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Lección 22
Objetivo: aplicar el proceso de diseño de ingeniería para diseñar una estructura que reduzca el impacto de las inundaciones provocadas por la marejada
Iniciar
El primer día del desafío de ingeniería, revise la Pregunta del fenómeno ¿Cómo pueden las personas diseñar mejores soluciones para reducir el impacto de los peligros meteorológicos? Pida a los estudiantes que recapitulen ideas clave de la lección anterior sobre cómo la marejada ciclónica puede dañar las casas y otras propiedades de una comunidad costera. Diga a los estudiantes que seguirán los pasos de Margaret E. Knight mientras imaginan, planifican y crean una solución a través de un diseño que reduzca el impacto de las inundaciones provocadas por la marejada ciclónica.
Aprender
40 minutos
Preguntar sobre un problema de ingeniería
10 minutos
Exhiba la fotografía de una comunidad costera (Recurso C de la Lección 21) y pida a los estudiantes que imaginen el siguiente escenario de desafío de ingeniería.
Agenda
Iniciar (3 minutos)
Aprender (40 minutos)
Hacer preguntas sobre un problema de ingeniería (10 minutos)
Imaginar una solución a través de un diseño (15 minutos)
Planificar una solución a través de un diseño (15 minutos)
Cerrar (2 minutos)
Nota para el maestro
A lo largo de los niveles 3–5, los estudiantes continúan construyendo su conocimiento sobre el proceso de diseño de ingeniería. Los módulos del 3.er nivel presentan paulatinamente complejidades nuevas al proceso de diseño de ingeniería que los estudiantes usarán a lo largo de los niveles 3–5. En este módulo, los estudiantes se concentran en lograr una comprensión más profunda de las etapas Pregunta e Imagina.
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Viven en una comunidad costera con probabilidades de que se produzcan huracanes. Muchas personas construyen sus casas sobre la costa o cerca de ella, como las casas que se ven en la fotografía. Los integrantes de la comunidad deciden que un rompeolas es la mejor solución para proteger a estas casas de una inundación potencial provocada por la marejada ciclónica durante un huracán. Quieren que los ayuden a diseñar el rompeolas.
Explique que un rompeolas es una estructura que se construye a lo largo de la costa para evitar que el agua del océano llegue a tierra firme. Luego, pida a los estudiantes que resuman el problema y que lo registren en la sección Pregunta de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 22).
Ejemplo de resumen de un problema:
La inundación provocada por una marejada ciclónica puede dañar las casas que están cerca de la costa.
Diga a los estudiantes que los ingenieros también deben determinar los criterios y las limitaciones en la etapa Pregunta. Explique que los criterios describen los requisitos para una solución a través de un diseño, es decir, qué se necesita para que el diseño tenga éxito. Después, explique que las limitaciones describen las restricciones de las soluciones de diseño, es decir, bajo qué condiciones se debe resolver el problema. Algunas limitaciones de ingeniería comunes son el tiempo, el costo y los materiales.
Aprendizaje del inglés
Los términos criteria y constraints (limitaciones) se usan constantemente en el desafío de ingeniería. Presente estos términos de forma explícita. Compartir el cognado en español de criteria (criterios) puede ser útil.
Recuerde a los estudiantes que diseñarán un rompeolas para solucionar el problema de las inundaciones provocadas por la marejada ciclónica. Después, analicen los criterios y las limitaciones que el rompeolas de los estudiantes debe cumplir. Pida a los estudiantes que registren los criterios y las limitaciones en la sección Pregunta de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 22).
Formule las siguientes preguntas para ayudar a los estudiantes a establecer los criterios para sus diseños de rompeolas:
¿Cuál es un nivel de inundación aceptable para una comunidad costera?
No debería haber ninguna inundación. Cualquier inundación podría dañar las casas de la comunidad.
¿Cómo sabrán si está ocurriendo una inundación? ¿Qué podrían ver?
El agua entra a las casas de la comunidad.
El agua del océano pasará al otro lado del rompeolas y entrará a la comunidad.
¿Cómo sabrán si su rompeolas tiene éxito? ¿Qué podrían observar?
El rompeolas evitará que el agua entre a la comunidad.
El agua no pasará más allá del rompeolas.
Formule la siguiente pregunta para ayudar a los estudiantes a establecer las limitaciones para sus diseños de rompeolas:
Cuando diseñen su rompeolas, ¿qué limitaciones deben tener en cuenta?
No podremos probar nuestro rompeolas en una comunidad de verdad, pero podemos construirlo y probarlo en un cesto de plástico.
Solo podemos usar los materiales del salón de clases.
Ejemplo de criterios y limitaciones:
CriteriosLimitaciones
El rompeolas debe impedir que el agua llegue a la comunidad.
El rompeolas debe caber dentro de un cesto de plástico.
El rompeolas debe estar hecho con los materiales de la clase que nos da nuestra maestra.
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Diferenciación
A medida que los estudiantes analizan y registran los criterios y las limitaciones, considere proporcionar esquemas de oraciones para ayudar a los estudiantes que están aprendiendo inglés y a los que tienen dificultades para escribir.
La comunidad debe _____. La solución debe _____.
Pida a los estudiantes que regresen a la imagen del proceso de diseño de ingeniería de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 21). Dirija la atención de los estudiantes a la etapa Pregunta y explique que tanto definir el problema como identificar los criterios y las limitaciones para la solución son partes importantes de esta etapa. Pida a los estudiantes que dibujen dos círculos cerca de la etapa Pregunta y que escriban las siguientes frases, una en cada círculo:
Define el problema
Identifica los criterios y las limitaciones
Imaginar una solución a través de un diseño 15 minutos
Repase las expectativas de la clase para el trabajo en grupo y asigne los grupos de estudiantes para el desafío de ingeniería. Luego, dirija la atención de los estudiantes a la etapa Imagina del proceso de diseño de ingeniería. Explique que, en esta etapa, los ingenieros suelen investigar el problema y estudiar los diseños anteriores. Después, los ingenieros proponen diseños nuevos o analizan cómo modificar los diseños anteriores para cumplir mejor con los criterios y las limitaciones y seleccionan la mejor solución a través de un diseño. Diga a los estudiantes que trabajarán en sus grupos para investigar, proponer ideas y desarrollar sus propios diseños.
Exhiba las fotografías de cuatro rompeolas diferentes (Recurso de la Lección 22). Pida a los estudiantes que comenten en grupo lo que observan sobre cada rompeolas. Pida a los estudiantes que compartan sus observaciones con la clase. Mientras los estudiantes comparten, registre sus observaciones cerca de cada fotografía exhibida.
Nota para el maestro
Guíe a los estudiantes para que agreguen círculos a la etapa Pregunta, tal como los que se muestran a continuación.
Fotografías de rompeolas con ejemplo de respuestas de los estudiantes:
El rompeolas está inclinado. El rompeolas parece más una escalera que un muro.
El rompeolas va derecho hacia arriba y abajo. El rompeolas es curvo.
Use las respuestas de los estudiantes para acordar que cada rompeolas tiene una forma distinta. Pregunte a los estudiantes cuánto éxito creen que tendría cada rompeolas para impedir el ingreso del agua y prevenir las inundaciones.
Ejemplo de las respuestas de los estudiantes:
Creo que el muro vertical sería el mejor porque es el más alto.
Creo que sería difícil que el agua pasara por encima del borde del rompeolas curvo.
Creo que los escalones servirían para ir deteniendo el agua antes de que llegue a la parte superior del rompeolas.
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Indique que ahora los grupos deben usar su conocimiento sobre la marejada ciclónica y los rompeolas con formas distintas para proponer diseños de rompeolas posibles. Aliente a los estudiantes a que sean creativos con sus diseños. Los estudiantes pueden usar los rompeolas de las fotografías a modo de inspiración, pero deben sentirse libres de diseñar cualquier forma que crean que detendrá eficazmente el agua de una marejada ciclónica.
Pida a los grupos que registren sus razonamientos en la sección Imagina de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 22). Luego pida a los estudiantes que repasen el problema de ingeniería, los criterios y las limitaciones antes de seleccionar un diseño de rompeolas para armar y probar.
Cuando los estudiantes hayan seleccionado el diseño de rompeolas, pídales que regresen a la imagen del proceso de diseño de ingeniería de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 21). Haga hincapié en que realizar investigaciones, proponer soluciones y seleccionar una solución son todas partes importantes de la etapa Imagina. Pida a los estudiantes que dibujen tres círculos cerca de la etapa Imagina y que escriban las siguientes frases, una en cada círculo:
Investiga
Comparte soluciones
Escoge una solución
Planificar una solución a través de un diseño 15 minutos
Indique a los estudiantes que ya están listos para desarrollar un plan para construir y probar sus soluciones de diseño. Recuerde a los estudiantes los materiales disponibles para usar y guíelos para que creen un diagrama de su diseño en la sección Planifica de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 22). Los diagramas de los estudiantes deben mostrar la ubicación propuesta para el rompeolas en el cesto de plástico y la forma del rompeolas que construirán. Además, los estudiantes deben indicar qué materiales usarán para cada parte.
Si fuera necesario, oriente a los estudiantes para que reconozcan que pueden usar arcilla para modelar para construir el rompeolas. Además, guíe a los estudiantes hacia la idea de colocar la rampa de papel aluminio en el agujero del cesto de plástico y explique que el sostener la rampa en una pendiente mientras se vierte el agua puede simular una marejada ciclónica. Los estudiantes deben planificar construir su rompeolas cerca del centro del cesto de plástico para dejar suficiente espacio de modo que el agua corra rampa abajo hacia la comunidad.
Nota para el maestro
Guíe a los estudiantes para que agreguen círculos a la etapa Imagina, tal como los que se muestran a continuación.
Nota para el maestro
Los estudiantes pueden planificar usar pedazos de arcilla u otros objetos pequeños para representar la comunidad que intentan proteger.
Nota para el maestro
Los estudiantes pueden generar ideas para soluciones poco realistas. Procure que los estudiantes consideren diseños prácticos. Use preguntas como estas para guiarlos hacia soluciones realistas: ¿Están disponibles estos materiales?
¿Podríamos construir esto? ¿Cómo funcionaría eso?
Ejemplo de diagrama:
Vista desde arribaForma de rompeolas
Cerrar 2 minutos
Repase con los estudiantes las etapas que han completado del proceso de diseño de ingeniería. Pida a los estudiantes que compartan ejemplos de las tareas que realizaron en cada etapa.
Ejemplo de las respuestas de los estudiantes:
En la etapa Pregunta, definimos el problema. Nos dimos cuenta de que necesitamos construir un rompeolas para proteger las casas de una comunidad costera contra la marejada ciclónica.
En la etapa Imagina, investigamos acerca de los distintos tipos de rompeolas y propusimos soluciones posibles.
En la etapa Planifica, creamos un diagrama para mostrar de qué forma nuestro grupo construirá el rompeolas.
Indique a los estudiantes que en la próxima lección avanzarán a la etapa Crea mientras construyen y prueban sus diseños.
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