de Puntos
3.
4.
/25 puntosLibro deTrabajo
/30 puntosDesafío:
A. Máquina Simple
Fuerza
Palanca
Trabajo
Ventaja Mecánica
Apalancamiento
Esfuerzo
Carga
Fulcro
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
I.
Principales Términos
1. ______ La cantidad que una máquina multiplica la fuerza.
2. ______ Usar una fuerza para mover un objeto a lo largo de una distancia.
3. ______ Una máquina simple que se compone de un travesaño rígidoque oscila sobre un fulcro o punto de apoyo. Se utiliza para redirigir el movimiento, incrementar la velocidad de salida, o crear una ventaja mecánica.
4. ______ Fuerza aplicada a una máquina para hacer un trabajo.
5. ______ El objeto o peso que se va a levantar o mover.
6. ______ Tirar o Empujar.
7. ______ El punto de soporte sobre el cual oscila la palanca.
8. ______ Un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.
9. ______ La ventaja mecánica obtenida al utilizar una palanca.
v2.0
Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 2
Plan de Estudios
Paquete del Plan de Estudios
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X
X
X
Elementos de una PalancaIdentifiquen el elemento correcto y anótenlo en el espacio proporcionado
Aprender, Construir& Modificar
10. 11.
Propósito de una PalancaEn los espacios proporcionados anoten los tres propósitos de una palanca.
12.
Construir y ModificarConforme el equipo complete cada paso marquen las casillas correspondientes.
18.
19.
20.
Construir, probar y modificar una Palanca de Primera Clase
Construir, probar y modificar una Palanca de Segunda Clase
Construir, probar y modificar una Palanca de Tercera Clase
13.
14.
C.B.A.
Esfuerzo
Carga
Fulcro
Brazo de la Palanca
Tipos de PalancasRevisen las siguientes ilustraciones, después anoten en espacio proporcionado el tipo correcto de palanca.
15. 16. 17.
11.
10.
FulcroEsfuerzo
Carga
Brazo dela Palanca
Fulcro
Esfuerzo
Carga Brazo dela Palanca
Fulcro Brazo de la Palanca
Redirigir el Movimiento
Incrementar la Velocidad de Salida
Crear una Ventaja Mecánica
Palanca de 2ª. Clase Palanca de 3ª. Clase Palanca de 1ª. Clase
21. La ventaja mecánica existe cuando la fuerza ______________________ de una máquina es
_____________________que la fuerza ____________________que se le aplicó.
22. Para que una máquina cree una ventaja mecánica, debe cambiar un mayor tiempo o
____________________ para reducir el esfuerzo.
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de salida
de entradamayor
distancia
4:1
3:1
.5:1
Comprender la Ventaja MecánicaLlenen los espacios en blanco para completar la oración.
Calcular la Ventaja Mecánica en una PalancaUtilicen la fórmula para resolver los siguientes problemas.
Ventaja Mecánica:
Ventaja Mecánica:
Ventaja Mecánica:
Ejemplo 1 – Palanca de Primera Clase
Palanca de Primera Clase
Example B
Palanca de Segunda Clase
Example B
Palanca de Tercera Clase
Distancia deSalida
Distancia deSalida
6 cm
Distancia deEntrada
Distancia deEntrada
24 cm
21 cm7 cm
Input Distance
8 cm
Output Distance
16 cm
Construir& Modificar
23. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 1.
24. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 2.
25. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 3.
distancia de entrada ( al )esfuerzo fulcro
Distancia de salida ( al )carga fulcro
VentajaMecánica =
distancia de entrada ( a la )esfuerzo carga
Distancia de salida ( al )carga fulcro
VentajaMecánica =
distancia de entrada ( al )esfuerzo fulcro
Distancia de salida ( al )carga fulcro
VentajaMecánica =
Esfuerzo
Carga Brazo dela Palanca
Fulcro
Ejemplo 2 – Palanca de Segunda Clase
Ejemplo 3 – Palanca de Primera Clase
Esfuerzo
Carga
Brazo dela PalancaFulcro
Esfuerzo
Carga
Brazo dela Palanca
Fulcro
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Diseñar y construir una catapulta.
La catapulta debe incluir una palanca que cree una ventaja mecánica.
La catapulta de incluir un broche de seguridad.
La catapulta debe incluir un calibrador de distancia.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Varias Respuestas
El presupuesto total no debe exceder a $140X
El Proceso de Diseño &
Ingeniería Kid Spark
Identificarel Desafío
Lluvia deIdeas &
Soluciones
Construirel Prototipo
Prueba &Mejora del
Diseño
Explicar elDiseño
Diseñar& Construir
Desafío de Diseño e IngenieríaSigan cada paso en el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución para el desafío. Marquen la casilla a medida que terminen cada paso. Completen los espacios en blanco cuando sea necesario.
1. Identificar el Desafío
Desafío:
Desafío Secundario:
Desafío Secundario:
Desafío Secundario:
Revisar las Especificaciones:
2. Lluvia de Ideas & Soluciones
Discutir ideas del diseño.
Considerar los componentes de construcción y el costo.
3. Construir un Prototipo
Construir un prototipo funcional del diseño.
4. Probar & Mejorar el Diseño
Probar y mejorar el diseño, tanto en funcionamiento como en consistencia.
Nuevo desafío descubierto:
Revisar la guía de calificación y las especificaciones del diseño.
Considerar maneras de reducir los costos.
5. Explicar el Diseño
Prepararse para demostrar y presentar el diseño a la clase.
Revisar la guía de calificación del proyecto.
Explicar las características únicas del diseño que se incluyeron.
Describir al menos un nuevo problema/desafío descubierto durante el Paso 4(Prueba y Mejora del Diseño), y cómo rediseñó el equipo un nueva solución.
Desafío Secundario:
Especificaciones
Funcionamiento
Colaboración en Equipo
Calidad/Estéticadel Diseño
Cumple todas lasespecificaciones
No cumple con lasespecificaciones
Cumple algunasespecificaciones
Cumple con la mayoríade las especificaciones
El diseño funcionaconsistentemente bien
No cumple con lasespecificaciones
El diseño funcionaparcialmente
El diseño funciona bienen general
Cada miembro delequipo contribuyó
El equipo no trabajójunto
Algunos miembros delequipo contribuyeron
La mayoría de losmiembros del equipocontribuyeron
Excelentediseño/estética
Diseño/estéticapobre
Diseño/estéticapromedio
Buendiseño/estética
En Presupuesto($140 o Menos)
Muy por Encima delPresupuesto (+$156)
Por Encima delPresupuesto($146 – $155)
Ligeramente Arriba delPresupuesto($141 – $145)
Excelente presentación/bien explicada
No hubo presentación/explicación
Presentación/explicación regular
Buena presentación/bien explicada
Costo delMaterial
Presentación
Puntos
Total de Puntos
Avanzado5 Puntos
Eficiente4 Puntos
/30
Guía deCalificación
Parcialmente Eficiente3 Puntos
No Fue Eficiente0 Puntos
955-01219-201#HV
Diseñar& Construir
Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen del diseño?
Funcionamiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? Funciona de manera consistente?
Colaboración del Equipo: ¿Qué tan bien trabajó el equipo? ¿Cada alumno puede describir cómo contribuyeron?
Calidad/Estética del Diseño: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?
Costo del Material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o por debajo del presupuesto?
Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo a los demás todos los aspectos del diseño?
Evaluación del DesafíoCuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, se debe presentar al maestro y a los compañeros de clase para su evaluación. Se calificará a los equipos según los siguientes criterios:
Total de la Columna Total de la ColumnaTotal de la Columna Total de la Columna
Total de Puntos