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Preguntar sobre un problema de ingeniería
17 minutos
Dirija la atención de los estudiantes a la etapa Pregunta en la imagen del proceso de diseño de ingeniería (Recurso B de la Lección 11) colocando una marca como una nota adhesiva o un imán al lado de esa etapa. Informe a los estudiantes que los ingenieros comienzan el proceso de diseño de ingeniería en la etapa Pregunta: se preguntan cuál es el problema y cómo podrían resolverlo.
Muestre la fotografía de los científicos en un estanque (Recurso C de la Lección 11) y pida a los estudiantes que imaginen el siguiente escenario del Desafío de ingeniería.
Énfasis en Ideas básicas disciplinarias
En esta lección, los estudiantes hacen preguntas, hacen observaciones y recopilan información mientras piensan cómo resolver un problema a través de la ingeniería (ETS1.A). El enfoque del 1.er nivel es definir el problema y elaborar un solo criterio para el éxito. En el 3.er nivel, los estudiantes definirán varios criterios y restricciones para el éxito.
► Un grupo de científicos está haciendo observaciones sobre las plantas y los animales que se encuentran en un estanque. Para llegar al estanque, los científicos deben caminar junto a muchas plantas y las plantas raspan sus piernas.
Presente el problema de ingeniería y la Pregunta del fenómeno: ¿Cómo podemos proteger a los científicos en un estanque? Indique a los estudiantes que en este Desafío de ingeniería ayudarán a proteger a los científicos de que las plantas del estanque los raspen. Regrese a la fotografía de los científicos en el estanque.
► ¿Qué preguntas tienen sobre el problema?
▪ ¿Qué plantas se encuentran los científicos en el camino?
▪ ¿Llevan pantalones largos los científicos?
▪ ¿Qué altura tienen todas las plantas?
► ¿Cómo podemos aprender más sobre el problema de los científicos y responder a nuestras preguntas?
▪ Podemos observar más imágenes de las plantas por las que tienen que caminar.
▪ Podríamos caminar cerca de algunas plantas para ver cómo se siente.
Muestre las fotografías de los acúleos en el Recurso A de la Lección 8, que muestra una zarza de tallo blanco. Recuerde a los estudiantes que vieron estas fotografías en la Lección 8 cuando investigaron los acúleos.
Indique a los estudiantes que esta planta se llama zarza de tallo blanco y que rodea el estanque donde trabajan los científicos.
► ¿Qué recuerdan de esta planta?
▪ Tiene acúleos que la protegen.
Muestre la fotografía de la planta de zarza en estado de letargo (Recurso D de la Lección 11). Explique que la fotografía muestra una zarza de tallo blanco en invierno, cuando no tiene hojas.
► ¿Qué observan?
▪ La planta tiene muchos acúleos.
▪ Las ramas están enredadas.
▪ Los acúleos se ven muy afilados.
► ¿Qué creen que podría pasar si se acercan a la planta?
▪ Me pueden raspar.
▪ Me puedo pinchar con los acúleos afilados.
Dé a los estudiantes unos minutos para que usen la rutina Pensar–Trabajar en parejas–Compartir para responder a la siguiente pregunta.
► ¿Qué podemos hacer para ayudar a proteger a los científicos en el estanque de los acúleos de la zarza?
▪ Podemos hacerles pantalones especiales.
▪ Quizá podamos hacer un escudo para los científicos.
▪ Podríamos hacer algo para sacar las ramas del camino.
Desarrolle las respuestas de los estudiantes para sugerir que una cubierta protectora ayudaría a proteger a los científicos de acúleos sin dañar las plantas cercanas al estanque. Explique que una cubierta protectora es algo que se coloca sobre una parte del cuerpo para evitar que se lastime.
Lea de nuevo el escenario del Desafío de ingeniería a los estudiantes. A continuación, pida a los estudiantes que trabajen de forma independiente para hacer un dibujo del problema en la sección Pregunta de sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad A de la Lección 11).
Cuando los estudiantes terminen de dibujar, divida la clase en grupos para el Desafío de ingeniería. Pida a los estudiantes que compartan sus dibujos con los miembros de su grupo. Luego, distribuya una hoja de papel a cada grupo y pida a los estudiantes de cada grupo que trabajen juntos para crear un dibujo grupal del problema. A medida que los grupos trabajan en su dibujo, indique a los estudiantes que piensen en una o dos preguntas sobre el problema y pídales que escriban las preguntas en su dibujo. Circule para comentar las preguntas sobre el problema de cada grupo.
Nota para el maestro
Al formar grupos, tenga en cuenta las necesidades de cada estudiante para que los grupos tengan una variedad de habilidades. Para asegurarse de que todos los miembros del grupo participen en el dibujo del problema, considere dar a cada estudiante un crayón o marcador de color diferente y solicite que cada color aparezca en el dibujo.
Diferenciación
Para apoyar a los estudiantes con dificultades para la escritura, considere la posibilidad de exhibir iniciadores de oración, como los siguientes:
▪ Me pregunto …
▪ ¿Cómo …
▪ ¿Por qué …
▪ ¿Qué …
Énfasis en Prácticas de ciencias e ingeniería
Los estudiantes hacen preguntas, hacen observaciones y recopilan información (ETS1.A) para definir el problema de los científicos (SEP.1). Busque evidencias de que los estudiantes hacen un dibujo que representa el problema y que hacen preguntas para ayudarlos a definirlo.
Ejemplo de respuesta del estudiante:
¿Qué altura tienen las plantas?
Después de que los estudiantes terminen, haga que varios grupos compartan sus dibujos con la clase.
Recuerde a los estudiantes que en la etapa Pregunta los ingenieros preguntan cuál es el problema y cómo podrían resolverlo. Cree un cuadro de problema y solución de la clase con dos columnas. Pregunte a los estudiantes las siguientes preguntas y use sus respuestas para rellenar las columnas.
► ¿Cuál es el problema de los científicos?
▪ Tienen que caminar junto a plantas que raspan sus piernas para llegar al estanque.
▪ No quieren que los acúleos los raspen.
► ¿Cómo crearemos una solución al problema de los científicos?
▪ Crearemos una cubierta protectora para sus piernas.
▪ Tenemos que hacer algo para cubrirle las piernas para que no se raspen.
Ejemplo de cuadro de problema y solución de la clase:
¿Cuál es el problema? ¿Cuál es la solución?
Cuando los científicos caminan hacia el estanque, sus piernas se raspan con acúleos afilados.
Haremos una cubierta protectora para sus piernas.
Nota para el maestro
Los estudiantes volverán a usar este cuadro en las Lecciones 12 y 13. Anote el cuadro en papel de rotafolio o en una pizarra blanca y exhíbalo durante las dos lecciones siguientes. También deje espacio para una tercera columna a la derecha para anotar cómo saben los estudiantes si su solución funciona.
► ¿Cómo sabremos si funciona nuestra cubierta protectora?
▪ Las plantas no rasparán las piernas de los científicos.
▪ Si funciona, protegerá las piernas de los científicos.
Confirme que la cubierta protectora funciona si las piernas de los científicos no se raspan. Explique a los estudiantes que cada grupo creará una cubierta protectora y que los estudiantes de cada grupo tendrán que probar su cubierta para saber si funciona.
► ¿Cómo podríamos poner a prueba cada cubierta protectora para saber si funciona?
▪ Podríamos rasparla con una rama de una planta de zarza.
▪ Podríamos cubrirnos las piernas y pasar cerca de plantas con acúleos para ver si nos raspan.
Acepte todas las respuestas, pero enfatice que los ingenieros ponen a prueba sus soluciones de otras maneras antes de realizar pruebas en seres humanos. Muestre el tenedor y el portapapeles con papel carbón y papel para impresora, y explique que los estudiantes utilizarán estos materiales para poner a prueba sus cubiertas protectoras.
Indique a los estudiantes que el tenedor representa los acúleos que raspan las piernas de los científicos y que el papel para impresora debajo del papel carbón representa la piel de las piernas de los científicos. Explique a los estudiantes que colocarán cada cubierta protectora encima del portapapeles y ambas hojas de papel, por lo que debe ser lo suficientemente pequeña como para caber en el portapapeles.
A continuación, demuestre el procedimiento de prueba para mostrar cómo el tenedor raspa el papel para impresora, igual que los acúleos raspan la piel de los científicos. Presione el tenedor de manera uniforme (pero no demasiado fuerte) sobre el papel carbón y muévalo hacia abajo, manteniendo un contacto uniforme mientras mueve el tenedor. Muestre a los estudiantes las marcas que se hicieron en el papel para impresora.
Nota para el maestro
En este Desafío de ingeniería, los estudiantes desarrollan modelos funcionales, o prototipos, para representar sus cubiertas protectoras. Si es necesario, guíe a los estudiantes para que vean que podrían utilizar sus modelos para informar el desarrollo de versiones a gran escala de sus diseños. Los estudiantes aprenderán más sobre por qué los ingenieros crean y ponen a prueba prototipos en el 3.er nivel.
Nota para el maestro
Puede ser útil mencionar que un modelo nunca es exactamente lo mismo que lo que representa. Considere discutir las diferencias entre el papel para impresora y la piel de verdad.
Nota para el maestro
Al analizar los materiales de prueba y el procedimiento de prueba, explique que el portapapeles mantiene los materiales unidos durante las pruebas.
Nota para el maestro
En este Desafío de ingeniería, los estudiantes pueden poner a prueba sus diseños durante la etapa Crea. Sin embargo, el maestro realiza las pruebas finales de los diseños de los estudiantes. Considere experimentar con el procedimiento de prueba antes de enseñar esta lección para familiarizarse con la susceptibilidad y fragilidad del papel carbón.
► ¿Qué mostrará la prueba si la cubierta protectora funciona?
▪ Si la cubierta funciona, el papel blanco no tendrá raspones.
Vuelva a dirigir la atención de los estudiantes al cuadro de problema y solución de la clase. Cree una nueva columna, ¿Cómo sabremos si la solución funciona? y rellene la columna con las respuestas de los estudiantes.
Ejemplo de cuadro de problema y solución de la clase:
¿Cuál es el problema? ¿Cuál es la solución?
Cuando los científicos caminan hacia el estanque, sus piernas se raspan con acúleos afilados.
¿Cómo sabremos si la solución funciona?
Haremos una cubierta protectora para sus piernas. Si no hay marcas en el papel blanco, sabemos que sus piernas no se rasparán.
Repasar las partes protectoras del cuerpo 1
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Recuerde a los estudiantes la Pregunta del fenómeno: ¿Cómo podemos proteger a los científicos en un estanque?
► ¿Cómo obtuvieron da Vinci y de Mestral ideas sobre cómo hacer la máquina voladora y el cierre de gancho y bucle?
▪ Imitaron las partes del cuerpo de plantas y animales.
▪ Observaron cómo vuela un ave y cómo un abrojo se engancha a las cosas.
▪ Observaron partes del cuerpo.
Resalte las respuestas de los estudiantes que se centran en las partes del cuerpo y repase el hecho de que los ingenieros pueden ayudar a resolver los problemas humanos estudiando cómo las plantas y los animales usan las partes del cuerpo. Guíe a los estudiantes a razonar que pueden usar lo que saben sobre las partes del cuerpo de plantas y animales de estanque cuando fabrican sus cubiertas protectoras.
► ¿Creen que podemos imitar las funciones de las partes del cuerpo de plantas y animales para ayudar a proteger a los científicos?
▪ Sí, creo que podemos imitar partes del cuerpo que ayudan a proteger a los animales y las plantas.
Nota para el maestro
Considere la posibilidad de exhibir papel para impresora marcado y sin marcar en el cuadro de problema y solución en la columna titulada: ¿Cómo sabremos si la solución funciona? como representación visual de los posibles resultados. Escriba una X en el papel para impresora marcado y una marca de verificación en el papel sin marcar.
► ¿Qué partes del cuerpo podemos imitar?
▪ Podemos imitar un caparazón o escamas porque protegen a los animales.
▪ Tal vez podríamos imitar la corteza de un árbol. La corteza ayuda a proteger los árboles.
Confirme que los estudiantes pueden imitar las partes del cuerpo que ayudan a las plantas y los animales a protegerse para fabricar sus cubiertas protectoras. Cree un cuadro de la clase de las partes protectoras del cuerpo para anotar las que compartieron los estudiantes e invite a los estudiantes a hacer una lluvia de ideas de ejemplos adicionales de las plantas y animales que estudiaron en el Concepto 1. Si es necesario, pida a los estudiantes que piensen en las estaciones de las partes protectoras del cuerpo de los animales de la Lección 5 y las estaciones de las partes protectoras del cuerpo de las plantas de la Lección 8. Pida a los estudiantes que recuerden cómo se veían y se sentían esas partes protectoras.
Ejemplo de cuadro de la clase de las partes protectoras del cuerpo:
Partes protectoras del cuerpo
▪ púas de puercoespín: afiladas, puntiagudas, duras, largas
▪ caparazón de mejillón: duro, redondo
▪ escamas de piscardo: planas, duras
▪ caparazón de tortuga: duro, cubre gran parte del cuerpo
▪ caparazón de cangrejo de río: duro
▪ cáscara de bellota: dura, redonda, lisa
▪ corteza de árbol: dura, áspera, irregular
Regrese al cuadro de problema y solución de la clase. Indique que los estudiantes deben imitar una parte protectora del cuerpo de un animal o planta cuando creen sus cubiertas protectoras.
Nota para el maestro
Los estudiantes volverán a usar este cuadro en la Lección 12. Anote el cuadro en papel de rotafolio o en una pizarra blanca y exhíbalo durante la siguiente lección.
Nota para el maestro
Si los materiales de la estación de las Lecciones 5 y 8 están disponibles, considere exhibirlos para que los estudiantes los observen. Los estudiantes también pueden beneficiarse de consultar lo que han escrito en sus Cuadernos de ciencias para esas lecciones.
Ejemplo de cuadro de problema y solución de la clase:
¿Cuál es el problema? ¿Cuál es la solución?
Cuando los científicos caminan hacia el estanque, sus piernas se raspan con acúleos afilados.
