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Lección 21
Objetivo: aplicar el proceso de diseño de ingeniería para diseñar una estructura que reduzca el impacto de las inundaciones provocadas por la marejada
Iniciar
Presente la Pregunta del fenómeno ¿Cómo pueden las personas diseñar mejores soluciones para reducir el impacto de los peligros meteorológicos? Explique a los estudiantes que, en las próximas lecciones, diseñarán y desarrollarán su propia solución para reducir el impacto de un peligro meteorológico asociado a los huracanes. En esta lección, se prepararán para el desafío de ingeniería al leer sobre Margaret E. Knight, una inventora determinada que creó muchos dispositivos y máquinas, algunos de ellos se siguen usando en la actualidad.
Aprender
34 minutos
Revisar el proceso de diseño de ingeniería
5 minutos
Pida a los estudiantes que ubiquen la imagen del proceso de diseño de ingeniería en sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 21). Está disponible una copia como Recurso A de la Lección 21 para proyectarla a los estudiantes que podrían beneficiarse de este recurso. Revise el proceso de diseño de ingeniería con los estudiantes y señale las seis etapas: Pregunta, Imagina, Planifica, Crea, Mejora y Comparte.
Agenda
Iniciar (3 minutos)
Aprender (34 minutos)
Revisar el proceso de diseño de ingeniería (5 minutos)
Leer sobre Margaret E. Knight (10 minutos)
Comentar sobre el proceso de diseño de ingeniería (19 minutos)
Cerrar (8 minutos)
Nota para el maestro
A lo largo del 3.er nivel, los estudiantes investigarán más cada etapa del proceso de diseño de ingeniería. Las imágenes posteriores del proceso incluirán detalles adicionales de cada etapa. En este módulo, el Recurso A y B de la Lección 21 contienen la misma información, pero el Recurso B de la Lección 21 tiene un espacio adicional para que los estudiantes peguen notas adhesivas en la actividad siguiente.
Nota para el maestro
Los estudiantes deben estar familiarizados con el proceso de diseño de ingeniería del 2.° nivel. Aproveche este tiempo para volver a presentar el proceso a los estudiantes y asegurarse de que todos se sientan familiarizados con las seis etapas.
Aprendizaje del inglés
Comprender la frase engineering design process es necesario para participar completamente en la actividad. Presente este término de forma explícita. Compartir el cognado en español de la frase engineering design process (proceso de diseño de ingeniería) puede ser útil. Además, considere compartir diagramas simplificados del proceso que incluyan andamiaje adicional para quienes están aprendiendo inglés.
Leer sobre Margaret E. Knight 10 minutos
Muestre a los estudiantes el texto Marvelous Mattie: How Margaret E. Knight Became an Inventor (Cómo Margaret E. Knight se convirtió en inventora) (McCully 2006) y establezca el objetivo de la lectura en voz alta. Explique que los estudiantes deben escuchar de qué forma Margaret, o Mattie, usó el proceso de diseño de ingeniería, una serie de razonamientos y acciones, para diseñar una máquina que podía cortar y pegar una bolsa de papel de fondo cuadrado. Cuando los estudiantes escuchen un razonamiento importante o una acción que aplicó Mattie para diseñar una bolsa de papel de fondo cuadrado, deben escribirlo en una nota adhesiva.
Nota para el maestro
Marvelous Mattie: How Margaret E. Knight Became an Inventor no contiene páginas numeradas. Considere escribir números pequeños en las páginas del texto para una referencia fácil. Por ejemplo, la lectura de esta lección comienza en la página 1, que comienza con “Mattie Knight lived in a little house in York, Maine.”
Lea en voz alta las páginas 1–4 y 17–28 del texto. En la segunda parte de la lectura de la página 17, comience con el párrafo que le sigue a la imagen (“Mattie moved away from home” [Mattie se fue de su casa]). Si fuera posible, proyecte las páginas del libro para que todos los estudiantes puedan seguir la lectura y ver las imágenes. Haga una pausa periódicamente para que los estudiantes registren notas sobre el proceso de diseño de Mattie.
Comentar sobre el proceso de diseño de ingeniería 19 minutos
Muestre el cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería (Recurso B de la Lección 21) y dirija la atención de los estudiantes a la primera etapa del proceso, Pregunta. Explique que los ingenieros definen un problema (es decir, ¿Qué problema necesitamos resolver? ¿Cómo sabemos que se resolvió el problema?) en la etapa Pregunta.
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Nota para el maestro
Después de la lectura, los estudiantes deben colocar sus notas en distintos niveles en el cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería (Recurso B de la Lección 21). Sin embargo, si los estudiantes no están familiarizados con el proceso, proyecte el Recurso A de la Lección 21 durante la lectura para ayudar a los estudiantes a esquematizar su razonamiento.
Diferenciación
Si los estudiantes aún no están familiarizados con el proceso de diseño de ingeniería, podrían tener dificultades para identificar ejemplos del texto. Para ayudar a los estudiantes a comprender mejor el proceso, regrese al texto y haga un modelo con la evidencia que encuentre para algunas etapas. Comparta el razonamiento en voz alta para demostrar cómo los estudiantes pueden llegar a una determinada evidencia, por ejemplo, “Observo en la página 17 que Mattie trabajaba en una fábrica de bolsas de papel y noté de que las bolsas de papel no podrían contener artículos pesados sin romperse. Colocaré esta evidencia en la sección Pregunta porque ese ejemplo forma parte de definir el problema”.
¿Qué problema quería resolver Mattie?
Las bolsas de papel hechas en la fábrica se rompían cuando las personas trataban de llevar artículos pesados en ellas. (Página 17)
Las bolsas de papel hechas en la fábrica no se mantenían en posición vertical y había que sostenerlas abiertas para llenarlas. (Página 17)
Mattie quería construir una máquina para fabricar bolsas de papel de fondo cuadrado que fueran más resistentes y se mantuvieran en posición vertical. (Página 18)
Invite a los estudiantes a compartir evidencia pertinente de sus notas adhesivas y a pegar sus notas donde dice Pregunta en el cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería. Si es necesario, vuelva a leer las oraciones pertinentes de las páginas 17–18 para ayudar a los estudiantes a recordar detalles.
Después, explique que en la sección Imagina, los ingenieros llevan a cabo investigaciones para aprender más sobre el problema, proponer posibles soluciones y seleccionar una solución para explorar.
¿De qué forma Mattie imaginó y pensó ideas para encontrar una solución posible para el problema de la bolsa de papel?
Mattie trabajaba en una fábrica de bolsas, así que ya tenía algo de experiencia en máquinas que fabrican bolsas de papel. (Página 18)
Mattie puso un taller en su sótano y esbozó sus ideas. (Página 19)
Invite a los estudiantes a compartir la evidencia pertinente de sus notas adhesivas y a pegar sus notas donde dice Imagina en el cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería. Si es necesario, vuelva a leer las oraciones relevantes en las páginas 18–19.
Pregunta
Construir una máquina para hacer bolsas de papel con fondo cuadrado Las bolsas de papel se rompían cuando se llenaban de artículos pesados.
Necesitaba una mejor máquina de bolsas de papel.
Imagina
Puso un taller en su sótano.
Tenía experiencia trabajando en una fábrica de bolsas.
Dibujó ideas para una máquina.
MejoraPlanifica
El primer prototipo no funcionó.
Hizo versiones de su máquina en recortes de papel. Tuvo que arreglar la máquina cuando el papel se atoró.
Siguió dibujando en su cuaderno.
Crea
Comparte
Comprobó en un tribunal que el diseño era suyo.
Fundó una compañía de bolsas de papel.
Fue a Boston para obtener una patente.
Construyó un prototipo de madera.
Usó herramientas para construir su máquina
Continúe presentando las etapas del proceso de diseño de ingeniería usando las siguientes preguntas para analizar la experiencia de Mattie en cada etapa. Después de cada pregunta, pida a los estudiantes que completen la siguiente sección del cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería con las notas adhesivas correspondientes.
Explique que, en la sección Planifica, los ingenieros comienzan a elaborar un plan de diseño detallado (p. ej., dibujos, modelos físicos) y reúnen los materiales requeridos.
¿Cómo planificó Mattie su diseño?
Mattie esbozaba en su cuaderno. (Página 19)
Realizó versiones de su máquina en recortes de papel. (Página 21)
Explique que en la etapa Crea, los ingenieros siguen un plan para construir un prototipo y prueban el diseño. Explique a los estudiantes que un prototipo es un modelo de trabajo de un dispositivo que los ingenieros usan para probar el diseño antes de crear el dispositivo final.
¿Cómo probó Mattie su diseño de máquina para fabricar bolsas?
Usó la vieja caja de herramientas de su padre para crear un prototipo. (Página 21)
Mattie hizo un prototipo con madera y probó si funcionaba. (Página 21)
Explique que, en la etapa Mejora, los estudiantes vuelven a evaluar el diseño y los materiales, y determinan cómo mejorar el prototipo.
¿Cómo mejoró Mattie su diseño de la máquina para fabricar bolsas?
La primera vez que Mattie probó su máquina, descubrió que el papel se atoraba. Debía mejorar la máquina para que funcione sin interrupciones. (Página 21)
Trabajó con un taller de máquinas para crear un prototipo de hierro. (Página 23)
Explique que, en la etapa Comparte, los ingenieros registran y comparten ideas con otras personas para recibir retroalimentación y apoyo.
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¿Cómo compartió Mattie su idea?
Fue a Boston para obtener una patente para su diseño, pero cuando llegó a la oficina de patentes, se enteró de que alguien había robado su idea. (Página 25)
Mattie usó su cuaderno de diseños y patrones de papel para comprobar que el diseño de la máquina era suyo. (Página 27)
A Mattie le otorgaron la patente y usó su máquina para crear la Eastern Paper Bag Company. Su invención aún nos brinda las bolsas de papel que usamos hoy en día. (Página 28)
Después de analizar las etapas del proceso de diseño de ingeniería, pida a los estudiantes que le resuman el proceso a un compañero utilizando ejemplos de las experiencias de Mattie.
Luego, comente que el proceso de diseño de ingeniería es más como una red que un proceso circular o lineal porque hace que los ingenieros se muevan de una etapa a otra etapa. Muestre la imagen del proceso de diseño de ingeniería (Recurso A de la Lección 21) y dibuje flechas desde cada paso hacia los demás. Explique que el proceso de diseño de ingeniería es iterativo, ya que permite a los ingenieros usar lo que han aprendido en una etapa para revisar el trabajo que se ha completado en otra etapa. Por ejemplo, a menudo, los ingenieros imaginan, planifican, crean y mejoran sus diseños muchas veces antes de compartirlos con sus colegas.
Verificación de la comprensión
A medida que la clase completa el cuadro en blanco del proceso de diseño de ingeniería, use las respuestas de los estudiantes para evaluar si entienden los pasos y la naturaleza del proceso.
Evidencia
Busque evidencia de que todos los estudiantes comprenden cada etapa del proceso de diseño de ingeniería en el contexto de Margaret E. Knight diseñando su máquina de bolsas de papel.
Próximos pasos
Los estudiantes obtendrán experiencia adicional en el proceso de diseño de ingeniería al participar en el desafío de ingeniería. Apoye a los estudiantes según sea necesario refiriéndose al proceso de diseño de ingeniería durante el desafío de ingeniería.
Nota para el maestro
La imagen del proceso de diseño de ingeniería debe lucir como el que figura a continuación luego de dibujar las flechas entre cada etapa.
