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

Comprender los elementos básicos y propósito de una cuña.

Calcular la cantidad de ventaja mecánica en una cuña.

Modificar una cuña para aumentar la ventaja mecánica.

Diseñar y construir una cuña personalizada para resolver un desafío.

IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las cuñas.

Elementos de una cuñaPropósito de una cuñaAplicaciones en la vida realVentaja mecánica en la cuña

1. Aprender2. Construir& Modificar

3. Diseñar &Construir

Construir una cuñaProbar una cuñaModificar una cuña para incrementar la ventaja mecánica de 3:1 a 9:1

Diseñar y construir una cuña personalizados para resolver un desafío

1

Plan de la Lección del Instructor

Conceptos STEM Cubiertos

Fuerza

Esfuerzo

Carga

Trabajo

Movimiento

Distancia

Máquinas Simples

Ventaja Mecánica

Crear un Prototipo

Pensamiento Crítico

Multiplicación

Divisan

Unidades de Medida

Objetivos del Aprendizaje

v2.1

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 5

Cuña Plan de Estudios

IntroducciónEsta lección de Kid Spark STEM-Maker está diseñada para presentar a los estudiantes una de las seis máquinas simples: la cuña. Los estudiantes se familiarizarán con el funcionamiento de una cuña aprendiendo información clave, construyendo y modificando un modelo de cuña, y luego diseñando y construyendo una cuña 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.

Tiempo de la Actividad: 150 Minutos

Grados: 4-12

2

Niveles de Aprendizaje

Nivel Bajo: Conocimiento del Contenido

Identificar: cuña doble y simple

Investigar: aplicaciones de la cuña en la vida real

Enumerar: el propósito de una cuña

RecursosLos siguientes recursos se usarán para completar esta lección.

1. Plan de Estudios Kid Spark STEM-Maker

Cuñaa. 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 cuña personalizada que cree una ventaja mecánica

Describir: cómo incrementar la ventaja mecánica en una cuña

Reconocer: cuánta ventaja mecánica hay en un diseño

1. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (Hoja de Trabajo escrita: 26 puntos)

2. Desafío de Diseño e Ingeniería (Evaluación de Desempeño/Guía de Calificación: 30 puntos)

3

ProcedimientoComplete los siguientes pasos para enseñar a los estudiantes sobre las cuñas. 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.

Consejo: construya ejemplos de cuñas simple y doble para demostrarlos en la clase.

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 que escriban las definiciones en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Estos términos se usarán durante toda la lección.(Plan de la Lección del Instructor – Página 1)(Paquete del Plan de Estudios – Página 1)

5. Presentar el Contenido (10 minutos)El instructor y los estudiantes trabajan juntos para aprender sobre la cuña. (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)

6. Construir r , P obar y Modificar la Cuña (30 minutos)

Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir, probar y modificar una cuña simple. (Paquete del Plan de Estudios - Página 4-6)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

7. Comprender y Calcular la Ventaja Mecánica (20 minutos)Trabaje con los estudiantes para que comprendan y calculen la ventaja mecánica en los modelos Kid Spark.

(Paquete del Plan de Estudios - Página 8)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 3)

4

El Proceso deDiseño &

IngenieríaKid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

9. Limpieza (10 minutos)Pida a los estudiantes que desarmen todos sus modelos y los empaquen correctamente en los módulos o labs.

10. Revisar la Lección (5 minutos)Utilice los últimos cinco minutos de la clase para revisar la lección.

Preguntas Orientadoras:

(Paquete del Plan de Estudios - Página 9-10)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 5-6)

8. 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.

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.

Ejemplo para el Instructor:http://rokenbokeducation.org/wedgeteacherexample

1. ¿Cuáles son los tres propósitos de una cuña?

2. ¿Cuáles son algunas aplicaciones de la cuña en la vida real?

5

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.

1. ___ La cantidad que una máquina multiplica la fuerza.

2. ____ Usar una fuerza para mover un objeto una distancia.

3. ____ Es un tipo de rampa que se mueve, se usa para separar material,levantar un objeto, o mantener un objeto en su lugar.

4. ____ Una fuerza aplicada a la máquina para hacer el trabajo.

5. ____ El objeto o peso que se mueve o levanta.

6. _____ Tirar o empujar.

7. ____ Una superficie plana de soporte inclinada en ángulo, con unextremo más alto que el otro, utilizado para ayudar a elevar o bajar una carga. También se conoce como pendiente.

8. ____ Un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.

9. ____ Dividir o forzar un objeto a separase.

10. ____La altura vertical de un plano inclinado desde su base a su puntomás alto.

Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante

A. Máquina Simple

Cuña

Plano Inclinado

Elevación

Separación

Ventaja Mecánica

Fuerza

Trabajo

Esfuerzo

Carga

B.

C.

D.

E.

F.

G.

H.

I.

J.

Principales Términos

v2.0

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 5

Cuña Plan de Estudios

Miembros del Equipo Total de Puntos

/26 puntosLibro deTrabajo

/30 puntosDesafío:

1.

2.

3.

4.

F

H

B

I

J

G

C

A

E

D

6

Simple Doble

Separación

Elevación

Mantener (Sostener)

Mantener ElevaciónSeparación

X

X

X

Thickness

Pen

die

nteP

endiente

Tipos de Cuñas Identifique y anoten en el espacio proporcionado el tipo correcto de cuña.

Aprender, Construir& Modificar

11. 12.

Propósito de una CuñaAnoten los tres propósitos de una cuña en el espacio en blanco.

13.

Construir y ModificarConforme el equipo complete cada paso marquen las casillas correspondientes.

19.

20.

21.

Construir el Modelo de Cuña

Probar el Modelo de Cuña

Modificar el Modelo de Cuña

14.

15.

C.B.A.

Propósitos de una CuñaRevisen las siguientes figuras, después identifique el propósito correcto de cada ejemplo de cuña y anótenloen el espacio proporcionado.

16. 17. 18.

11. 12.

Ele

vac

ión

Pendiente

Esfuerzo

Fuerzade Salida

Fuerzade Salida

EsfuerzoEsfuerzoFuerza

deSalida

Esfuerzo

Fuerzade Salida

Fuerzade Salida

7

3:1

5:1

2:1

24. Determinar la ventajamecánica de una cuña en elEjemplo 1.

25. Determinar la ventajamecánica de una cuña en elEjemplo 2.

26. Determinar la ventajamecánica de una cuña en elEjemplo 3.

Comprender la Ventaja MecánicaLlenen los espacios en blanco para completar la oración.

Construir& Modificar

22. La ventaja mecánica existe cuando la fuerza ______________________ de una máquina es

_____________________que la fuerza ___________________que se le aplicó.

Calcular la Ventaja Mecánica en un CuñaUtilicen las fórmulas para resolver los siguientes problemas.

Ventaja Mecánica:

Ventaja Mecánica:

Example BEjemplo 1 – Cuña Simple

Ventaja Mecánica:

Example BEjemplo 2 – Cuña Simple

Example BEjemplo 3 – Cuña Doble

Ele

vac

ión

(6

cm

)Pendiente

(18 cm)

Ele

vac

ión

(5 c

m)

Pendiente

(25 cm)

Grosor(12 cm)

Pen

die

nte

(24

cm

)

Pen

dien

te

(24

cm)

23. Para que una máquina cree una ventaja mecánica, debe cambiar un mayor tiempo o

____________________ para reducir el esfuerzo.

Pendiente

Elevación

VentajaMecánica =

Fórmula: Cuña Simple

Pendiente

Elevación

VentajaMecánica =

Fórmula: Cuña Simple

Pendiente

Grosor

VentajaMecánica =

Fórmula: Cuña Doble

de salida

mayor de entrada

distancia

8

Diseñar y Construir un puente levadizo personalizado.

El sistema de elevación debe incluir una cuña que cree una ventaja mecánica.

El sistema de elevación debe incluir un mecanismo de seguridad

El sistema de elevación debe elevar la carretera al menos 12 cm por encima de la superficie.

El total del presupuesto no debe exceder $180.

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Varias Respuesta

X

Diseñar& Construir

El Proceso de Diseño &

Ingeniería Kid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

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:

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.

955-01228-201 ES

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:

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?

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($180 o Menos)

Muy por Encima delPresupuesto (+$196

Por Encima delPresupuesto($186 – $195)

Ligeramente Arriba delPresupuesto($181 – $185)

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

Total de la Columna Total de la Columna Total de la ColumnaTotal de la Columna

Total de Puntos