Movimiento y diseño by alberto manzog

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CRECIMIENTO �� DE LAS PLANTAS �� MOVIMIENTO Y DISEÑO �� Libro de preparación de clases 5º Año de Enseñanza Básica

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CONTENIDO

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ÍNDICE

Prefacio Metas para Movimiento y Diseño Introducción Lista de Materiales Enseñanza de Movimiento y Diseño Lección 1 Diseño de vehículos: Punto de partida Lección 2 Usemos dibujos para registrar y construir Lección 3 Movamos un vehículo: Examinemos las fuerzas Lección 4 Probemos el movimiento de vehículos que llevan una carga Lección 5 Diseñemos vehículos que cumplan requisitos de diseño Lección 6 Evaluemos el diseño de un vehículo: Examinemos la energía de la banda elástica Lección 7 Probemos los efectos de la energía de la banda elástica Lección 8 Evaluemos el diseño del vehículo: Examinemos la fricción Lección 9 Diseñemos y construyamos un vehículo con una vela Lección 10 Probemos los efectos de la resistencia del aire sobre el movimiento de un vehículo Lección 11 Construyamos un vehículo impulsado por hélice Lección 12 Analicemos el movimiento y el diseño de un vehículo impulsado por hélice Lección 13 Examinemos los costos Lección 14 Planifiquemos nuestro desafío de diseño final Lección 15 Perfeccionemos nuestro diseño Lección 16 Presentemos nuestro desafío de diseño final Evaluación post-Unidad

7 9 11 13 15 27 37 45 53 63 71 77 83 91 97 105 111 117 123 135 139 143

PREFACIO

Desde 1988, el Centro Nacional de Recursos Científicos ha estado desarrollando “Ciencia y Tecnología para Niños” (STC), un innovador programa de Ciencias con actividades experimentales para niños entre primero y sexto año básico. Las 24 unidades del programa STC, cuatro para cada año, están diseñadas para proporcionar a todos los alumnos experiencias estimulantes en las Ciencias de la vida, de la tierra y físicas, y la tecnología, a la vez que desarrolla simultáneamente sus capacidades de razonamiento crítico y de resolución de problemas. Las unidades de STC otorgan la oportunidad para que los niños aprendan conceptos y habilidades apropiados a su edad y adquieran actitudes y hábitos mentales científicos. En los primeros años, los alumnos comienzan su estudio de las Ciencias observando, midiendo e identificando propiedades. Después pasan por una progresión de experiencias hasta culminar, en sexto año básico, con el diseño de experimentos controlados.

Secuencia de las Unidades STC Vida, Tierra, Ciencias Físicas y Tecnología

Nivel 1

Organismos

Clima

Sólidos y líquidos

Comparar y medir

El ciclo de vida de las mariposas

Tierra

Cambios

Equilibrar y pesar

Desarrollo y crecimiento de las Plantas

Piedras y minerales

Pruebas químicas

Sonido

Estudio de los animales

Tierra y clima

Circuitos eléctricos

Movimiento y diseño

Micromundos

Ecosistemas

Química de los alimentos

Flotar y hundir

Experimentos con plantas

Medición del tiempo

Imanes y motores

La Tecnología del papel

El ciclo de aprendizaje “Concentrar-explorar-reﬂexionar-aplicar” que está incorporado a las unidades de STC, está basado en resultados de investigaciones sobre el aprendizaje infantil. Estas conclusiones indican que el conocimiento es activamente construido por el sujeto del aprendizaje y que los niños aprenden mejor Ciencias en un ambiente experimental, donde pueden hacer sus propios descubrimientos. Los pasos del ciclo de aprendizaje son los siguientes: -

Focalizar: explorar y clariﬁcar las ideas que los niños poseen sobre una materia. Explorar: capacitar a los niños para que se comprometan en exploraciones directas de objetos, organismos o fenómenos cientíﬁcos a investigar.

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Reﬂexionar: animar a los alumnos a discutir sus observaciones y a ponerse de acuerdo en sus ideas. Aplicar: ayudar a los niños a que discutan y apliquen nuevas ideas a situaciones diferentes.

Secuencia del Desarrollo de Habilidades de Razonamiento Científico Habilidades de razonamiento científico Observar, medir e identificar propiedades Buscar evidencia Reconocer patrones y ciclos Identificar causas y efectos Extensión de los sentidos Diseño y realización de experimentos controlados

Niveles 1

•

• •

Mediante el ciclo de aprendizaje en las unidades de STC, los alumnos tienen la oportunidad de desarrollar una mejor comprensión de importantes conceptos científicos y actitudes positivas hacia la ciencia. Las unidades de STC otorgan a los profesores una variedad de estrategias para evaluar el aprendizaje de los alumnos. Las unidades de STC también ofrecen oportunidades a los docentes para ligar la enseñanza de las Ciencias con el desarrollo de habilidades en el campo de las matemáticas, el lenguaje, artes plásticas y las ciencias sociales. Adicionalmente, promueven el aprendizaje a través de la cooperación, ayudando así a los alumnos a desarrollar la valiosa habilidad de trabajar en equipo. En el amplio proceso de investigación y desarrollo empleado en todas las unidades de STC, científicos y educadores, incluyendo a experimentados profesores de educación básica, actúan como consultores de profesores-diseñadores, que investigan, experimentan en el aula y redactan las unidades. El proceso comienza con el estudio realizado por el diseñador del contenido de la unidad y sus presupuestas pedagógicas. Luego, antes de componer la unidad, el diseñador realiza una “enseñanza de prueba” en escuelas públicas del área metropolitana de Washington D.C. Una vez que un módulo está redactado, el NSRC evalúa su efectividad con respecto a los alumnos, realizando estudios de campo en escuelas públicas a nivel nacional, étnicamente diversas, urbanas, rurales y sub-urbanas. En esta etapa, las secciones de evaluación de cada unidad son, a su vez, evaluadas por el Programa “Grupo de Evaluación e Investigación” del Lesley College, en Cambridge, Massachussets. Las ediciones finales de las unidades de estudio reflejan la incorporación de las respuestas de alumnos y profesores en los estudios de campo y los comentarios en torno a su precisión y equilibrio de los destacados científicos y educadores de Ciencias que forman parte del Consejo Asesor de STC.

Movimiento y Diseño

METAS PARA MOVIMIENTO Y DISEÑO

Esta Unidad brinda una oportunidad para que los alumnos exploren la física del movimiento y apliquen esos conceptos al diseño tecnológico. Desde su experiencia, los estudiantes son introducidos a los siguientes conceptos, habilidades y actitudes: Conceptos Una fuerza es cualquier presión o atracción sobre un objeto. Se necesita de una fuerza desequilibrada para mover a un objeto inmóvil, para detener a un objeto móvil o cambiar la trayectoria de un objeto móvil. Una fuerza puede cambiar la velocidad de un objeto. Fuerzas mayores pueden cambiar la velocidad de un objeto más rápidamente que fuerzas más pequeñas. La fricción es la fuerza que se produce cuando dos superficies rozan una contra otra. La fricción se opone al movimiento. Si la misma fuerza es aplicada a un vehículo liviano y a uno pesado, la velocidad del vehículo liviano variará más que la del vehículo pesado. Se puede depositar energía en una banda elástica y liberarla para hacer girar un eje o una hélice para que un vehículo se mueva. Una hélice que gira ejerce una fuerza que empuja el aire hacia atrás y mueve un vehículo hacia adelante. La fricción debe ser tomada en consideración cuando se diseña un vehículo. La resistencia del aire es una fuerza que puede aminorar la velocidad de un vehículo en movimiento. Los requerimientos de diseño especifican cuál debe ser el rendimiento de un vehículo u otro producto. El costo es un factor importante en el diseño de un producto. Los ingenieros desarrollan, modifican y mejoran diseños para que cumplan requerimientos específicos. Habilidades Diseñar, construir, probar y modificar vehículos que cumplan requerimientos de diseño. Construir vehículos a partir de dibujos con vistas de dos o tres ángulos. Registrar el diseño de vehículos con dibujos. Observar cómo se mueve un objeto y describir su movimiento y cambios en éste. Medir el tiempo de desplazamiento de un vehículo en una distancia dada. Recopilar y registrar datos y analizarlos para determinar valores representativos. Predecir el efecto de la aplicación de una fuerza sobre cómo se mueve el vehículo. Registrar y comparar las distancias a que se desplaza un vehículo bajo diferentes condiciones. Diseñar un vehículo impulsado por energía acumulada. Resolver problemas de diseño usando datos previamente recopilados. Comunicar los resultados de una investigación por medio de Hojas de Registro, observaciones escritas, dibujos y la discusión en clase.

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Actitudes Reconocer el papel que juega el diseño tecnológico en la resolución de problemas cotidianos. Apreciar cómo la ciencia puede ser usada para resolver problemas prácticos. Reconocer la importancia de ensayos reiterados para obtener resultados de prueba válidos. Valorar la aplicación de resultados de prueba para investigaciones futuras.

Movimiento y Diseño

INTRODUCCIÓN

Un lactante empuja un auto de juguete por el piso. Un niño lucha por tirar un carro cargado de leña. Una niña advierte cómo la rueda de su bicicleta fricciona contra los tapabarros, dificultando su desplazamiento. Desde muy pequeños, los niños experimentan los principios del movimiento al jugar con juguetes con ruedas o al usar vehículos para su recreación. Los niños son diseñadores y constructores naturales. Juegan con cualesquier material que tengan a mano y experimentan libremente para probar sus ideas. Niños que cuentan piezas para armar, aprenden a manipular sus partes, a realizar cambios en los objetos que han construido o a añadirles interesantes características. Movimiento y diseño combina ambos intereses de los niños. Les permite analizar el movimiento de los vehículos que han construido, investigar cómo las fuerzas afectan su movimiento y diseñar vehículos impulsados por energía almacenada. La Lección 1 está diseñada para revelar a los alumnos qué es lo que ya saben sobre movimiento y diseño y qué preguntas les surgen al respecto. Luego de familiarizarse con un set de piezas para armar, los niños diseñan y construyen un vehículo simple. En La Lección 2, los alumnos confeccionan un dibujo para registrar el vehículo que diseñaron y construyeron en la Lección 1 y proceden a construir un vehículo a partir de un esquema técnico estándar. El trabajo de los alumnos en estas dos lecciones sirve como evaluación pre-Unidad, análoga a la evaluación que se realiza al final de la Unidad. En la Lección 3, los alumnos usan el vehículo estándar armado en la lección anterior para investigar cómo se mueve un vehículo cuando varias fuerzas actúan sobre él. Los alumnos crean un sistema de peso descendente para tirar el vehículo. Al observar cómo el vehículo se mueve tirado por una cuerda, pueden investigar cómo una fuerza puede modificar el movimiento de un vehículo. En la Lección 4, los alumnos modificarán el vehículo de modo que pueda transportar una carga e investigarán cómo distintos tipos de carga afectan la manera en que el vehículo responde a una fuerza. Estas dos lecciones son la preparación para el desafío o desafío de diseño de la Lección 5. Ésta incluye una evaluación incorporada, en que los estudiantes deben construir un vehículo que se mueva una distancia y tiempo especificados. Los alumnos presentan sus resultados al curso y comentan las estrategias que usaron para cumplir con el desafío. En las lecciones 6 a 12, los alumnos investigan vehículos autopropulsados. En la Lección 6 deberán mover su vehículo estándar gracias a la energía almacenada en una banda elástica. Los alumnos pueden investigar libremente qué ocurre cuando adhieren la banda elástica al vehículo de diversas maneras. En la Lección 7, los alumnos realizan una investigación controlada en que determinan cómo la cantidad de veces en que se enrolla la banda elástica en torno al eje, afecta la distancia que se mueve el vehículo. De esta actividad surge el concepto de energía acumulada y ayuda a comprender que mientras mayor sea la energía almacenada en la banda elástica mayor será el cambio en el movimiento del vehículo. En la Lección 8, los alumnos evalúan el diseño de vehículos impulsados por ejes, centrándose específicamente en la fricción y en características de diseño que pueden favorecer o disminuir el movimiento del vehículo. Al intercambiar sobre qué partes del vehículo friccionan unas con otras, los estudiantes aprenderán la idea de que la fricción afecta el rendimiento del vehículo y que ese factor debe ser conside-

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rado en el diseño. En las lecciones 9 y 10, los alumnos extienden sus conocimientos sobre la fricción: diseñan vehículos con velas y prueban los efectos de la “fricción de aire” o resistencia al aire sobre el movimiento de sus vehículos. En las lecciones 11 y 12, los alumnos aplican lo que han aprendido sobre la física del movimiento y el proceso de diseño, al construir y probar un vehículo impulsado por hélice a partir de un dibujo técnico de tres vistas de la lección 11. En la Lección 12, se enfrentan a problemas de diseño más desafiantes: modifican características de diseño independientes de los vehículos y determinan los efectos de cada modificación de diseño sobre el movimiento del vehículo. La Lección 13 introduce otro requerimiento de diseño, el costo. A partir del valor de las distintas piezas para armar, los estudiantes establecen el costo total de sus vehículos impulsados por hélice y los rediseñan para reducir ese costo. Tras rediseñarlos, los vuelven a probar, para asegurarse que aún se mueven y realizar otras modificaciones, si es necesario. Después de haber hecho la reducción de costos, calculan el costo total de sus vehículos. En las lecciones 14 a 16, que constituyen una segunda evaluación incorporada, los alumnos pueden aplicar lo que han aprendido en la Unidad en un desafío de diseño final. En la Lección 14, los alumnos trabajan en equipos de seis personas y eligen uno entre varios desafíos de diseño. En una sesión de planificación, se deciden por un diseño, un sistema para moverlo, un costo y un método de pruebas. Luego, confeccionan un dibujo del vehículo proyectado. En la Lección 15, cada equipo construye, prueba, perfecciona y vuelve a probar su vehículo, asegurando que el proyecto se mantenga dentro del presupuesto fijado. Los grupos presentan sus soluciones de diseño finales en la Lección 16 y concluyen con una actividad de escritura reflexiva. A continuación sigue una evaluación post-Unidad, análoga a la de la Lección 1. Las evaluaciones adicionales aportan más preguntas y desafíos para evaluar el progreso de los alumnos, incluyendo el examen de vehículos reales y la elaboración de portafolios en que los alumnos organizan y exhiben una selección del trabajo realizado durante la Unidad. Esta Unidad es enriquecedora para los alumnos. Al igual que ingenieros, los alumnos prueban sus diseños de vehículos y los evalúan y perfeccionan repetidas veces, hasta que los diseños cumplan con las especificaciones. Como curso, los alumnos comparten la creatividad en la resolución de problemas, ideas para pruebas y la presentación de los resultados. Finalmente, reflexionan sobre su aprendizaje en la Unidad y comprenden cómo pueden aplicar estos conceptos y habilidades de resolución de problemas en sus vidas cotidianas.

Movimiento y Diseño

LISTA DE MATERIALES

Guía de Preparación de Clases Movimiento y Diseño Libros de Actividades del Estudiante Movimiento y Diseño 1 conjunto de piezas para armar 11 cubetas o baldes con tapa 10 cintas de medición, 100 cm. 10 Sets de lápices de colores 300 hojas de papel cuadriculado (10 Mm.), tamaño carta 1 plumón permanente de punta ﬁna 10 plantillas circulares 1 carrete de cordel delgado 1 caja de clips extra-grandes 30 golillas metálicas grandes 220 golillas metálicas chicas 10 vasos plásticos, 30 mL 10 sujetalibros, 13 x 12 x 13 cm., de aproximadamente 140 g 10 cronómetros 20 bloques de madera, 5 x 8 x 9 cm. 60 puntos auto-adherentes, diámetro 2 cm., color rojo 60 puntos auto-adherentes, diámetro 2 cm., color azul 60 puntos auto-adherentes, diámetro 2 cm., color verde 100 bandas elásticas pequeñas, Nº 16 40 bandas elásticas grandes, Nº 64 papel de máquina registradora, al menos 80 m 10 pedazos de cartulina, tamaño carta 25 remaches 11 hélices de dos aspas, 18 cm. de envergadura 11 ganchos con rosca, diámetro 0,3 cm. 30 lápices graﬁto con goma de borrar plumones de color 600 hojas sueltas de papel interlineado, tamaño carta Cuadernos de Ciencias papel Kraft 10 reglas métricas 2 rollos de cinta adhesiva papel de notas adhesivo 10 tijeras 2 perforadoras de papel (opcional) 10 calculadoras (opcional) libros (como base de una pista elevada) libros y manuales técnicos de vehículos de carga 10 láminas de madera terciada o trozos de cartón grueso, 28 x 122 x 0, 6 cm. gafas protectoras

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ENSEÑANZA DE MOVIMIENTO Y DISEÑO

La siguiente información sobre la estructura de la Unidad, estrategias de enseñanza, materiales y evaluación, le ayudará a guiar a los estudiantes para que saquen el máximo provecho de sus experiencias prácticas en la Unidad.

Estructura de la Unidad

Organización de las lecciones en la Guía de Preparación de Clases Cada lección de la Guía de Preparación de Clases de Diseño y Movimiento contiene una breve introducción, los objetivos de la lección, información de contexto, una lista de materiales, instrucciones para la preparación, procedimientos paso a paso y útiles consejos de gestión. Muchas de las lecciones además incluyen pautas de evaluación recomendadas. Frecuentemente indican oportunidades para la integración curricular de los temas tratados:

Ciencias Matemáticas Lenguaje Ciencias Sociales Artes Plásticas Todas las Hojas de Registro, Plantillas, Instrucciones para los Alumnos y Selecciones de Lectura incluidas en esta Guía pueden ser copiadas y usadas en conjunción con la enseñanza de la Unidad. Libro de Actividades del Estudiante Esta Guía va acompañada del Libro de Actividades del Estudiante de Diseño y Movimiento. Dirigido especíﬁcamente a los alumnos y alumnas, el libro contiene instrucciones sencillas e ilustraciones que permiten conducir las actividades de los estudiantes a lo largo de la Unidad. El Libro de Actividades del Estudiante ayudará a los alumnos a seguir las indicaciones del profesor en cada Unidad. Igualmente guiará a los estudiantes que no hayan asistido a una lección o a los que no comprenden inmediatamente ciertas actividades o conceptos. Junto con preparar las lecciones sobre la base de la Guía de Preparación de Clases, es conveniente examinar la lección correspondiente en el Libro de Actividades del Estudiante. Las lecciones en el Libro de Actividades del Estudiante están divididas en las siguientes secciones, paralelas a las de la Guía: Piensa y pregúntate Realiza un esbozo general de las ideas y actividades de la lección, descritas en la sección Introducción y Objetivos de la Guía del profesor. Materiales Una lista de los materiales que deberá usar el estudiante y sus compañeros y compañeras de equipo. Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Averigua por ti mismo Corresponde a las secciones Procedimiento y Actividades Finales de la Guía de Preparación de Clases. Repasa de manera breve y simple los pasos de las actividades de la lección. Ideas para explorar Frecuentemente se reﬁere a la sección Extensiones de la Guía de Preparación de Clases; propone ideas o actividades adicionales.

Estrategias de Enseñanza

Discusiones en clase Las discusiones guiadas por el docente son muy importantes para el aprendizaje de los niños. La manera en que se formulan las preguntas, así como el tiempo permitido para las respuestas, contribuyen notablemente a la calidad de la discusión. Cuando usted haga preguntas, piense qué es lo que quiere conseguir en la discusión. Por ejemplo, las preguntas abiertas, para las cuales no hay una respuesta única, animarán a los estudiantes a dar respuestas muy creativas. Otro tipo de preguntas puede ser usado para animarlos a descubrir relaciones específicas y contrastes o ayudarlos a resumir y elaborar conclusiones. Es una buena estrategia combinar estas preguntas. También es buena práctica dar a los estudiantes “tiempo de espera” para responder; ese tiempo permitirá una participación más amplia y respuestas mejor pensadas. Es recomendable que Ud. haga un seguimiento de las respuestas y busque crear situaciones adicionales que motiven a los alumnos a formular hipótesis, realizar generalizaciones y explicar cómo llegaron a una conclusión. Lluvia de ideas Una sesión de lluvia de ideas es un ejercicio desarrollado por todo el grupo, en el cual los estudiantes contribuyen con sus ideas acerca de un problema o un tema en particular. Es un ejercicio muy estimulante y productivo cuando se aborda un tema científico por primera vez. También es una manera útil y eficiente de averiguar lo que los estudiantes saben y piensan acerca del tema. A medida que aprenden las reglas para la lluvia de ideas y la practiquen, se irán haciendo más participativos. Para comenzar una sesión de lluvia de ideas, defina a los estudiantes los temas acerca de los cuales compartirán sus ideas. Pídales que respeten las siguientes reglas: Aceptar todas las ideas sin juzgarlas negativamente. No criticar negativamente o hacer comentarios innecesarios sobre las contribuciones de otros. Tratar de enlazar las propias ideas con las de otros. Redes de ideas Las redes de ideas le permiten registrar ideas gráficamente a partir de una idea principal, o núcleo, ubicada en el centro de la red. Su ventaja consiste en que permite identificar relaciones entre ideas vinculadas y el núcleo. Las redes de ideas ayudan a que los alumnos identifiquen sus conocimientos previos sobre una materia y los estimula a hacer el máximo posible de asociaciones. “Mapa conceptual” es otra denominación para esta técnica. Diagrama de Venn El diagrama de Venn es una herramienta útil para comparar información registrada. Los diagramas de Venn usan dos círculos dispuestos de tal modo, que formen una intersección. La información relacionada con una idea es anota en un círculo separado; otra idea similar, pero diferente, en otro círculo. La información común a ambas ideas es registrada en la intersección entre los dos círculos. Aunque no se sugiere específicamente el uso de diagramas de Venn en esta Unidad, es una herramienta poderosa para comparar resultados o realizar observaciones comparativas.

Movimiento y Diseño

Grupos de aprendizaje cooperativos Una de las mejores maneras de enseñar ciencia con un enfoque directo y práctico es juntar a los alumnos en pequeños grupos. Los materiales y los procedimientos de Movimiento y Diseño están diseñados para trabajar en grupos de tres alumnos. Hay una serie de ventajas en este tipo de organización. Crea un pequeño foro en que los alumnos pueden expresar sus ideas y recibir una retroalimentación. También ofrece una oportunidad para que los niños puedan aprender el uno del otro al compartir ideas, descubrimientos y habilidades. Guiándolos, los alumnos podrán desarrollar habilidades interpersonales que les serán de utilidad en otros aspectos de su vida. Cuando los alumnos estén trabajando, muchas veces querrán hablar sobre lo que están haciendo: el resultado es un constante rumor de conversación. Ello va a requerir ciertos ajustes, si Ud. u otros están acostumbrados a salas de clases silenciosas. Centros de aprendizaje Puede crear un lugar permanente en la sala de clases para los materiales suplementarios de Ciencias: una esquina llamada Centro de Aprendizaje. Los alumnos pueden usar el centro de varias maneras: como centro de proyectos “propio”, como punto de observación, como rincón de lectura o, sencillamente, como un lugar donde pasar el tiempo una vez cumplidos los deberes. Para mantener el interés en el centro, realice frecuentes cambios o adiciones. Algunas sugerencias: Libros de Ciencias o técnicos que traten sobre distintos tipos de vehículos, movimiento, diseño, invenciones y cómo funcionan artefactos. La Cubeta de piezas para armar, para que los niños puedan diseñar y construir por sí mismos. Material audiovisual relacionado con la materia. Objetos aportados por los alumnos. Actividades adicionales para realizar otras investigaciones.

Materiales

Seguridad Esta unidad no contiene nada especialmente tóxico; sin embargo, el sentido común indica que nada debería ser introducido en la boca. De hecho, es una práctica apropiada señalarles a los alumnos que en las clases de Ciencias, los materiales jamás se prueban según su sabor. El conjunto de piezas para armar que se usa en esta Unidad contiene pequeñas que no deben introducirse en la boca. Los alumnos y las alumnas deben actuar cuidadosamente al extraer piezas pequeñas que pueden ser liberadas súbitamente y “volar” por el aire. Indíqueles que deben usar gafas de seguridad al trabajar con las bandas elásticas y las hélices. Organización de los materiales Para asegurar un desarrollo ordenado de la unidad, se deberá establecer un sistema para almacenar y distribuir los materiales. La clave del éxito es estar preparado. Aquí se entregan algunas sugerencias: Reúna los elementos contenidos en la lista de materiales de la página 13. Organice a los alumnos para que participen en la distribución y la devolución de los materiales. Si ya ha formado equipos de trabajo, delegue la responsabilidad en un miembro de cada grupo. Organice un Centro de Distribución e instruya a los alumnos a recoger y devolver los insumos a ese lugar. Cuando hay que repartir un gran número de objetos, puede implementar un sistema tipo “restaurante de autoservicio”. Prepárese anticipadamente para cada lección. Algunas tienen sugerencias especíﬁcas para el manejo de los materiales a usar en ese día. Consejo de gestión: A lo largo de la unidad se dan diversos consejos de gestión. Ponga atención en este icono.

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Evaluación

Filosofía En el Programa de Ciencia y Tecnología para Niños, la evaluación es una parte permanente e integral de la instrucción. Debido a que la evaluación nace naturalmente de las actividades de las lecciones, los alumnos son evaluados de la misma forma en que se les enseña. Por ejemplo, realizan experimentos, registran sus observaciones o realizan presentaciones orales. Tales evaluaciones permiten examinar tanto procesos como productos, destacando lo que los alumnos saben y lo que saben hacer. Las metas de aprendizaje de las unidades de Ciencia y Tecnología para Niños incluyen una serie de diferentes conceptos científicos, habilidades y actitudes. Para ello, se provee de un conjunto de estrategias para evaluar y documentar el progreso de los alumnos hacia esos objetivos. Estas estrategias también le ayudarán a informar a los apoderados y a evaluar su propia enseñanza. Adicionalmente, los alumnos podrán ver su propio progreso, reflexionar sobre su aprendizaje y formular nuevas preguntas para la investigación. La tabla de la página 20 resume las metas y las estrategias de evaluación de la unidad. La columna izquierda muestra las metas específicas para la Unidad de Movimiento y Diseño y las lecciones que permitirán alcanzarlas. La columna derecha identifica las lecciones que contienen secciones de evaluación a las cuales se puede acudir para implementar estrategias de evaluación específicas. Estas estrategias están identificadas con un punto. Estrategias de evaluación Las estrategias de evaluación en las unidades de Ciencia y Tecnología para Niños se dividen en tres categorías: evaluaciones pre- y post-aprendizaje, evaluaciones incorporadas y evaluaciones adicionales. La primera lección de cada unidad de Ciencia y Tecnología para Niños es una evaluación pre-aprendizaje de la unidad, diseñada para proporcionar información sobre lo que el curso y los alumnos individuales ya conocen sobre el tópico de la unidad y lo que quieren descubrir. Muchas veces incluye una sesión de lluvia de ideas, en la cual los estudiantes pueden compartir sus ideas sobre el tema explorando una o dos preguntas básicas. En la evaluación post-aprendizaje de la unidad, que sigue a la lección final, el curso discute nuevamente las preguntas planteadas en la evaluación pre-Unidad. De esa manera contará con dos conjuntos de datos comparables que pueden indicar el desarrollo del conocimiento y habilidades de los alumnos . A lo largo de la unidad, existen evaluaciones incorporadas o integradas a las mismas lecciones. Estas evaluaciones integradas consisten en actividades que ocurren naturalmente, tanto en el contexto de una lección particular como de la Unidad en su conjunto y muchas veces no se distinguen de las actividades de enseñanza. Al proporcionar lineamientos y actividades estructuradas para medir el progreso y el pensamiento de los alumnos, las evaluaciones integradas contribuyen a crear un perfil detallado y permanente del desarrollo. En muchas unidades de Ciencia y Tecnología para Niños, la última lección es una evaluación integrada que desafía a los niños a sintetizar y aplicar los conceptos o habilidades de la unidad. Movimiento y Diseño contiene evaluaciones integradas en la Lección 5 y en las lecciones 14 a 16, que exigen que el alumno sintetice y aplique conceptos o habilidades adquiridas en el desarrollo de la Unidad. Las evaluaciones adicionales pueden ser usadas para determinar el grado de comprensión de los alumnos, una vez que la unidad se haya completado. En estas mediciones, los estudiantes pueden trabajar con materiales para resolver problemas, conducir experimentos e interpretar u organizar datos. En Movimiento y Diseño, los alumnos también realizan una autoevaluación. Con el fin de hacer un seguimiento de su desarrollo, los estudiantes completan una autoevaluación en la Lección 9 y al final de la Unidad. Al elegir evaluaciones adicionales, considere el uso de más de una evaluación, para dar a los estudiantes con estilos de aprendizaje diferentes una oportunidad de expresar sus conocimientos y habilidades. Documentación del desempeño de los alumnos

Movimiento y Diseño

En las unidades de Ciencia y Tecnología para Niños, la evaluación está basada en sus observaciones registradas, los productos del trabajo de los alumnos y las comunicaciones orales. La combinación de estos métodos de documentación le dará una visión general del desarrollo de cada estudiante. Las anotaciones y observaciones del profesor entregan la información más útil sobre la comprensión de los alumnos. Dada la importancia de documentar las observaciones necesarias para la evaluación, es conveniente usar tarjetas de anotaciones, bitácoras o tablas. Muchas lecciones incluyen guías para focalizar sus observaciones. La plantilla Observaciones sobre el Rendimiento del Alumno (p. 26) es un posible formato adaptable para registrar sus observaciones e incluye las metas de esta unidad concernientes a conceptos científicos y habilidades. Productos de trabajo, que incluyen tanto lo que los alumnos escriben, como lo que hacen, también son indicadores del avance de los estudiantes hacia los objetivos de la unidad. Los niños producen una variedad de material escrito a lo largo de la unidad. Hojas de Registro, que incluyen observaciones escritas, dibujos, tablas y gráficos constituyen una parte importante de las unidades de Ciencia y Tecnología para Niños. Evidencian las habilidades de los niños para recopilar, registrar y procesar información. Los Cuadernos de Ciencias también son otro tipo de producto de trabajo. Los Cuadernos se recomiendan como actividades de extensión en muchas de las lecciones. Son una rica fuente de información para la evaluación, ya que revelan los pensamientos, las ideas y las preguntas de los alumnos a lo largo del tiempo. Los dibujos de vehículos constituyen otro tipo de producto de trabajo de Movimiento y Diseño. Junto con fotografías de los artefactos, muestran gráficamente cómo los alumnos cumplieron con los requerimientos de diseño. Los dibujos y las fotografías de los vehículos, seleccionados por el profesor y los alumnos pueden ser usados al final de la Unidad como parte de los portafolios de los estudiantes o incorporados al Cuaderno de Ciencias. En el transcurso de la unidad, los productos de trabajo escritos de los estudiantes deberían ser mantenidos en carpetas. Cuando los estudiantes recopilan su trabajo realizado en lecciones previas, pueden reflexionar sobre su aprendizaje. En algunos casos, los niños no escriben o dibujan lo suficientemente bien para que sus productos sean usados con fines de evaluación, pero sus experiencias sí contribuirán al desarrollo de su alfabetización científica. Comunicaciones orales Lo que los alumnos plantean, tanto formal como informalmente, en clases y en sesiones individuales con el profesor, constituye una forma particularmente útil de enterarse de qué saben los niños. En esta Unidad se producen muchas oportunidades para que los alumnos compartan y comenten sus ideas, observaciones y opiniones. Algunos alumnos quizás experimenten este tipo de actividad por primera vez. Anímelos a participar en los debates y enfatice que no existen respuestas correctas o equivocadas. La creación de un ambiente en que los estudiantes se sienten seguros de expresar sus propias ideas puede ser un estímulo para discusiones ricas y diversas. Las presentaciones individuales y grupales también pueden proporcionar elementos para conocer qué significado le asignan los alumnos a los procedimientos y a los conceptos y medir la confianza en su aprendizaje. De hecho, la descripción verbal de un gráfico, un experimento o ilustración por parte de un alumno, muchas veces es más útil para la evaluación que el propio producto o los resultados. Las preguntas hechas por los compañeros de curso luego de las presentaciones, igualmente permiten reunir más información. Este módulo culmina con una presentación. Un registro permanente de los debates en el aula y de las presentaciones debería ser parte integrante de la documentación sobre el aprendizaje de los alumnos.

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Conceptos Objetivos

Estrategias de Evaluación

Una fuerza es cualquier presión o atracción sobre un objeto. Se necesita de una fuerza desequilibrada para mover a un objeto inmóvil, para detener a un objeto móvil o cambiar la trayectoria de un objeto móvil.

Lecciones 1, 5, 9, 12, 14-16 y Evaluaciones adicionales 1 y 2

Lecciones 1, 3-8, 10-12, 14-16

Una fuerza puede cambiar la velocidad de un objeto. Fuerzas mayores pueden cambiar la velocidad de un objeto más rápidamente que fuerzas más pequeñas. Lecciones 1, 3, 5, 7, 12, 14-16

La fricción es la fuerza que se produce cuando dos superﬁcies rozan una contra otra. La fricción o roce se opone al movimiento. Lecciones 3, 7-10, 12, 14-16

Si la misma fuerza es aplicada a un vehículo liviano y uno pesado, la velocidad del vehículo liviano variará más que la del vehículo pesado. Lecciones 4, 5, 10, 12, 14-16

Se puede almacenar energía en una banda elástica y liberarla para hacer girar un eje o una hélice para que un vehículo se mueva. Lecciones 6-16

Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Autoevaluación del alumno Lecciones 1, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1 y 2 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Autoevaluación del alumno Lecciones 1, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2 y 3 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Autoevaluación del alumno Lecciones 5, 9, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1y2 Discusión en clase y lista de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Autoevaluación del alumno Lecciones 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1 y 2 Evaluación post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Autoevaluación del alumno

Movimiento y Diseño

Conceptos Objetivos

Estrategias de Evaluación

Una hélice que gira ejerce una fuerza que empuja el aire hacia atrás y mueve un vehículo hacia adelante.

Lecciones 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2 y 3

Lecciones 11-16

Evaluación post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Autoevaluación del alumno Lecciones 1, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2, 3 y 4

La fricción debe ser tomada en consideración cuando se diseña un vehículo. Lecciones 1, 5, 8-12, 14-16

La resistencia del aire es una fuerza que puede aminorar la velocidad de un vehículo en movimiento. Lecciones 9, 10, 14-16

Los requerimientos de diseño especiﬁcan cuál debe ser el rendimiento de un vehículo u otro producto. Lecciones 5, 6, 9, 14-16

El costo es un factor importante en el diseño de un producto. Lecciones 13-16

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Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Dibujos de los alumnos Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Autoevaluación del alumno Lecciones 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2, 3 y 4 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Dibujos de los alumnos Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Autoevaluación del alumno Lecciones 1, 5, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 2y3 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Lecciones 14, 16 y Evaluación adicional 3 Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Hojas de Registro Presentaciones orales Construcción de vehículos

Conceptos

Objetivos

Estrategias de Evaluación

Los ingenieros desarrollan, modiﬁcan y mejoran diseños para que cumplan requerimientos especíﬁcos.

Lecciones 1, 2, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2 y 3

Lecciones 1, 2, 5, 8, 9, 11-16

Movimiento y Diseño

Habilidades Objetivos

Estrategias de Evaluación

Diseñar, construir, probar y modiﬁcar vehículos que cumplan requerimientos de diseño.

Lecciones 1, 2, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2 y 3

Lecciones 1, 2, 5, 8, 9, 11-16

Construir vehículos a partir de dibujos con vistas de dos o tres ángulos. Lecciones 2, 11, 14-16 Registrar el diseño de vehículos con dibujos. Lecciones 2, 5, 9, 14-16

Observar cómo se mueve un objeto y describir su movimiento y cambios en éste. Lecciones 1, 3-8, 10, 12, 13-16

Medir el tiempo que toma el desplazamiento de un vehículo en una distancia dada. Lecciones 1, 4, 5, 14-16

Recopilar y registrar datos y analizarlos para determinar valores representativos. Lecciones 4, 5, 7, 10, 14-16

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Dibujos de los alumnos Observaciones del profesor Construcción de vehículos Lecciones 2, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluación adicional 4 Hojas de Registro Dibujos de los alumnos Observaciones del profesor Lecciones 1, 5, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 2 y 3 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Lecciones 1, 5, 14, 16 y Evaluación adicional 2 Evaluaciones pre- y post-Unidad Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Lecciones 1, 5, 14, 16 y Evaluación adicional 2 Evaluaciones pre- y post-Unidad Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor

Habilidades Objetivos

Estrategias de Evaluación

Predecir el efecto de la aplicación de una fuerza sobre cómo se mueve el vehículo.

Lecciones 1, 5, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1 y 2

Lecciones 1, 3-5, 7-10, 12, 14-16

Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Lecciones 1, 12, 14, 16 y Evaluación adicional 2

Registrar y comparar las distancias que se desplaza un vehículo bajo diferentes condiciones. Lecciones 1, 7, 12, 14-16

Diseñar un vehículo impulsado por energía acumulada. Lecciones 6-16

Resolver problemas de diseño usando datos previamente recopilados. Lecciones 5, 10, 14-16

Comunicar los resultados de una investigación por medio de Hojas de Registro, observaciones escritas, dibujos y la discusión en clase. Lecciones 1-10, 12-16

Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Lecciones 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 2 y 4 Evaluación post-Unidad Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Presentaciones orales Observaciones del profesor Construcción de vehículos Lecciones 5, 9, 14, 16 y Evaluación adicional 2 Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Observaciones del profesor Construcción de vehículos Lecciones 1, 2, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 2, 3 y 4 Evaluaciones pre- y post-Unidad Discusión en clase y listas de lluvia de ideas Investigaciones de los alumnos Hojas de Registro Dibujos de los alumnos Presentaciones orales Observaciones del profesor Autoevaluación del alumno

Movimiento y Diseño

Actitudes Objetivos

Estrategias de Evaluación

Reconocer el papel que juega el diseño tecnológico en la resolución de problemas cotidianos.

Lecciones 1, 2, 5, 9, 12, 14, 16 y Evaluaciones adicionales 1, 2, 3 y 4

Lecciones 1, 2, 5, 6, 8-16

Apreciar cómo la ciencia puede ser usada para resolver problemas prácticos. Lecciones 1, 2, 5, 6, 8-16

Reconocer la importancia de ensayos reiterados para obtener resultados de prueba válidos. Lecciones 3-5, 7, 10, 14-15

Valorar la aplicación de resultados de prueba para investigaciones futuras. Lecciones 1, 3-5, 9, 7, 10, 14-5

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OBSERVACIONES SOBRE EL RENDIMIENTO DEL ALUMNO Nombre: Conceptos -

Una fuerza es cualquier presión o atracción sobre un objeto. Se necesita de una fuerza desquilibrada para mover a un objeto inmóvil, para detener a un objeto móvil o cambiar la trayectoria de un objeto móvil. Una fuerza puede cambiar la velocidad de un objeto. Fuerzas mayores pueden cambiar la velocidad de un objeto más rápidamente que fuerzas más pequeñas. La fricción es la fuerza que se produce cuando dos superficies rozan una contra otra. La fricción se opone al movimiento. Si la misma fuerza es aplicada a un vehículo liviano y uno pesado, la velocidad del vehículo liviano variará más que la del vehículo pesado. Se puede almacenar energía en una banda elástica y liberarla para hacer girar un eje o una hélice para que un vehículo se mueva. Una hélice que gira ejerce una fuerza que empuja el aire hacia atrás y mueve un vehículo hacia adelante. La fricción debe ser tomada en consideración cuando se diseña un vehículo. La resistencia del aire es una fuerza que puede aminorar la velocidad de un vehículo en movimiento. Los requerimientos de diseño especifican cuál debe ser el rendimiento de un vehículo u otro producto. El costo es un factor importante en el diseño de un producto. Los ingenieros desarrollan, modifican y mejoran diseños para que cumplan requerimientos específicos. Habilidades

Observaciones

Diseñar, construir, probar y modiﬁcar vehículos que cumplan requerimientos de diseño. Construir vehículos a partir de dibujos con vistas de dos o tres ángulos. Registrar el diseño de vehículos con dibujos. Observar cómo se mueve un objeto y describir su movimiento y cambios en éste. Medir el tiempo que toma el desplazamiento de un vehículo en una distancia dada. Recopilar y registrar datos y analizarlos para determinar valores representativos. Predecir el efecto de la aplicación de una fuerza sobre cómo se mueve el vehículo. Registrar y comparar las distancias que se desplaza un vehículo bajo diferentes condiciones. Diseñar un vehículo impulsado por energía acumulada. Resolver problemas de diseño usando datos previamente recopilados. Comunicar los resultados de una investigación por medio de Hojas de Registro, observaciones escritas, dibujos y la discusión en clase. Movimiento y Diseño

LECCIÓN 1

DISEÑO DE VEHÍCULOS: PUNTO DE PARTIDA

Introducción y Objetivos

En esta lección los alumnos se introducen en la física del movimiento y enfrentan el desafío del diseño tecnológico. Se les pide que anoten lo que ya saben acerca de cómo se mueven los vehículos y cómo son diseñados. Esta lección también genera información relevante para efectuar una evaluación previa al desarrollo de la Unidad en torno a la comprensión de los alumnos sobre movimiento y diseño. Igualmente, se puede obtener información evaluativa adicional del intercambio de ideas de los alumnos en el marco de la confección de una lista de lluvia de ideas y de la demostración de sus habilidades en la construcción de un vehículo. Alumnos y alumnas inician sus Cuadernos de Ciencias Alumnos y alumnas registran y comparten ideas y preguntas sobre movimiento y diseño Alumnos y alumnas diseñan y construyen un vehículo que cumpla con ciertos requerimientos.

Contexto

Hace unos 2.000 años, Aristóteles enseñaba que un objeto sólo se puede mover si es impulsado por una fuerza y que el movimiento se detiene cuando se elimina dicha fuerza. La visión de Aristóteles se formó a partir de su experiencia del movimiento con la presencia de fricción, como el tirar un carro cargado. Sin embargo, no sabía explicar por qué una pelota se sigue moviendo en el aire, luego de abandonar la mano de quien la lanzó. En el siglo XVI, Galileo reconoció que no se necesita de una fuerza para que el objeto se siga moviendo, sino únicamente para iniciar y detener el movimiento y para hacerlo cambiar de dirección o velocidad. En 1687, Isaac Newton desarrolló el trabajo de Galileo y propuso tres leyes del movimiento. La primera ley del movimiento establece que un objeto inerte (en reposo) permanece en ese estado y que un objeto en movimiento sigue en movimiento en línea recta, a menos que una fuerza actúe sobre el objeto. La segunda ley indica que si una fuerza actúa sobre un objeto, el objeto comenzará a moverse, acelerarse, desacelerarse o a cambiar de dirección en directa proporción a la magnitud de la fuerza y de manera indirectamente proporcional a la masa del objeto. Mientras mayor sea la fuerza, mayor será el cambio en el movimiento; mientras mayor sea la masa, menor será el cambio en el movimiento. Finalmente, la tercera ley de Newton establece que si un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza equivalente y opuesta sobre el primer objeto. Estas leyes son la base para ciencia de la dinámica, una rama de la física que se centra en las fuerzas y sus relaciones con el movimiento (y la ausencia de movimiento). En Movimiento y Diseño, los alumnos tienen la oportunidad de explorar algunos aspectos básicos de las leyes de Newton, en la medida que reproducen la práctica de ingenieros y diseñan vehículos aplicando los principios y habilidades de resolución de problemas del diseño tecnológico.

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Ideas para explorar

La tecnología es el desarrollo y el uso de productos, sistemas o ambientes que resuelven problemas y extienden las capacidades humanas. El computador, la polea, la rueda e, incluso, un lápiz de grafito son resultados de la innovación tecnológica. Estos artefactos han contribuido a hacer más fácil la vida. Los ingenieros aplican sus conocimientos de Ciencias y Matemáticas a la solución de problemas prácticos. Aunque Ciencia e ingeniería están relacionadas, tienen diferentes metas. La meta del científico es la de adquirir un conocimiento sistemático del mundo material y físico, mientras que el objetivo del ingeniero consiste en aplicar ese conocimiento al diseño y la creación de un producto que satisfaga una necesidad. El producto puede ser un objeto, como un puente o un automóvil; un sistema, como una mejor manera de reciclar papel; o un ambiente. Las razones por las que las personas necesitan un producto y cómo lo usarán, ayudan a que el ingeniero pueda determinar los requerimientos de diseño de un producto. Por ejemplo, los requerimientos de diseño de un automóvil pueden ser que tenga una velocidad máxima de 130 km/h y que cueste menos de $ 10.000.000. Muchas veces, el ingeniero creará un prototipo, el original o un modelo en que se fijan patrones del producto, para probar si el producto final de diseño podrá cumplir con los requerimientos dados. Así, los ingenieros aeronáuticos construyen modelos de aviones y prueban la incidencia del viento sobre el objeto en un túnel de viento. Los arquitectos navales realizan pruebas similares con modelos de naves en tanques de agua. Para estas pruebas, los ingenieros crean requerimientos adecuados al tamaño pequeño de los modelos. Si el modelo no satisface estos requerimientos, buscan cómo mejorarlo y modificarlo. Si el diseño particular sigue fallando, “vuelven a la mesa de dibujo” y comienzan desde el inicio. Este proceso de identificación de un problema, crear una solución, evaluarla mediante pruebas y perfeccionar el diseño para mejorar el rendimiento, es la esencia del proceso de diseño tecnológico. De acuerdo a la definición de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica, “el diseño tecnológico implica la aplicación de conocimiento a nuevas metas o situaciones, produciendo así un desarrollo de conocimiento nuevo”. Los alumnos descubrirán que los pasos en los procesos de diseño son recursivos, es decir, en cualquier punto del proceso, se puede regresar al paso anterior para realizar mejoramientos. En esta Unidad, los alumnos darán los pasos del proceso de diseño tecnológico, tal como se muestra en la Ilustración 1-1. El diseño es perfeccionado una y otra vez, hasta obtener un resultado óptimo. La variedad de conceptos, LECCION 16 habilidades y actitudes, específicos a la tarea, que acompañan este proceso puede ser aplicada a muchas otras situaciones de resolución de problemas, incluyendo la 1.arquitectura Piensa endeuna necesidad quegráfico. se puede satisfacer con un invento. paisajes o el diseño invento, constrúyelo y preséntalo a la clase. LosPlanifica alumnos el deberán enfrentarse a varios retos o desafíos, que incluirán muchas veces requerimientos como la distancia que deberá recorrer el vehículo y elque tiempo 2. Es posible que no hayas pensado en ello, pero hay actividades para hacerlo. Por ejemplo: “diseña un camión repartidor que pueda transportar una realizas todos los días que usan los pasos del diseño tecnológico. carga de cuatro bloques de madera en una distancia de 1 metro en cuatro segundos (En la Figura 16-2 se muestran los pasos del proceso que usaron en o menos”. El desafío puede también especificar que se deberá usar un sistema paresta(por unidad). Ve“usa si puedes en alguno. ticular ejemplo, un pesopensar descendente”).

Figura 16-2

Ilustración 1-1

Identificación de necesidades y oportunidades

El proceso de diseñode Un proceso tecnológico diseño

tecnológico

Prueba, evaluación y comunicación

Generación de un diseño Planificación y elaboración

Movimiento y Diseño

Luego de recibir el desafío, los alumnos tienen la oportunidad de realizar una investigación para su diseño, evaluando productos o procesos existentes. Por ejemplo, pueden revisar manuales o libros técnicos, antes de comenzar a diseñar su propio vehículo de carga. Para realizar su desafío de diseño y explorar los conceptos de movimiento, los alumnos usarán un conjunto de piezas para armar. Estas piezas se interconectan de diversas formas, ofreciendo así una gran oportunidad para el diseño creativo. Cuando los estudiantes usen las piezas por primera vez, puede ser conveniente que Ud. se desplace por la sala de clases, asistiéndolos en sus problemas de diseño. Estimule a cada alumno a manipular el vehículo construido por el grupo. Para asegurar que todos los niños intervengan en el proceso de construcción, puede anunciar en lapsos de tiempo periódicos, cuando es el momento de pasar el vehículo al compañero o compañera de equipo. Ayúdelos en la colocación y remoción de las piezas pequeñas y proporcione piezas adicionales, si es necesario. Pese a que los alumnos tendrán ritmos diferentes en la construcción de sus vehículos, algunos desafíos de diseño tienen un límite de tiempo, como, por ejemplo: “Terminen en menos de 20 minutos”. Recuerde a los alumnos que los ingenieros frecuentemente tienen plazos para sus tareas. El lapso de tiempo sugerido para cada desafío está señalado en la lección respectiva. Ud. puede modiﬁcar esos plazos de acuerdo a las necesidades del curso. Debido a que los estudiantes trabajarán la mayor parte del tiempo en grupos de tres, es importante que les explique la importancia de la cooperación en la resolución de problemas. Motívelos a que acuerden una asignación de responsabilidades al interior del grupo. Estos pueden ser algunos de los roles: Gerente de materiales: recoge los materiales del grupo del Centro de Recursos, ayuda a devolverlos posteriormente al Centro y se asegura de que todos los materiales estén correctamente inventariados. Moderador: mantiene al grupo concentrado en la tarea, se asegura que cada miembro tenga la oportunidad de participar y ayuda al trabajo en equipo. Encargado de comunicaciones: comunica las ideas del grupo al curso y lee las instrucciones al equipo. Encargado de registros: registra la información a compartir con el resto del curso y registra las observaciones del equipo en las Hojas de Registro grupales. Investigador: plantea preguntas y dudas al profesor, mientras el equipo trabaja. Otros roles apropiados dentro del grupo pueden ser los de ingeniero jefe, ingeniero matemático, artista, constructor y dibujante técnico. Ayude a los alumnos a elegir sus roles. Nota: En cada lección, la sección de Contexto tiene por objeto proporcionar una guía para la preparación de las clases, no para ser usada con los alumnos. Existen muchas oportunidades en que los estudiantes podrán descubrir nuevas ideas por su propia cuenta, por medio de investigaciones, debates y selecciones de lectura.

Materiales:

Para cada estudiante: 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz mina con goma de borrar 10 hojas de papel cuadriculado (10 Mm.), tamaño carta, con perforaciones para tres anillos 20 hojas sueltas, tamaño carta Para cada equipo de tres alumnos: 1 ejemplar de la plantilla Piezas de Armar para cada Equipo (p. 35) 1 conjunto de piezas para armar 1 ejemplar de la plantilla Consejos para Usar las Piezas para Armar (p. 36) (opcional) 1 balde o cubeta con tapa

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Para el curso: Libros de actividades del Estudiante de Movimiento y Diseño 2 pliegos de papel Kraft 1 plumón permanente color negro 10 cintas de medición, 100 cm. 10 cronómetros papel de notas adhesivo plumones de color cinta adhesiva 1 balde con piezas de armar adicionales

Preparación

1. Reserve el tiempo suﬁciente al inicio de la lección para que los alumnos puedan explorar libremente las piezas para armar y los cronómetros. 2. Antes, puede familiarizarse con los materiales realizando algunas construcciones simples. Es muy conveniente conocer cómo encajan las piezas entre sí. Use la plantilla Consejos para Usar las Piezas para Armar (p. 36) como guía. 3. Decida si quiere que los alumnos usen la plantilla Consejos para Usar las Piezas para Armar (p. 36) durante la lección y haga las copias necesarias, en caso positivo. 4. En la mayoría de sus investigaciones, los alumnos usarán el Libro de Actividades del Estudiante en sus equipos de tres. Deben usarlos en grupos de dos alumnos cuando se trata de trabajar con las Selecciones de Lectura. Decida en qué momento de la lección distribuirá los Libros de Actividades del Estudiante. 5. Encabece uno de los pliegos de papel Kraft con el siguiente título: “Qué sabemos sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos”. Anote la fecha y cuelgue el papelógrafo. 6. Encabece un segundo pliego de papel Kraft con el siguiente título: “Qué queremos averiguar sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos”. Anote la fecha y guárdelo. 7. Decida cómo quiere dividir el curso en grupos de tres alumnos. Tenga en cuenta que los equipos se deberían mantener sin cambios durante la mayor parte de la Unidad. Algunos docentes han experimentado resultados positivos al agrupar los equipos según el género de los alumnos. También puede considerar la creación de grupos de acuerdo a una mezcla de aptitudes; por ejemplo, un miembro tiene fortalezas en Matemáticas, otro en Artes Plásticas, otro en escritura. Asigne una letra a cada grupo. 8. Ordene la sala de tal manera que cada grupo se pueda sentar en una mesa grande o en tres escritorios juntos. Dos escritorios deberán ser de la misma altura; esto será importante en las lecciones 3 y 4. 9. Haga una copia de la plantilla Piezas de Armar para cada Equipo (p. 35) para cada equipo. Los grupos deberían guarda esa lista en sus cubetas o baldes. 10. Divida las piezas para armar, de modo que cada equipo reciba un conjunto idéntico de elementos, tal como aparece en la plantilla Piezas de Armar para cada Equipo. Puede solicitar la ayuda de voluntarios o de un ayudante adulto para esta tarea. Coloque el set de piezas de cada equipo en un balde, junto a la plantilla y tápelo. Ya que los equipos podrán eventualmente prestarse piezas entre sí, indíqueles que usen la lista de elementos para efectuar inventarios periódicos de las piezas. 11. Coloque piezas adicionales en una cubeta “del curso”. Estas piezas podrán ser usadas por los grupos en la medida que los requieran. 12. Con el plumón permanente, rotule cada balde con la letra distintiva del equipo. 13. Veriﬁque que los cronómetros funcionen correctamente. Instale baterías nuevas, si es necesario. Controle regularmente el funcionamiento de los cronómetros a lo largo de la Unidad. 14. Ordene los materiales en el Centro de Recursos, tal como lo muestra la Ilustración 1-2. Disponga los Cuadernos de Ciencias, las hojas y los baldes con piezas para armar. Rotule los materiales con su nombre y la cantidad requerida para cada equipo. Mantenga los cronómetros y cintas de medición en otro sitio; ya que sólo serán usados si los alumnos los requieren. 15. Puede dividir la lección en dos sesiones. Un punto apropiado para detenerse es antes de las Actividades Finales.

Movimiento y Diseño

Consejo de gestión: Muchos alumnos se mostrarán renuentes a desarmar o modificar los vehículos que han creado. Para ayudarles a pasar a la siguiente etapa de diseño, puede registrar fotográficamente los vehículos terminados. También puede fotografiar a los alumnos durante su trabajo de construcción y prueba de los vehículos. Posteriormente, las fotografías pueden ser incluidas en un portafolio, como se sugiere en las Evaluaciones Adicionales.

Procedimiento

1. Presente la unidad preguntando a los alumnos qué piensan de los vehículos y qué es lo que los mueve. Pídales que piensen cómo los ingenieros diseñan vehículos. Explíqueles que en esta Unidad ellos podrán investigar sus ideas, al diseñar y probar el movimiento de vehículos. 2. Pídales que recojan sus Cuadernos de Ciencias, las hojas lineadas sueltas y el papel cuadriculado del Centro de Recursos (buscarán los baldes más tarde). Les puede señalar que los cientíﬁcos e ingenieros mantienen bitácoras en las que detallan sus investigaciones y observaciones. Al igual que ellos, los alumnos mantendrán registros escritos y dibujos en sus Cuadernos de Ciencias. 3. Después que los alumnos hayan incorporado las hojas sueltas y el papel cuadriculado en sus Cuadernos de Ciencias, pídales que escriban su nombre en el cuaderno y pongan la fecha en la primera página. Indíqueles que usarán las hojas para los registros escritos y el papel cuadriculado, para los dibujos. Comente la importancia de fechar las anotaciones diarias. 4. Dirija la atención del curso hacia el papelógrafo “Qué sabemos sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos”. Primero deben anotar independientemente sus ideas en sus Cuadernos de Ciencias. Es conveniente empezar con la pregunta sobre el movimiento de los vehículos y, posteriormente pasar, a su diseño.

Ilustración 1-2 Centro de Recursos

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Ilustración 1-3 Lista de lluvia de ideas de ejemplo

5. Invite a los alumnos a que compartan sus pensamientos en una sesión de lluvia de ideas. Anote sus ideas en el papelógrafo (ver Ilustración 1-3). Haga un “tic” al lado de las menciones repetidas, de tal manera que todas las respuestas sean consideradas. Consejo de gestión: Si su curso es muy grande, puede dividirlo en grupos de seis para la actividad de lluvia de ideas. En ese caso, encargue a un estudiante que anote los aportes del grupo en la lista de lluvia de ideas del curso. De ser posible, mantenga visible la lista durante toda la Unidad. Motive a los alumnos a que agreguen comentarios a la lista con papel adhesivo, en la medida que la Unidad progresa. 6. Ahora dirija la atención de los estudiantes al segundo papelógrafo “Qué queremos averiguar sobre Movimiento y Diseño”. Pídales que anoten independientemente sus ideas en el Cuaderno de Ciencias. Luego, realice una sesión de lluvia de ideas y registre los aportes en la lista. 7. Divida a los alumnos en equipos de tres y asigne una letra a cada grupo. Pídales que decidan un rol para cada miembro de equipo. 8. Pida un miembro de cada grupo que recoja desde el Centro de Recursos la cubeta con las piezas para armar que corresponde a su letra de grupo. 9. Invite a los alumnos a compartir lo que han descubierto sobre las piezas, luego de haberlas examinado libremente durante un tiempo; por ejemplo, cómo se conectan unas con otras. En caso de que algunos estudiantes tengan diﬁcultades para conectar las piezas, puede distribuir a los equipos las copias de la plantilla Consejos para Usar las Piezas para Armar. Los alumnos podrán revisar estos consejos durante toda la Unidad. Consejo de gestión: Si decidió realizar la lección en dos sesiones separadas, éste es un buen punto para interrumpir.

Actividades ﬁnales:

1. Explique que ahora realizarán su primer desafío de diseño, en el que deberán cumplir con los siguientes requerimientos: en menos de 20 minutos, diseña y construye un vehículo que se mueva, al menos, 100 cm. Antes de que comiencen a construir, pregunte cómo probarán que los vehículos cumplen con los requerimientos. 2. Permita que los grupos procedan a construir sus vehículos y los prueben.

Movimiento y Diseño

Consejo de gestión: Tome nota de qué equipos le pidieron una cinta para medir la distancia que debe recorrer el vehículo o un cronómetro para cerciorarse de cumplir con el plazo de 20 minutos. Esta información puede ser útil para la evaluación previa, al ﬁnal de esta lección. Algunos grupos fácilmente podrán cumplir con su desafío de diseño dentro de los 20 minutos dados. Otros necesitarán más tiempo o enfrentarán diﬁcultades como, por ejemplo, de unir las ruedas al marco. Otros, habrán construido su vehículo, pero no podrán moverlos los 100 cm. Recuérdeles que esta lección es simplemente para empezar y que tendrán muchas más oportunidades en esta Unidad para diseñar, construir y probar cómo se mueven los vehículos. 3. Pida a los alumnos que tomen unos minutos para anotar en su Cuadernos de Ciencias las respuestas a las siguientes preguntas: ¿Cómo lograste que tu vehículo se moviera? ¿Cuál fue el mayor problema que tuvo que enfrentar tu grupo? ¿Cómo lo solucionaron? 4. Pídales que hagan lo siguiente: Marca tu vehículo con un pequeño pedazo de cinta adhesiva que lleve la letra de tu equipo. Coloca cuidadosamente el vehículo terminado en el Centro de Recursos. Lo volverás a usar en la Lección 2. Devuelve todas las piezas de armar adicionales y otros materiales al balde del grupo. Deja la hoja de inventario Piezas de Armar para cada Equipo dentro del balde. Devuélvelo al Centro de Recursos.

Extensiones

Ciencias

Artes Plásticas

1. Los alumnos pueden crear una lista con materiales de sus casas para crear un vehículo. Carretes de hilo o tapas de frascos pueden servir como ruedas; cajas de leche o de cereales pueden ser usados como cuerpos de los vehículos. Los estudiantes deberán seleccionar varios materiales de la lista, traerlos a clases y construir sus propios vehículos.

Lenguaje 2. Pida que encuentren una deﬁnición para el término ‘vehículo’ y que hagan una lista con el máximo de vehículos que se les ocurran.

Artes Plásticas 3. Pida que conecten dos o tres piezas para armar para hacer una construcción simple. Luego, pídales que dibujen esta construcción. Cuando estén listos, deben intercambiar los dibujos con un compañero e intentar realizar la construcción a partir de ese dibujo.

Artes Plásticas 4. Invítelos a investigar y escribir sobre la invención de la rueda en las civilizaciones antiguas.

Evaluación

Las anotaciones en los Cuadernos de Ciencias, las respuestas en las sesiones de lluvia de ideas y los vehículos construidos durante esta lección, le permitirán efectuar una evaluación del conocimiento de los alumnos en torno al movimiento y el diseño, y sobre los procesos empleados por el equipo para cumplir el desafío de diseño. Esta información constituye la primera parte de las evaluaciones pre- y post-Unidad, elementos integrales de la enseñanza de la Unidad de estudios. La evaluación post-Unidad sigue a la Lección 16 (p. 143). Para hacer un seguimiento de la información de cada alumno, registre las observaciones informales en diagramas, tarjetas o notas. Si decide fotograﬁar los vehículos construidos en cada lección, rotule las copias de las imágenes con la letra del equi-

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po correspondiente y el número de la lección. Considere los siguientes criterios para la revisión de las listas de lluvia de ideas, anotaciones en los Cuadernos de Ciencias, productos de trabajo y actividades en el aula. Sesiones de lluvia de ideas ¿Qué es lo que ya sabe el alumno sobre cómo se mueven los vehículos? ¿Qué saben sobre diseño e ingeniería? ¿El alumno tiene experiencia en construir, diseñar o probar (por ejemplo, un castillo de naipes)? Anotaciones en el Cuaderno de Ciencias Cuando revise las anotaciones de los alumnos y alumnas referentes a las listas de lluvia de ideas, pregúntese lo siguiente: ¿Cuán detalladas son las anotaciones? ¿Reflejan los aportes orales hechos durante las sesiones de lluvia de ideas? ¿Reflejan también otras ideas? Cuando revise las anotaciones del final de la sesión, considere estas preguntas: ¿El alumno usa palabras o dibujos para describir el movimiento de su vehículo? Por ejemplo, las descripciones iniciales pueden incluir observaciones como “empujé el vehículo y se movió” o “las ruedas se trabaron; el vehículo no llegó muy lejos”. ¿Al cumplir el desafío de diseño, el alumno o alumna demostró una habilidad para reconocer y resolver problemas? Productos de trabajo y habilidades de proceso ¿El alumno o alumna reconoce la necesidad de usar una cinta de medición para registrar la distancia que se movió el vehículo? ¿Puede probar y reevaluar el vehículo durante la construcción? ¿Se percata, por ejemplo, que las ruedas no giran? ¿Extrae las ruedas y las vuelve a colocar, hasta que estas giren? ¿Puede manipular los materiales para cumplir con los requerimientos de diseño? Dibujos En la Lección 2, los alumnos dibujarán el vehículo construido en esta lección. Puede usar los dibujos como parte de la evaluación pre-Unidad y como medida de comparación para dibujos posteriores. Vea la sección Evaluación de la Lección 2 (p. 41) para más información. El capítulo Enseñanza de Movimiento y Diseño (p. 15) trata detalladamente sobre diversos aspectos de la evaluación del aprendizaje de los alumnos. Las metas específicas y sus evaluaciones relacionados están resumidas en la p. 34. Algunos alumnos no podrán entender todos los conceptos y metas reseñadas allí. Al observar a los individuos de su curso, céntrese más en el desarrollo de estas ideas y habilidades, que en su dominio. Preparación para la Lección 2 Los estudiantes no deben desarmar sus vehículos al final de la lección, porque los necesitarán en la Lección 2. Los estudiantes no deben hacer cambios a sus vehículos entre las diferentes lecciones. Indíqueles que tendrán muchas oportunidades para alterar el diseño de sus vehículos, en la medida que progresa la Unidad.

Movimiento y Diseño

Plantilla maestra

Educaci贸n en Ciencias basada en la Indagaci贸n [ECBI]

Plantilla maestra

Movimiento y Dise単o

LECCIÓN 2

USEMOS DIBUJOS PARA REGISTRAR Y CONSTRUIR

Introducción y objetivos

En esta lección, los alumnos se centran en el uso de dibujos en el proceso de diseño. Comienzan por dibujar los vehículos construidos en la Lección 1. Posteriormente, usan sus habilidades visuales y de percepción del espacio para construir un vehículo ‘estándar’, representado en un dibujo técnico. Al comparar sus propios dibujos con el esquema técnico y al analizar las técnicas usadas para crearlos, los alumnos aprenden que otros pueden usar los dibujos para replicar un diseño. En las lecciones siguientes, usarán los vehículos estándar construidos en esta lección para probar los efectos de la fuerza sobre el movimiento. Los alumnos y las alumnas confeccionan un registro de los vehículos construidos en la Lección 1. Construyen un vehículo siguiendo un dibujo técnico de dos perspectivas. Identiﬁcan detalles importantes en los dibujos técnicos y los comparan con sus propios dibujos. Leen un texto para aprender más sobre los desafíos del diseño tecnológico.

Contexto

Los ingenieros confeccionan cuidadosamente dibujos de sus diseños. Estos dibujos deben ser lo suﬁcientemente detallados como para que un constructor pueda montar el vehículo. Los detalles incluyen la escala, los materiales, las partes y cómo éstas encajan unas con otras. Los ingenieros comúnmente crean un conjunto especial de dibujos técnicos llamado dibujos de tres perspectivas: muestran la parte superior, la parte lateral y la frontal del objeto. Estas perspectivas, sin embargo, son difíciles de interpretar pues parecen mostrar pocas similitudes con el objeto. En el pasado, los ingenieros usaban instrumentos como regla, compás y escuadra. Hoy, utilizan computadores. Simulaciones computacionales permiten crear dibujos que revelan la profundidad, altura y ancho del objeto, y los hacen reconocibles. Estos dibujos tri-dimensionales pueden ser rotados en la pantalla del computador, de modo que el objeto puede ser apreciado desde todos los ángulos. Existen programas de diseño asistido por computador o CAD (computer-aided design), que permiten comprobar la precisión y la integración de varios dibujos técnicos de un proyecto de diseño. En la primera parte de la lección, los alumnos dibujarán los vehículos construidos en la Lección 1. Probablemente, combinarán en un solo dibujo, varias perspectivas del objeto. Por ejemplo, podrán ver que el marco es representado por un rectángulo (vista superior) y las ruedas por círculos (vista lateral). Los alumnos podrán mejorar sus dibujos en las lecciones posteriores. Esta lección les ayudará a dibujar todas las partes del vehículo desde la misma perspectiva y a usar sus dibujos como planiﬁcaciones de diseño. En la segunda mitad de la lección, los alumnos seguirán un dibujo técnico para construir vehículos estándar. Este dibujo técnico muestra las vistas superiores y laterales de un vehículo simple, construido con las piezas para armar. Note que la vista lateral sólo muestra dos ruedas. Si coloca el vehículo a nivel del ojo sobre una

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mesa, podría apreciar, desde la misma perspectiva lateral, al menos tres, si no cuatro ruedas. Sólo a una distancia mayor, el vehículo visto desde una perspectiva lateral comienza a parecerse a su representación en el dibujo. De hecho, el dibujo es una construcción matemática, una representación de cómo sería visto por un observador desde una perspectiva particular y a una gran distancia. Incluso con los vehículos simples que los alumnos construirán en esta lección, dibujar e interpretar las diferentes perspectivas implica un desafío importante. Prepárese para proporcionar el máximo de tiempo y estímulo. Intente no dictar instrucciones a los alumnos que les puedan impedir resolver los problemas de manera independiente. Haga preguntas que desarrollen el pensamiento y las habilidades de resolución de problemas de los estudiantes. Motívelos a buscar soluciones independientemente o por medio de la colaboración con sus compañeros.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz mina con goma de borrar Para cada grupo de tres 1 vehículo (de la Lección 1) 1 cubeta de piezas para armar plumones de color 1 plantilla de círculo 1 regla métrica Para el curso lista de lluvia de ideas “Qué sabemos sobre el Movimiento y el Diseño de Vehí culos” (de la Lección 1) 1 plumón permanente de punta ﬁna cinta adhesiva papel de notas adhesivo cubeta con piezas para armar adicionales

Preparación

1. Para familiarizarse con las actividades de esta lección, puede hacer lo siguiente: Dibuje sobre papel cuadriculado, un diagrama de uno de los vehículos de la Lección 1. Revise la Ilustración 2-2 (p. 40 de esta Guía y p. 7 del Libro de Actividades del Estudiante) y monte el vehículo. 2. Coloque las notas adhesivas cerca del papelógrafo con la lista de lluvia de ideas de la Lección 1. Los alumnos pueden usar estas notas para agregar comentarios o preguntas adicionales a la lista. 3. Ordene los baldes, los lápices de color, las reglas, las plantillas circulares y los vehículos de la Lección 1 en el Centro de Recursos.

Procedimiento

1. Dirija la atención del curso sobre la lista de lluvia de ideas de la Lección 1 “Qué sabemos sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos”. Pídales que identifiquen afirmaciones referidas a dibujos o planes de diseño. Los alumnos saben que los ingenieros usan las Ciencias y las Matemáticas para planificar, diseñar y construir productos. Muchas veces esbozan sus ideas y planes antes de construir. También confeccionan detallados registros de los productos después de la construcción, ya sea mediante dibujos o usando gráficos computacionales, de modo que los productos puedan ser estudiados y mejorados. Explíqueles que realizarán algo muy similar en esta lección.

Movimiento y Diseño

LECCION 2 Ilustración 2-1 Figura 2-1 Elaboración de un dibujo de dos perspectivas

Haciendo un dibujo en dos perspectivas

2. Indíqueles que recojan los lápices de colores, las reglas, las plantillas circulares 6. Tu profesor te pedirá que mires el dibujo de la pág. 7. A esto se le y los vehículos del Centro de Recursos. Los baldes con piezas para armar serán un dibujo técnico. Usarás este dibujo para construir un vehículo usadosllama más adelante. estándar. Habla con tu para averiguar lo queantes significa Consejo de gestión: No distribuya lasprofesor cubetas con piezas para armar de que“vehículo sea estándar”. indicado en esta lección. Es importante que los alumnos distingan cuándo es el momento7. de modificar sus vehículos yelcuándo el tiempo¿Qué para probar movimiento. Mira detenidamente dibujoestécnico. piezassu necesitas para 3. Pídales que dibujen el vehículo de su equipo de la Lección 1 en el papel cuadriconstruir el vehículo? culado. Si el grupo no logró construir un vehículo, deben hacer una construcción con las el piezas para armar y dibujarla. Recuérdeles deben fechar 8.simple Construye vehículo tal como se ve en el dibujo que técnico. los dibujos. Para fines evaluativos, anote qué alumnos usan la plantilla circular 9. dibujar Muestra tu vehículo a la clase.la¿Son iguales loslíneas vehículos todos para las ruedas, quiénes utilizan regla para trazar rectasde y quiélos grupos? ¿Por qué piensas que pasó eso? nes usan color y leyendas en sus dibujos. Si algunos alumnos se muestran incómodos con la tareatudepropio dibujar,dibujo permítales que escriban una descripción del ve- lo 10. Compara con el dibujo técnico. Luego, comparte hículo,que junto con el dibujo. piensas de estas preguntas: Consejo de gestión: Los niños cuentan con lápices de colores que corresponden a ¿En qué seque parece o diferencia tu dibujadas dibujo delcon dibujo técnico? los de las piezas. Aquellas son grises pueden ser el lápiz grafito. 4. Luego de que los alumnos hayan registrado sus diseños en papel cuadriculado, En el dibujo técnico, ¿qué observas con respecto a las dos explíqueles que ahora cuentan con un registro permanente de sus diseños. Píperspectivas del del vehículo? ¿En qué se que parecen? ¿Enlos que se dales que recojan los baldes Centro de Recursos, desarmen vehícudiferencian? los de la Lección 1 y que depositen las piezas en las cubetas. Recuérdeles que sus dibujos pueden una forma de recordar vehículosla que construye- de ¿Qué servir partescomo del dibujo técnico puedenlos facilitarte construcción ron. este vehículo? ¿Qué partes pueden hacerlo más difícil? 5. Después de darles un tiempo suficiente para analizar sus dibujos y descripcioayuda elpiensen color en un podrían dibujo?usar su dibujo como un planes, pida a¿Cómo los alumnos que cómo no o plan detallado: Si tuvieras que armar el vehículo nuevamente, ¿qué carac¿Qué dibujo (el tuyo o el técnico) podría ser más fácil de usar terísticas en el dibujo lo harían más fácil? para ti de si los necesitaras copias (Ilustración del mismo 2-2 modelo? 6. Dirija la atención alumnos alconstruir dibujo de 100 un vehículo en la ¿Por qué? p. 40 en esta Guía, y p. 7 en el Libro de Actividades del Estudiante). Explíqueles que grupo usará este de dibujo técnico para construir vehículo 11.cada Usa el marcador la clase para escribir la un letra de tu estándar. grupo en un 7. Antes de comenzar, los alumnos deben examinar el dibujo técnico decidir quéde la pequeño trozo de la cinta adhesiva. Envuelve la cintayalrededor piezas necesitarán para construir el vehículo. Las piezas requeridas son las sivarilla roja cerca de las ruedas pequeñas del vehículo que recién guientes: construiste. Devuelve tu vehículo y demás materiales al centro de conectores canela conectores grises - paraconectores 6 / Usemos dibujos registrarrojos y construir STC / Movimiento y diseño conectores amarillos varillas rojas TM

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Figura 2-2

STC / Movimiento y diseño

Ilustración 2-2 Dibujo de un vehículo

Vista superior Conector color canela

Varilla azul

Conector amarillo

Varilla roja Conector amarillo

Vista lateral Conector rojo

Conector rojo Varilla gris

LECCION 2

Usemos dibujos para registrar y construir / 7

Conector gris

Conector amarillo

varillas grises varillas azules ruedas pequeñas ruedas grandes llantas grandes Si los alumnos tienen dificultad para seguir el dibujo técnico, indíqueles que se fijen en la leyenda. También pueden colorear el dibujo técnico antes de comenzar a construir. 8. Deje el tiempo suficiente para que los estudiantes armen su vehículo.

Actividades Finales

1. Pida a los alumnos que muestren sus vehículos terminados. Si todos los vehículos son idénticos, explique las razones de por qué eso es así. 2. Pídales que comparen sus propios dibujos con el esquema técnico. Inicie un debate usando preguntas como las siguientes: ¿En qué se diferencia tu dibujo con el dibujo técnico? ¿Qué te llama la atención sobre las dos perspectivas del dibujo técnico? ¿En qué se parecen? ¿En qué se distinguen? ¿Qué partes del dibujo técnico te facilitan la construcción del vehículo? ¿Qué partes las diﬁcultan? ¿En qué ayuda el color en el dibujo? ¿Cuál dibujo (el tuyo o el técnico) será mejor, si tuvieras que construir 100 copias de un modelo único? ¿Por qué? 3. Pida a cada grupo que anote con el plumón permanente la letra de su equipo en un pedazo de cinta adhesiva y lo peguen en el eje de su vehículo. Los alumnos deben devolver los materiales al Centro de Recursos. Consejo de gestión: El siguiente paso puede ser realizado ahora o en otro momento. 4. Junte a los alumnos en parejas y pídales que lean “La carrera que no se corrió” (pp. 42-44 en esta Guía y pp. 9-11 en el “Libro de Actividades del Estudiante”). Mientras los alumnos repasan la Selección de Lectura, pregúnteles qué sintieron cuando construyeron sus vehículo en la Lección 1. ¿Les ocurrió algo parecido a lo que vivieron Bobby Rahal y su equipo de diseño?

Movimiento y Diseño

Extensiones

Matemática

Artes Plásticas

1. Establezca un Centro de Aprendizaje en el que puede colocar la plantilla circular (u otro tipo de plantillas) reglas, lápices de colores y piezas para armar adicionales). Motive a los alumnos a que construyan diversos objetos en el Centro de Aprendizaje y que practiquen el registro de sus construcciones en dibujos.

Matemáticas

Artes Plásticas

2. Los alumnos pueden traer fotografías, recortes de revistas o dibujos que muestren una perspectiva particular de una persona u objeto, frontal, lateral, superior. Pídales que ordenen las imágenes de acuerdo a su perspectiva.

Artes Plásticas 3. Pida un miembro de cada grupo que pose como modelo, mientras sus otros dos compañeros dibujan su cabeza en dos o tres perspectivas (frontal, lateral, superior). Pregúnteles dónde han visto imágenes parecidas a sus dibujos (retratos, la “cara” de la moneda, etc.). Posteriormente, pueden dibujar un objeto, como un escritorio, un libro o una ﬂor, desde distintas perspectivas.

Lenguaje

Artes Plásticas

4. Coloque un objeto en un lugar visible para todo el curso. Pida a voluntarios que caminen en torno al objeto y describan, por escrito, su aspecto desde diferentes perspectivas. Inquiera sobre cuál perspectiva brinda la información más útil sobre el objeto.

Matemáticas

Ciencias Sociales

5. Los alumnos deben describir qué es un dibujo a escala. Pídales que comparen sus vehículos con los dibujos respectivos. ¿El vehículo está representado en su escala correcta (todas las partes están en proporción)? Por ejemplo, ¿las ruedas tienen el tamaño adecuado con respecto al cuerpo del vehículo? También se pueden encontrar escalas en los mapas. Los alumnos pueden calcular la distancia entre ciudades usando la escala.

Evaluación

Tal como se señaló, Ud. puede usar esta lección como una evaluación previa de las habilidades de los alumnos para registrar diseños por medio de dibujos. Mediante las siguientes preguntas, puede establecer una base para medir el crecimiento de las habilidades de dibujo de los estudiantes: ¿El estudiante se acerca para observar el objeto que dibuja? ¿Cuál es el grado de comprensión de cómo las piezas encajan unas con otras? ¿El alumno comunica el diseño del vehículo de manera efectiva? ¿Usa rótulos, leyendas, colores u otros medios para crear un dibujo claro del vehículo? ¿Qué herramientas, incluyendo el papel cuadriculado, la plantilla de círculo, la regla y los lápices de colores, usa el alumno para registra los diseños? Ponga atención al mejoramiento en la utilización de estos medios en la medida que la Unidad avanza. Recuerde que la meta general no consiste en que los alumnos dominen el dibujo técnico, sino que muestren un progreso en la manera en que construyen productos a partir de diseños y la forma en que los registran. Preparación para la lección 3 Para ahorrar tiempo en la siguiente lección, puede preparar las cuerdas y los ganchos hechos clips de papel con anterioridad. Siga las instrucciones en la sección Preparación de la Lección 3 (p. 46). Los alumnos no deberían alterar sus vehículos entre las lecciones 2 y 3.

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LECCION 2

Selección de lectura

SELECCIÓN DE LECTURA LA CARRERA QUE NO SE CORRIÓ La carrera que no se corrió

Aleta delantera

Aleta trasera

Automóvil de carrera Indy

¿Cómo te sentías mientras construías tumedio vehículo en lade Lección 1? ¿Tuviste algún Indiana. Cerca de millón personas ¿Cómo te sentías mientras construías tu problema? hacer rodar las ruedas? movió el vehículo como tú vande a verla. Ahí compiten los¿Se mejores vehículo en la Lección 1? ¿Tuviste algún ¿Fuiste capaz querías? Tallas vez pensaste: “Si sólo tuviera más tiempo, sé que podría hacer que esto conductores del mundo. problema? ¿Fuiste capaz de hacer rodar eso puede muestra ser cierto.elPero a veces no teneLa ilustración aspecto de simplemente un ruedas? ¿Se movió el vehículo funcione como tú mejor”. A menudo, tiempo. En ocasiones que dejar trabajar auto Indy.tenemos Como puedes ver,de la punta seen un proyecto, aun querías? Tal vez pensaste: “Si mos sólo más tuviera cuando nos gustaría seguir mejorándolo. El corredor autos de fama mundial Boasemeja a la nariz de un avión.deEsta forma más tiempo, sé que podría hacer que esto bby Rahalser (se pronuncia “Ray-hall”) tuvo una experiencia esa cuando diseñó y ayuda a aumentar la velocidad. El como auto tiene funcione mejor”. A menudo, eso puede construyó su propio auto de carrera “aletas” en lasIndy. partes delantera y trasera para cierto. Pero a veces simplemente no tenemos Los Indy los aerodinámicos poderosos compiten en la Indianápolis mejorar elyflujo de aireautos a su que alrededor. más tiempo. En ocasiones tenemos queson dejar 500, entre otras Lamayoría “Indy 500”, se llama carrera por de 500 millas (805 decomo los Indy son esta fabricados de trabajar en un proyecto, aun cuando nos carreras.La km), se corre cada año en la fecha del Memorial Day en Indianápolis, una compañía en Inglaterra. Pocos gustaría seguir mejorándolo. El corredor de Cerca de medio millón dehan personas van a verla. Ahíelcompiten corredores intentado construir suyo. los mejores autos de fama mundial Bobby Indiana. Rahal (se conductores del mundo. Entonces, ¿por qué Bobby Rahal y su pronuncia “Ray-hall”) tuvo una experiencia La ilustración muestracompañero el aspecto deCarl un auto Indy. Como puedes ver, la punta se aseHogan quisieron construir como esa cuando diseñó y construyó su meja a la nariz de un avión. Esta forma ayuda a aumentar la velocidad. uno? Fue un reto que los atrajo tanto a ellos El auto tiene propio auto de carrera Indy. “aletas” en las partes delantera y trasera para mejorar el ﬂujo de aire a su alrededor. como a su compañía Rahal/Hogan Racing. Los Indy son los aerodinámicos y La mayoría de los Indy son fabricados por una compañía en Inglaterra. Pocos correBobby Rahal ya había ganado la Indy 500 en poderosos autos que compiten en la dores han intentado construir el suyo. Entonces, ¿por qué Bobby Rahal y su compañe1986. Pero en 1992, Rahal decidió que Indianápolis 500, entre otras carreras. La ro Carl Hogan quisieron construir uno? Fue un reto que los atrajo tanto a ellos como a quería correr en un auto especial, uno que “Indy 500”, como se llama esta carrera de su compañía Rahal/Hogan Racing. Bobby Rahal ya había ganado la Indy 500 en 1986. diseñarían y construirían él y su equipo de 500 millas (805 km), se corre cada año en la Pero en 1992, Rahal decidió que quería correr en un auto especial, uno que diseñarían diseño. Sería el único auto de su tipo en el fecha del Memorial Day en Indianápolis, y construirían él y su equipo de diseño. Sería el único auto de su tipo en el mundo. En mundo. la Lección 1 fuiste parte de un equipo de diseño que construyó un vehículo. Rahal/ Hogan Racing también tenía un equipo de diseño con ingenieros, expertos en computación y un especialista en aerodinámica automotriz, alguien que sabe cómo el ﬂujo de aire en torno a un auto afecta su velocidad y rendimiento. El equipo contaba con siete meses para diseñar, construir y probar el auto antes de la Indy 500 de 1993. Para ser competitivo en la Indy 500, el auto de Rahal debía desplazarse a unas 220 millas (354 km) por hora. ¿Cuán rápido es eso? Si te pararas en la línea lateral de una canUsemos dibujos registrar 9 millas por STC / Movimiento y diseño cha de fútbol y vieras pasar un auto de unpara extremo a otro ydeconstruir la cancha /a 220 hora, sólo verías un borrón. A esa velocidad, el auto se demoraría 1 segundo en recorrer el largo de la cancha. La Indy 500 se corre en una pista de forma ovalada que tiene tanto curvas cerradas como tramos rectos. En la carrera de 500 millas, los autos giran 200 veces en torno a esa pista de 21/2 millas (4 km). Como pueden dar la vuelta a la pista en alrededor TM

Movimiento y Diseño

de un minuto, toman una curva tras otra con una diferencia de segundos. Si un auto pierde velocidad en las curvas, puede perder la carrera. El equipo de diseño de Bobby sabía que enfrentaba un gran desafío: diseñar un auto que se desplazara a altas velocidades y que también se “agarrara” a la pista en las curvas. Después de semanas de construcción, prueba y modificación del Indy, surgió un problema inesperado durante una prueba que se corrió en una pista en Phoenix, Arizona. Al tomar Bobby una curva a unas 170 millas (274 km.) por hora, el extremo trasero del auto se balanceó y golpeó el muro de contención. El auto no sufrió daños severos y Bobby sólo quedó conmocionado. Pero el problema era serio. El auto era inestable en las curvas en momentos impredecibles. El equipo de diseño tenía un nuevo reto: encontrar el origen del problema y buscarle solución. El equipo de diseño trabajó día y noche buscando una pieza defectuosa o una caracLECCION 2 terística mal diseñada. Rediseñaron la aleta trasera del auto y le hicieron pruebas en un túnel de viento. Revisaron la aleta delantera. Probaron todas las modificaciones fútbol y vierasconstruyeron pasar un autoun deauto un extremo a En la Lección 1 fuiste que parte de un equipo pudieron concebir y prácticamente nuevo durante el prodede lalacancha a 220 millas por hora, sólo de diseño que construyóceso. un vehículo. A veces parecían estarotro cerca solución, pero repentinamente el auto volvía a verías un borrón. Rahal/Hogan Racing también un equipooscilando perdertenía la estabilidad hacia el muro.A esa velocidad, el auto se demoraría 1 segundo recorrer el largo delos la conductode diseño con ingenieros, expertos entuvieron que dejar Finalmente, de trabajar. Era en tiempo de que todos cancha. computación y un aerodinamicista res que querían competir en la carrera Indy 500 de 1993 intentaran clasificar. En las Indy 500 secorren corre en una pista alrededor de forma de la pista. automotriz, alguien que pruebas sabe cómo flujo de de el clasificación, losLa conductores por turnos ovalada que tiene tanto curvas cerradas como aire en torno a un auto afecta su velocidad y Sólo los autos más veloces logran competir en la carrera real. tramos rectos. En la carrera de 500 millas, los rendimiento. El equipo contaba con siete ¿Puedes imaginar cómo se sentía el equipo de diseño mientras Bobby ingresaba a autos giran 200 veces en torno a esa pista de meses para diseñar, construir y probar el la pista? ¡Cómo deben haber1deseado haber tenido más tiempo! ¡Cómo deben haber 2 • 2 millas (4 km). Como pueden dar la vuelta auto antes de la Indy 500 de 1993. queeltodo ¡Cómo haber esperado que Bobby clasificara Para ser competitivo enesperado la Indy 500, autosaliera bien! a la pista en deben alrededor de un minuto, toman para la carrera Indy 500 y que después la ganara! de Rahal debía desplazarse a unas 220 millas una curva tras otra con una diferencia de ¿Pero sabes qué pasó? salió bien. autopierde siguióvelocidad siendo inestable (354 km) por hora. ¿Cuán rápido es eso? Si te No todo segundos. Si unElauto en las y nunca alcanzó la velocidad necesaria para clasificar. Bobby Rahal no correría pararas en la línea lateral de una cancha de curvas, puede perder la carrera. El equipoen dela Indy 500. diseño de Bobby sabía que enfrentaba un gran reto: diseñar un auto que se desplazara a altas velocidades y que también se agarrara a la pista en las curvas. Después de semanas de construcción,

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Al borde de la pista, el equipo de diseño de Rahal/Hogan estaba desconcertado. Se había esforzado al máximo en el proyecto y el tiempo se había acabado. Pese a lo decepcionado que estaba, Bobby habló con los periodistas antes de dejar la autopista: “Va a ser un extraño Memorial Day para mí al no estar en esta carrera. Pero volveremos el próximo año. Volveremos a dar la pelea”. Agradeció a sus admiradores por su respaldo. Luego abandonó la pista. Aun después de siete meses de trabajo arduo, el equipo no pudo resolver el defecto del auto. No era fácil descartar este proyecto cuando el equipo se había esforzado tanto en él. Pero no había nada más que pudiera hacerse. Cuando termina un reto, a menudo se presenta de inmediato otro. Bobby Rahal no construyó un auto exitoso para la Indy 500 de 1993. Pero nunca dejó de correr ni de pensar en ganar. De hecho, no mucho después de la temporada de carreras de 1993, el equipo de diseño de Bobby Rahal comenzó a trabajar en un nuevo motor para el auto de carrera Indy.

Movimiento y Diseño

LECCIÓN 3

MOVAMOS UN VEHÍCULO: EXAMINEMOS LAS FUERZAS

Introducción y objetivos

En las lecciones 1 y 2, los alumnos conocieron acerca de la construcción de vehículos y el registro de su diseño. Esta lección se centra en la fuerza y el movimiento. Los alumnos podrán desarrollar su comprensión del siguiente principio: una fuerza aplicada a un objeto, cambia el movimiento de éste. Para asegurar condiciones similares y controlada, los estudiantes usan los vehículos estándar confeccionados en la Lección 2 y utilizan un sistema mediante el cual un peso descendente adherido a una cuerda tira el vehículo. En esta actividad, los alumnos podrán describir detalladamente cómo sus vehículos responden a esta fuerza. Esta lección también prepara la base para una recopilación y representación más formal de datos en la Lección 4. Los estudiantes arman un sistema para impulsar sus vehículos. Los estudiantes comparan y discuten cómo cambia el movimiento de sus vehículos cuando se usa pesos menores o mayores para impulsarlo. Los estudiantes registran sus datos en el Cuaderno de Ciencias. Los estudiantes plantean conclusiones acerca del efecto de distintos pesos en el movimiento de sus vehículos tirados por una cuerda.

Contexto

Para mover un vehículo en reposo, se requiere de una fuerza -empujar o tirar. De forma similar para frenar o detener un vehículo en movimiento también se requiere de una fuerza. Las fuerzas desequilibradas inician el movimiento e inﬂuyen sobre él, como en una competencia de tirar una cuerda. Al inicio, ambos equipos tiran la cuerda con una fuerza equivalente. Súbitamente, un jugador se cae. La ventaja favorecerá al equipo con más fuerza; la velocidad de la cuerda y de los competidores aumenta en dirección al extremo con más fuerza. La segunda ley de Newton establece que cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, la fuerza actúa aumentando la velocidad de ese objeto. El efecto de la fuerza sobre el movimiento del objeto depende de la magnitud y la dirección de la fuerza. En las próximas tres lecciones, los alumnos atarán una cuerda a sus vehículos, colgarán la cuerda por el borde de la mesa y adherirán un peso (golillas pequeñas) al extremo de la cuerda. El vehículo es atraído por la fuerza de gravedad que actúa sobre la cuerda cargada y tira los pesos hacia el suelo. Mientras mayor sea la fuerza, esto es, mientras mayor sea la carga adherida a la cuerda, el tirón sobre el vehículo será mayor y éste cambiará su velocidad más rápidamente. Frecuentemente, el vehículo seguirá moviéndose, incluso después que los pesos hayan alcanzado el suelo y dejen de tirar el vehículo. Este movimiento continuado se debe a la inercia. Para prevenir que los vehículos se caigan de la mesa, los alumnos crearán una barrera, colocando un sujetalibros en el extremo de su espacio de trabajo (ver la ilustración en la Hoja de Instrucciones, p. 50).

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Cuando los equipos ﬁjen la cuerda cargada con los pesos (golillas) al vehículo, un alumno sostendrá el vehículo en su lugar. Las fuerzas están equilibradas y el vehículo no se moverá. En esta lección la fricción se produce por el roce entre las ruedas y el eje, y entre las ruedas y llantas con la superﬁcie sobre la que se mueve el vehículo. Luego de que la cuerda cargada deje de tirar, la fricción ralentizará y detendrá el movimiento del vehículo. Los alumnos estudiarán la fricción con más detalle en la Lección 8.

Materiales Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias Para cada grupo de tres alumnos 1 ejemplar de la Hoja de Registro 3-A: Registro de cómo se mueve nuestro vehículo 1 vehículo estándar* (rotulado con la letra del grupo, de la Lección 2) cuerda, 100 cm. 1 pedazo de cartulina, tamaño carta 2 clips extra-grandes 16 golillas metálicas pequeñas 1 golilla metálica grande 1 sujetalibros pequeño, 13 x 12 x 12 cm. 1 lámina de madera terciada 38 x 122 x 0,6 cm. Para el curso 10 vasos plásticos pequeños, 30 mL 1 carrete de cordel delgado 1 cinta de medición tijeras cinta adhesiva *El término vehículo estándar será usado a partir de ahora para referirse al vehículo construido en la Lección 2, a partir de un dibujo técnico.

Preparación

Consejo de gestión: Puede ser conveniente pedir la ayuda de un asistente adulto para preparar esta lección. No se recomienda que los alumnos preparan las cuerdas con los ganchos de alambre de clips (ver punto tres de esta sección), ya que carecen de las habilidades motrices ﬁnas para manipular esos materiales. 1. Decida si los alumnos, en esta lección y en toda la Unidad, llenarán las hojas de registro de manera individual o como equipo. Haga las copias correspondientes de la Hoja de Registro 3-A: Registro de cómo se mueve nuestro vehículo. 2. Asigne una superﬁcie plana y alargada para cada equipo como, por ejemplo: Una mesa grande rectangular o cuadrada. Una “pista” consistente en una lámina de madera terciada o similar, colocada sobre dos o más escritorios de la sala de clases. 3. Prepare la cuerda con ganchos hechos de clips de la siguiente manera: Corte la cuerda en trozos de 100 cm. Cada grupo necesita una cuerda. Doble el clip en forma de “S”, como un gancho. Cada grupo necesita dos ganchos. Fije los ganchos en cada extremo de la cuerda. Átelos como se muestra en la Ilustración 3-1. Para evitar que la cuerda se enrede, enróllela alrededor de un pedazo de cartulina. Fije los ganchos a la cartulina con cinta adhesiva (volverá a usar la cartulina más adelante). Movimiento y Diseño

4. Coloque 16 golillas pequeñas en los vasos plásticos. Cada grupo necesita un vaso. 5. Ordene los materiales en el Centro de Distribución, tal como se muestra en la Ilustración 3-2. 6. Use las Instrucciones para que los estudiantes preparen un sistema de peso descendente (p. 50 en esta Guía y pp. 15-16 del Libro de Actividades del Estudiante) para preparar el sistema de peso descendente de un equipo, con ﬁnes de demostración.

Procedimiento

1. Pida a un alumno que camine de un extremo a otro de la sala de clases. El curso deberá describir el movimiento de su compañero. Pídale que repita el recorrido, pero esta vez con un cambio en su movimiento (por ejemplo, primero puede caminar y, después, correr). Ahora, el curso debe describir el cambio en el movimiento. Explíqueles que describirán el movimiento y los cambios en el movimiento en esta lección y en el futuro.

Ilustración 3-1 Cómo ﬁjar el clip a la cuerda

2. Repase con el curso las Instrucciones para que los estudiantes preparen un sistema de peso descendente (p. 50 en esta Guía y pp. 15-16 del Libro de Actividades del Estudiante). Un voluntario deberá demostrar el funcionamiento del sistema de peso descendente, usando el sistema previamente preparado. Pregunte por el ﬁn que puede cumplir el sujetalibros. 3. Distribuya la Hoja de Registro 3-A: Registro de cómo se mueve nuestro vehículo. Indíqueles que por cada conjunto de pesos que prueben (cuatro en total), deberán registrar los movimientos y los cambios de movimiento en sus vehículos. Repase el ejemplo contenido en la Hoja de Registro. 4. Pídales que recojan sus vehículos y demás material del Centro de Recursos. Recuérdeles que deberán desenrollar cuidadosamente la cuerda de la cartulina para que no se enrede.

Actividades ﬁnales

Pídales que compartan sus resultados. Puede guiar la discusión con las siguientes preguntas: ¿Cuándo observaste que el vehículo comenzó a moverse? ¿Qué causó que tu vehículo se moviera? ¿El vehículo se movió de manera diferente cuando cambiaste los pesos? ¿Por qué ocurrió eso? ¿Qué hizo que el vehículo se detuviera? ¿Para qué usaste el sujetalibros? ¿Lo necesitaste todas las veces? ¿Por qué? ¿Cómo describirías el movimiento del vehículo, de acuerdo al peso usado en cada ocasión? Comente los rangos de velocidad en Hojas de Registro. Pídales que expliquen cómo la magnitud de la fuerza afectó el movimiento de sus vehículos. Nota: Los alumnos pueden decir, “más peso en la cuerda (o más fuerza), hizo que el vehículo se moviera más rápido”. Esta es una respuesta aceptable. No obstante, debe ayudarles a entender que mientras mayor sea la fuerza, mayor es el cambio de velocidad sobre una

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Ilustración 3-2 Centro de Recursos

misma distancia. Una manera de describir este cambio de velocidad es: “el vehículo se movió más rápido, cuando tenía más peso” o “cuando se tiraba más, el vehículo partió más rápido”. Comente el desafío contenido en la Hoja de Registro 3-A. Ayude a los alumnos a reconocer que sus vehículos se movieron una distancia igual a la altura existente desde el suelo hasta la superﬁcie de trabajo. Explique por qué ello es así. Los estudiantes deben limpiar sus espacios de trabajo y devolver los vehículos y los demás materiales al Centro de Recursos. Pídales que cuidadosamente vuelvan a enrollar la cuerda en torno a la cartulina. También deben volver a colocar las golillas en los vasos plásticos. Usarán las cuerdas y los ganchos en la Lección 4.

Extensiones

Ciencia Los alumnos deben juntarse en parejas y, por turnos, describir el movimiento de su compañero. Los alumnos pueden desplazarse por la sala, los pasillos, el gimnasio o el patio. Luego, pídales que observen cambios en el movimiento; por ejemplo, pueden cambiar de dirección, disminuir o acelerar la velocidad. Los alumnos pueden crear Tarjetas de Movimiento, cada una con una descripción distinta de la velocidad (“no se mueve”, “se mueve lentamente”, etc.). Mientras un alumno ordena las tarjetas para formar una secuencia, su compañero deberá moverse de acuerdo a esa secuencia.

Ciencia Pida a los alumnos que busquen ejemplos de objetos que se mueven por la fuerza de la gravedad. Los ejemplos pueden variar de manzanas que se caen de los árboles, rocas que ruedan cuesta abajo o un carro que se desliza por una pendiente. O bien pueden buscar ejemplos de objetos unidos a una cuerda. Los ejemplos, un balde de un pozo, los limpiavidrios que trabajan en los rascacielos modernos, un sistema de poleas en un taller mecánico, o los pesos en un reloj con péndulo. Los alumnos pueden interesarse en investigar sobre el Volcano Rover, un robot sujeto a una atadura, que se utiliza para explorar volcanes.

Matemáticas Los estudiantes pueden usar una balanza para registrar cuántas golillas pequeñas son equivalentes al peso de una golilla grande. ¿Todos los alumnos llegan a la misma equivalencia? ¿Por qué se pueden producir diferencias? Pida a los alumnos que busquen otros objetos, cuyo peso sea equivalente a 2, 4 y 8 golillas pequeñas.

Movimiento y Diseño

Ciencia El curso puede realizar una competencia de tirar una cuerda, siempre bajo supervisión de un adulto. Realice la siguiente investigación y coméntela posteriormente. Comience con un alumno a cada lado. Luego, agregue simultáneamente otros dos a cada lado. ¿Las fuerzas siguen equilibradas? ¿Se mueve o no la marca del centro? ¿Por qué? Cuando cada lado haya sumado un número igual de alumnos, comience a restar y sumar alumnos. Observe si se mueve la marca del centro. ¿Qué determina la dirección en que se mueve la cuerda? Los estudiantes deberán explicar por qué la cuerda puede no moverse, pese a que los competidores de ambos bandos están tirando de la cuerda. Pida a los alumnos que monten un sistema de peso descendente en que el vehículo esté conectado a la cuerda por una banda elástica y no por un gancho. Recuérdeles que deben usar las gafas protectoras. ¿Qué ocurre con la banda elástica cuando agregan los pesos? ¿Qué ocurre con la banda elástica cuando sueltan el vehículo? ¿Qué ocurre con la banda elástica cuando los pesos alcanzan el piso? Los alumnos deberán incrementar el número de pesos adheridos a la cuerda y realizar observaciones adicionales. Pueden medir cuánto se alarga el elástico con cada prueba. Ayude a que los alumnos comprendan que la extensión variable de la banda elástica es un indicador visual de que los pesos están tirando el vehículo todo el tiempo, desde el momento en que están adheridos al vehículo, hasta que alcanzan el suelo. Preparación Los estudiantes no deben desarmar los vehículos estándar. Los seguirán usando en la Lección 4.

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LECCION 3

Instrucciones para que los estudiantes preparen un sistema de peso descendente

Instrucciones: Recojan sus materiales. Pongan su vehículo en el lugar de trabajo largo y plano asignado a su grupo por el profesor. Luego, preparen el lugar de trabajo como se muestra en dibujo.

Clip doblado en forma de S

Vehículo y cordel tirados hacia atrás

Clip Clip atado al eje colgando encima delantero Cordel por del borde de la encima de mesatable la mesa

Sujetalibros en el borde la mesa (base larga que enfrenta el vehículo)

Cordel a través del sujetalibros

1. Asegúrense de hacer pasar el cordel a través de la abertura en el sujetalibros. Alguien del grupo debe tirar el vehículo hacia atrás, hasta que la parte superior del gancho del clip quede en línea con el borde superior de la mesa. Si están usando una mesa larga, tiren el vehículo hacia atrás hasta que las ruedas traseras estén cerca del extremo de la mesa. (Las ruedas deben permanecer sobre la mesa). 2. Mientras otro miembro del grupo sostiene el vehículo en su lugar, un tercer miembro debe poner dos golillas pequeñas en el gancho del clip en el borde de la mesa. ¿Puede sentir el peso adicional la persona que está sosteniendo el vehículo?

STC / Movimiento y diseño 50

Movamos un vehículo: Examinemos las fuerzas / 15 Movimiento y Diseño

LECCION 3

3. Ahora suelten el vehículo. Si el vehículo no se mueve, un golpe muy suave puede ayudar a que lo haga. (Si aún no se mueve, anoten esa información en su Hoja para anotaciones).

4. Conversen lo que observaron. El tercer miembro del grupo debe anotar las observaciones del grupo en la Hoja para anotaciones 3-A: Registremos cómo se mueve nuestro vehículo.

5. Vuelvan a tirar el vehículo hacia atrás, hasta que la parte superior del gancho del clip quede en línea con el borde superior de la mesa. Pongan dos golillas pequeñas más en el gancho (cuatro en total). Conversen lo que se siente al sujetar el vehículo en su lugar con cuatro golillas en el gancho.

6. Suelten el vehículo. Anoten sus observaciones en la Hoja para anotaciones.

7. Tiren nuevamente el vehículo hacia atrás. Pongan cuatro golillas pequeñas más en el gancho (ocho en total). Antes de soltarlo, comenten lo que se siente al sostener el vehículo en su lugar con ocho golillas en el gancho. Luego hagan una predicción. Comenten cómo se moverá el vehículo. Ahora suelten el vehículo. Anoten sus observaciones.

8. Repitan esta actividad con 16 golillas (o 1 golilla grande).

9. Completen toda la Hoja para anotaciones 3-A. Califiquen la velocidad de su vehículo al ser tirado por cada uno de los pesos, asignando un número de uno a cinco a cada prueba, siendo cinco el más rápido. ¿Qué peso tiró el vehículo más rápidamente?

16 / Movamos un vehículo: Examinemos las fuerzas

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

STC / Movimiento y diseño

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Nombres:

Fecha:

Registro de cómo se mueve nuestro vehículo

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Desafío para pensar: Piensa acerca del tamaño de tu espacio de trabajo y la longitud de tu cordel. Considera la distancia que recorre tu vehículo. ¿Cómo se relacionan estas medidas? ¿Por qué?

Movimiento y Diseño

LECCIÓN 4

PROBEMOS EL MOVIMIENTO DE VEHÍCULOS QUE LLEVAN UNA CARGA

Introducción y objetivos

Ahora los alumnos aplican lo que aprendieron en la Lección 3 y adaptan los vehículos para que puedan transportar una carga. Los prueban para observar cómo el peso de la carga afecta el movimiento del vehículo. Al usar una fuerza constante y variar el peso de la carga, los alumnos podrán entender la idea de que mientras más pesado sea el vehículo, más lenta será su velocidad promedio. En esta investigación, los alumnos adquirirán una importante experiencia en la realización de un experimento controlado, a la vez que desarrollan su comprensión intuitiva del papel que desempeña la masa en el movimiento. Los alumnos agregan bloques de madera a sus vehículos para investigar los efectos de una carga sobre el movimiento. Los alumnos miden el tiempo que requiere el vehículo cargado para recorrer una distancia dada. Los alumnos comentan y representan gráﬁcamente los resultados de su investigación.

Contexto

En la Lección 3, los alumnos y alumnas no efectuaron cambios en sus vehículos y observaron qué sucedía cuando variaban la fuerza que actuaba sobre el vehículo. En esta lección, deberán mantener una fuerza constante y observar qué ocurre cuando varíen la masa de sus vehículos. Masa es la cantidad de material en un objeto. Peso es la cantidad de fuerza ejercida por la fuerza de gravedad sobre la masa de un objeto. En la luna, las personas, pesan una sexta parte de lo que pesan en la Tierra, pero su masa sigue siendo la misma. La masa de un vehículo es proporcional, pero no igual al peso del vehículo. La meta de las lecciones 3 y 4 es ayudar a que los alumnos desarrollen una comprensión de las relaciones entre fuerza, masa y cambio en el movimiento. No es necesario usar el término masa en sus comentarios. Más bien, ayude a los alumnos para que se familiaricen con las formas en que las fuerzas afectan el movimiento de vehículos más pesados y livianos. Los alumnos variarán la masa de sus vehículos al cambiar el número de bloques de madera que cargan. Descubrirán que mientras mayor sea la carga, y se aplique una fuerza constante, el vehículo se acelera más lentamente. Mientras menor sea la carga, el vehículo se acelera más. Esto es un resultado plausible. Por ejemplo, si se empuja un carro de supermercado vacío, se acelerará más rápidamente que uno cargado de mercadería. La carga mayor tiene más masa y, por lo tanto, más inercia, por lo que requerirá más fuerza para ser movida. Los alumnos podrán cuantiﬁcar su investigación en segundos, midiendo con los cronómetros el tiempo de viaje transcurrido. Muchos cronómetros o relojes tienen tres botones, lo que puede causar cierta confusión en los alumnos. Es conveniente que determine previamente la habilidad de los alumnos para usar los cronóme-

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

tros. Siga las indicaciones del fabricante al instruir a los alumnos en el uso de los cronómetros. Deberá decidir cómo quiere que los alumnos lean los cronómetros. Por ejemplo, pueden leer y registrar el tiempo al segundo entero más próximo, o el tiempo a la centésima de segundo más próxima. El gráfico de la Hoja de Registro 4A sólo indica números enteros. Si quiere que los alumnos midan y registren el tiempo con más precisión, deberá modificar la Hoja de Registro o pedirles que creen sus propios gráficos. Incluso bajo condiciones aparentemente idénticas, los grupos pueden medir tiempos diferentes. Ayude a los alumnos a entender por qué eso puede ocurrir. ¿Accionan los cronómetros cuando la carga comienza a caer y los detienen cuando alcanza el suelo? ¿La fricción afecta a los vehículos en algunas pruebas? ¿Acaso las ruedas están rozando con el marco o los ganchos tocan la superficie de la mesa? Ayude a los alumnos a comprender qué efectos pueden tener estas probables variaciones. Debido a las variaciones, característica común en estas mediciones, una única medición tendrá un valor limitado para la prueba y la evaluación. Por ello, los alumnos deberán repetir sus mediciones varias veces hasta que, con el conjunto de los datos obtenidos, se pueda lograr un valor representativo. Decida cuál es la mejor manera de analizar los datos. Hay muchas formas de analizar los datos de los alumnos, incluyendo la media aritmética, la mediana y la moda. Una de las formas más conocidas es la media aritmética que se obtiene sumando las mediciones y luego dividiendo el resultado por el número de mediciones. Esta aproximación producirá un promedio decimal que no es apropiado, pues sugiere un nivel de precisión que no está presente en las mediciones. Tal como se explica más abajo, la mediana (el valor medio o central) o la moda (el valor más frecuente) son más pertinentes para esta actividad y son más fáciles de terminar. Un gráfico de línea (line plot), ilustrará el rango de las mediciones de los alumnos y les permitirá determinar que valor o conjunto de valores es la mejor representación de sus datos. Este gráfico muestra el rango de posibles resultados en el eje horizontal. Luego de cada prueba, los alumnos colorean un círculo situado por encima de la línea que representa el número de segundos que tardó el vehículo con una carga determinada (cantidad de bloques de madera), en recorrer una distancia equivalente a la altura de su espacio de trabajo. Este color permitirá a los alumnos comparar los resultados de su vehículo con diferentes cantidades de carga. Así, los alumnos que obtuvieron los resultados de la Ilustración 4-1 podrán decir que el tiempo promedio para que su vehículo con 0 bloques de madera recorriera una distancia equivalente a la altura de su espacio de trabajo, es de “entre 1 y 2 segundos”. Si continúan el análisis, podrán decir que la moda fue de “aproximadamente 1 segundo”, ya que hay más círculos coloreados encima de la marca de 1 segundo que en la de 2 segundos. Cuando el vehículo cargó dos bloques, la mediana y la moda fueron de 3 segundos. Los alumnos también pueden concluir que el tiempo para que su vehículo con 1 bloque de madera recorriera una distancia equivalente a la altura de su espacio de trabajo, fue de “entre 2 y 4 segundos”. Puede hacer las siguientes preguntas, para ayudarles a entender que los resultados de sus mediciones pueden variar: “¿aproximadamente, cuánto tiempo tardó tu vehículo en recorrer una distancia equivalente a la altura de su espacio de trabajo?”. También puede preguntar: “¿cuál es el número que está al medio?” o “con un bloque de madera, ¿qué número de segundos se observó con más frecuencia?” Estimule a los estudiantes para que decidan cómo quieren representar los datos obtenidos. Para mantener una fuerza constante, los alumnos usarán el mismo número de golillas en un extremo de la cuerda. Si los alumnos cambiaran tanto la carga como la fuerza, no habría manera de distinguir qué variable afectó el movimiento que observaron. Por ello, se sugiere que los estudiantes usen al menos 10 golillas pequeñas como fuerza constante. Recuérdeles que, una vez determinada la cantidad de golillas, no podrán modificarla en ninguna de las pruebas. La madera a usar en esta lección debería ser lo suficientemente liviana, para que un vehículo tirado por 10 golillas y cargado con dos bloques de madera, se pueda mover. Sin embargo, si un bloque de madera tiene nudos, puede ser más denso, y por lo tanto más pesado que otros bloques. Si el grupo descubre que su vehículo cargado 54

Movimiento y Diseño

con dos bloques no se mueve con la fuerza de 10 golillas pequeñas, instruya al grupo a que incremente, de a una, el número de golillas, hasta que el equipo se mueva. Una vez que se haya establecido el número adecuado de golillas, el equipo debe registrar el número en su Hoja de Registro y mantenerlo para las demás pruebas. Si la altura de los espacios de trabajo de todos los equipos es la misma, será fácil comparar los resultados. Sin embargo, si la altura diﬁere, ayude a los alumnos a descubrir por qué los resultados de los distintos equipos son diferentes y no pueden ser comparados.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar Para cada grupo de tres alumnos 1 ejemplar de la Hoja de Registro 4-A: Graﬁcar datos 1 vehículo estándar 1 cuerda con gancho, enrollada en cartulina (de la lección 3) 16 golillas metálicas pequeñas en un vaso plástico pequeño 2 bloques de madera 1 sujetalibros pequeño, 13 x 12 x 12 cm. 1 cronómetro 1 lápiz de color rojo 1 lápiz de color azul 1 lápiz de color verde 1 lámina de madera terciada 38 x 122 x 0,6 cm. Para el curso 1 carrete de cordel delgado 1 cinta de medición clips extra-grandes tijeras

Preparación

Procedimiento

1. Haga una copia de la Hoja de Registro 4-A: Graﬁcar datos para cada grupo (o para cada alumno). 2. Revise las cuerdas de la Lección 3. Si alguna se enredó, se formaron nudos o se perdieron los ganchos, prepare cuerdas con ganchos adicionales. 3. Ordene los espacios de trabajo del mismo modo en que lo hizo en la Lección 3. 4. Ordene los materiales en el Centro de distribución, comenzando por las cartulinas. Las 16 golillas de cada equipo aún deberían estar en los vasos plásticos. 5. Repase la lección. Decida si necesita una o dos sesiones para realizarla. Esto dependerá de la experiencia de los alumnos en el uso de los cronómetros y en la confección de los gráﬁcos. Un punto apropiado para interrumpir es entre los pasos 9 y 10 de Procedimiento.

1. Pregunte a los alumnos sobre cómo cambiará el movimiento de los vehículos, si le agregan bloques de madera. Deles unos minutos para que anoten sus predicciones en los Cuadernos de Ciencias. Comente sus predicciones. 2. Exhiba un vehículo y dos bloques de madera. Pregúnteles cómo podrían adaptar sus vehículos para poder transportar los bloques de madera. Acepte todas las propuestas. 3. Explique que para poder realizar un experimento controlado, todos los grupos deben sujetar los bloques de la misma forma. Muestre el método, tal como en la Ilustración 4-2. En la Lección 5 cada grupo podrá desarrollar su propio método. Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI] 55

Ilustración 4-2 Cómo ﬁjar el clip a la cuerda

4. Infórmeles que usarán un cronómetro para medir cuánto tiempo necesitan los vehículos para su recorrido en cada prueba. Así podrán comentar y comparar sus resultados. Distribuya un cronómetro a cada equipo. 5. Reserve algunos minutos para que los alumnos practiquen con el cronómetro. Controle que lo utilicen de manera correcta. 6. Ahora, los alumnos deben cronometrar el movimiento de un voluntario por la sala de clases. Explíqueles que deberán redondear las mediciones al segundo más próximo (vea la sección Contexto, en caso que desee que los alumnos midan y registren el tiempo con mayor precisión). 7. Realice una lluvia de ideas con ejemplos en que se mide el tiempo del movimiento. Las respuestas pueden incluir carreras de atletismo, de natación, de caballos o de autos. Ponga como ejemplo una competencia de 100 m planos. Un corredor completa la carrera en 9 segundos y otro en 12. ¿Cuál de los dos se mueve más rápido? Asegúrese que todos entiendan que el menor tiempo transcurrido es un indicador de mayor velocidad. 8. Revise con los alumnos las Instrucciones para que los estudiantes prueben el movimiento de vehículos que llevan carga (pp. 59-61 en esta Guía, pp. 20-22 en el Libro de Actividades del Estudiante). 9. Distribuya y repase la Hoja de Registro 4-A: Graficar datos. Una ilustración en las instrucciones para los estudiantes y la Ilustración 4-1 muestran un ejemplo de un gráfico completado. Verifique que los alumnos sepan cómo colorear los círculos del gráfico. 10. Los alumnos deben recoger sus vehículos y demás materiales del Centro de Recursos. Pídales que realicen la investigación siguiendo las instrucciones señaladas. Recuérdeles lo siguiente: 56

Movimiento y Diseño

Actividades Finales

Extensiones

Usen lápices de colores para llenar los círculos correspondientes en el gráﬁco. Mantengan el número de golillas en cada prueba. Sólo cambien la carga de cada vehículo.

1. Pida a los alumnos que comenten sus resultados. Pregunte los siguiente: ¿Qué observaste cuando probaste diferentes cargas (bloques de madera)? ¿Cómo se movió el vehículo cuando estuvo cargado con dos bloques? ¿En qué cambió el movimiento cuando le sacaste un bloque? ¿En qué cambió el movimiento cuando le sacaste dos bloques? ¿Qué pasaría si le agregas un tercer o cuarto bloque de carga al vehículo? Cuando el vehículo no cargó ningún bloque, ¿qué quedó para inﬂuir en su movimiento? El peso del vehículo. ¿Cuáles son tus conclusiones con respecto a los efectos de una carga (como los bloques) en el movimiento de un vehículo? Guíelos para que entiendan que, mientras más pesado el vehículo, más tiempo toma en responder a una fuerza. ¿Conoces situaciones en el colegio o en tu casa que sean similares a lo que probaste en esta lección? 2. Pida a cada equipo que se centren en la Hoja de Registro 4-A: Graﬁcar datos y que describan aproximadamente cuánto tiempo demoró su vehículo en moverse una distancia dada. Los alumnos deben comprender que pueden obtener una medición mucho más representativa, si repiten las mediciones y seleccionan un valor, que si efectúan una sola medición. Algunas mediciones (representadas por los círculos coloreados) pueden agruparse. Otras se dispersarán, en cuyo caso el círculo del medio las representará a todas (vea la sección Contexto para más antecedentes sobre el análisis de los datos). 3. Pídales que devuelvan el material al Centro de Recursos. Pídales que cuidadosamente vuelvan a enrollar la cuerda en torno a la cartulina. También deben volver a colocar las golillas en los vasos plásticos. Usarán las cuerdas, ganchos y golillas en la Lección 5.

Ciencia 1. Los estudiantes pueden investigar en qué medida la posición de la carga sobre el vehículo puede afectar sus resultados. Pueden orientar los bloques horizontalmente en vez de verticalmente o usar un vehículo con un compartimento de carga frontal.

Matemáticas 2. Los vehículos pueden usar una balanza para descubrir cuántos bloques son equivalentes al peso de su vehículo. Pregúnteles en qué sentido esta información les puede ayudar a interpretar los resultados de la investigación efectuada.

Lenguaje 3. Pida a los alumnos que se imaginen que deben transportar una carga valiosa cruzando el continente americano. ¿Cuál será la carga y el destino? ¿Por qué debe ser entregada? ¿Cómo la transportarán? Luego de haber entregado la carga, ¿tomarán un camino de regreso distinto?

Matemáticas 4. Los estudiantes pueden usar los cronómetros para medir distintos lapsos de tiempo. Por ejemplo, la duración del recreo; el tiempo para correr de un extremo del patio al otro o para que un auto recorra una cuadra, etc.

Ciencias Sociales

Lenguaje

5. Que los alumnos investiguen y escriban sobre diversos vehículos de carga y sus diferencias. Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Artes Plásticas 6. Pida a los alumnos que recopilen y exhiban imágenes de vehículos de carga. Con cajas de cartón y carretes vacíos pueden confeccionar un modelo de uno de esos vehículos.

Matemáticas 7. Pida a los alumnos que activen los cronómetros y los detengan pocos segundos más tarde. Escriba el tiempo transcurrido en forma decimal. Luego, anote el mismo valor como fracción.

Movimiento y Diseño

LECCION 4

Instrucciones para que los estudiantes prueben el movimiento de vehículos que llevan carga 1. Preparen el sistema de peso descendente, como en la Lección 3. 2. Agreguen dos bloques al vehículo. Aprieten los travesaños para que los bloques se mantengan en su lugar.

3. Comprueben que un extremo del cordel esté atado al vehículo y el otro extremo ensartado a través de la abertura del sujetalibros. Tiren el vehículo hacia atrás hasta que el gancho llegue al borde superior de su lugar de trabajo. Luego, alguien del grupo debe sostener el vehículo en su lugar. 4. Pongan 10 golillas pequeñas en el gancho. Los pesos deben colgar por encima del borde del lugar de trabajo (a través del sujetalibros). Comprueben que el gancho no esté atascado en el borde de la mesa. 5. Suelten el vehículo. Si el vehículo no se mueve, golpéenlo suavemente. ¿Pueden tirar el vehículo las 10 golillas? 6. Si el vehículo aún no se mueve, agreguen más golillas pequeñas, una a la vez. No agreguen más golillas cuando el vehículo comience a moverse a través de la mesa, aunque sea solo levemente. 7. Cuenten sus golillas. Anoten el número en la Hoja para anotaciones 4-A. Usen este número de golillas a través de toda esta investigación. No cambien el número de golillas. TM

20 / Probemos el movimiento de vehículos que llevan una carga

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

STC / Movimiento y diseño

LECCION 4

8. Prepara el cronómetro. Nuevamente tiren el vehículo hacia atrás, hasta que el gancho llegue al borde superior de la mesa. Cuando estén listos para comenzar, pongan el cronómetro en 0. 9. Cuando suelten el vehículo, echen a andar el cronómetro. (Si el clip se atasca en el borde de la mesa, vuelvan a comenzar). Detengan el cronómetro cuando los pesos muertos toquen el piso. 10. Ahora miren los números grandes de su cronómetro. Usen su lápiz color verde. Coloreen un círculo en el fondo del gráfico que corresponda al número de segundos que le tomó a su vehículo recorrer esa distancia.

11. Habla con tu grupo acerca del movimiento del vehículo. ¿Cómo afectaron los bloques la forma en que el cordel con contrapeso tiró el vehículo? 12. Reinicien el cronómetro a 0. Repitan estos pasos cuatro veces más con el vehículo llevando los dos bloques de madera. Reinicien su cronómetro a 0 en cada ocasión. Después de cada prueba, coloreen con verde un círculo en el gráfico para indicar sus resultados. Si obtienen el mismo tiempo que en una prueba anterior, coloreen un círculo directamente sobre el círculo verde de la otra prueba.

STC / Movimiento y diseño

Probemos el movimiento de vehículos que llevan una carga / 21

Movimiento y Diseño

LECCION 4

13. Ahora saquen un bloque del vehículo. Aprieten los travesaños para que el bloque se mantenga en su lugar. Tiren el vehículo hacia atrás hasta que el gancho esté en el borde superior de la mesa. Reinicien su cronómetro a 0.

14. Suelten el vehículo. Detengan el cronómetro cuando los pesos golpeen el piso. Esta vez, muestren los resultados en el gráfico coloreando un círculo de azul. Hagan todos estos pasos cinco veces. 15. Saquen el bloque del vehículo. Ahora repitan los pasos con un vehículo vacío. Ejecuten todos los pasos cinco veces. Para estas pruebas, usen un lápiz de color rojo para colorear los círculos en el gráfico.

16. Ahora completen la parte inferior de la hoja para anotaciones.

22 / Probemos el movimiento de vehículos que llevan una carga Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

STC / Movimiento y diseño 61

Movimiento y Diseño

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Nombres:

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�� culo + 2 bloques de madera

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Sólo el vehículo (puntos rojos):_________ segundos El vehículo + 1 bloque de madera (puntos azules): _________ segundos El vehículo + 2 bloques de madera (puntos verdes):_________ segundos

Ahora observa los puntos. ¿Cuánto tiempo le tomó al vehículo realizar su recorrido transportando una de las siguientes cargas? Elige el número del medio de tus cinco intentos o el número que tenga más puntos de un sólo color. Registra los números a continuación:

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Número de golillas que usaremos:

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Fecha:

Graﬁcar datos: Cómo afecta la carga el tiempo en que se mueve un vehículo

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LECCIÓN 5

DISEÑEMOS VEHÍCULOS QUE CUMPLAN REQUISITOS DE DISEÑO

Introducción y objetivos

En la lección anterior, los alumnos ya ganaron experiencia en montar sistemas para investigar el movimiento de los vehículos y probaron los efectos de la fuerza y la carga sobre el movimiento del vehículo. En esta lección, los alumnos se enfrentan a un desafío de diseño. Deberán aplicar la información obtenida en las lecciones 3 y 4 para realizar un diseño propio de un vehículo que recorra una distancia determinada en un tiempo también determinado. Los estudiantes podrán superar este desafío aplicando habilidades de resolución de problemas para ajustar la carga de sus vehículos, la fuerza que los tirará y el peso del propio vehículo. En la medida que agregan y retiran piezas, los estudiantes aplican su conocimiento sobre cómo peso y carga pueden afectar el movimiento del vehículo. Los alumnos diseñan vehículos y sistemas para moverlos con el ﬁn de cumplir los requerimientos de tiempo establecidos. Los alumnos usan y aplican datos previamente recopilados para diseñar sus sistemas. Los alumnos leen para aprender más sobre un vehículo especializado, el Lunar Rover.

Contexto

En la Lección 3, los alumnos aprendieron que un peso más liviano en un extremo de la cuerda producía un movimiento más lento del vehículo. En la Lección 4, vieron cómo cargas más pesadas transportadas por el vehículo, producían cambios más lentos en la velocidad del movimiento. Ahora deben aplicar ambas conclusiones para cumplir un requerimiento de diseño. El vehículo deberá moverse a una distancia equivalente a la altura a que se encuentra el espacio de trabajo en un tiempo de entre cuatro a seis segundos. La primera inclinación de los alumnos puede ser la de usar la carga más pesada y el menor número de golillas en su sistema. No obstante, también descubrirán que, en la medida que la carga se vuelve más pesada, deberán también incrementar el número de golillas para mantener el vehículo en movimiento. Del mismo modo, si reducen el número de golillas, el vehículo puede no moverse en absoluto. Este es un problema interesante, para el cual hay varias soluciones. Una serie de combinaciones de bloques y golillas cumplirán con los requerimientos de diseño. Para resolver el desafío, los alumnos también pueden decidir aumentar la fricción en sus sistemas. Por ejemplo, pueden adherir y arrastrar golillas desde la parte trasera del vehículo, para incrementar la fricción y reducir la velocidad. Los alumnos pueden también comprender que mientras más piezas para armar agregan al vehículo, mayor será su peso y, por lo tanto, más difícil será de moverlo. Al igual que lo hacen los ingenieros, los estudiantes deberán planificar, construir, probar, evaluar, modificar y volver a probar sus vehículos antes de presentar los resultados. Al seguir un proceso de diseño tecnológico, aplican conceptos científicos para cumplir con los requerimientos. Para planificar e implementar su investigación, los alumnos deberán recurrir a los datos recopilados en lecciones anteriores.

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar Para cada grupo de tres alumnos 1 Tarjeta de Desafío de Diseño 1 vehículo estándar 1 cubeta de piezas para armar 1 sujetalibros pequeño, 13 x 12 x 12 cm. 1 cuerda con ganchos, enrollada en cartulina (de la Lección 4) 16 golillas metálicas pequeñas 3 golilla metálica grande 2 bloques de madera, 5 x 8 x 9 cm. 1 cronómetro 1 plantilla circular 1 regla métrica lápices de colores 1 lámina de madera terciada, 38 x 122 x 0,6cm. Para el curso 1 Tarjeta de Desafío de Diseño: Lección 5 (p. 69) 1 pliego de papel Kraft 1 cinta de medición, 100 cm. plumones de color cinta adhesiva cuerda adicional clips extra-grandes tijeras libros técnicos y manuales de vehículos de carga

Preparación

1. Copie una Tarjeta de Desafío de Diseño: Lección 5 para cada equipo usando la plantilla de p. 69. 2. Dibuje dos columnas en un papelógrafo. Rotule las columnas “Qué causó que tu vehículo se moviera lentamente” y “Qué hizo que se moviera rápidamente”. Escriba la fecha y cuelgue el papelógrafo. 3. Revise las cuerdas y los ganchos de cada equipo. Reemplace los que estén enredados. 4. Ordene los materiales en el Centro de Recursos. 5. Busque libros y manuales que ilustren vehículos de carga de diferentes tipos (camiones, utilitarios, acoplados, carros). Muestre los libros a los alumnos para que investiguen distintos diseños.

Procedimiento

1. Dirija la atención de los alumnos al papelógrafo. Pídales que anoten en sus Cuadernos de Ciencias algunas frases sobre qué causó que los vehículos se movieran lenta o rápidamente cuando usaron los sistemas de peso descendente de las lecciones 3 y 4. 2. Pídales que compartan sus impresiones con el curso. Con los plumones de color, registre sus ideas en la correspondiente columna del papelógrafo. Resuma las respuestas como en la Ilustración 5-1. Realice una lluvia de ideas sobre situaciones en que se requiere que un vehículo se mueva más lentamente.

Movimiento y Diseño

3. Distribuya la Tarjeta de Desafío de Diseño a cada grupo. Asegúrese de que todos entiendan los requerimientos allí contenidos. Comente cómo pueden aplicar la información recopilada en las lecciones 3 y 4 para cumplir el desafío. 4. Recuerde a los equipos que deben dar a todos los miembros una oportunidad de manipular las piezas para armar y de ayudar en la construcción del vehículo. Explique que una vez que se formó un grupo, éste debe ser capaz de repetir sus resultados ante el profesor, o bien ante otro equipo o el curso. Pregunte por qué los resultados repetibles son tan importantes en las Ciencias y la ingeniería. 5. Los niños deben recoger sus vehículos, libros y otros materiales y comenzar con el desafío. Deben montar los sistemas de peso descendente de la misma manera en que lo hicieron en las lecciones 3 y 4.

Actividades Finales

Extensiones

1. Los alumnos deben describir el proceso que usaron para construir su vehículo y probar su movimiento. Pregunte lo siguiente para guiar el debate: Diseñar y planiﬁcar: ¿Cómo se preparó tu equipo antes de construir el vehículo? Construir: ¿Enfrentaron algún problema cuando construían su vehículo? ¿Cómo lo solucionaron? Probar: ¿Cómo probaron su vehículo para determinar si cumplía con los requerimientos de diseño? ¿Cómo se movió su vehículo? Evaluar: ¿Cambiaste algo de tu vehículo o del sistema de peso descendente después de probarlo? ¿Qué cambios efectuaron? ¿Por qué hicieron los cambios? 2. Los alumnos deben usar sus lápices, plantilla circular, regla y papel cuadriculado para hacer un diagrama del diseño de sus vehículos. Pueden usar la Ilustración 5-1, p. 25, del Libro de Actividades del Estudiante como modelo. 3. Pídales que hagan lo siguiente: Desmonta las piezas para armar que agregaste a tu vehículo en esta lección. Lo que debe quedar es el vehículo estándar construido en la Lección 2. Volverán a usar el vehículo estándar en la Lección 6. Los alumnos pueden revisar el dibujo técnico de la Lección 2 (p. 40), si es necesario. Coloca las piezas para armar adicionales en el balde. Devuelve el vehículo estándar y todos los materiales al Centro de Recursos. Entrega las cuerdas y los ganchos al profesor. Devuelve la cartulina al Centro de Recursos. La volverás a usar en la Lección 9. Consejo de gestión: El siguiente paso puede ser realizado ahora o en otro momento. 4. Los alumnos se juntan en parejas y leen la Selección de Lectura “Un vehículo lunar: Haciendo caminos en la luna” (pp. 67-68 en esta Guía y p. 26-27 del Libro de Actividades del Estudiante). Mientras leen, pregunte por qué los ingenieros diseñaron el vehículo de modo tal que se moviera lentamente.

Ciencias Sociales

Lenguaje

1. Los alumnos pueden hacer una encuesta entre adultos para determinar cuántos de ellos usan principios de diseño en sus empleos y cómo los usan. Pueden publicar las entrevistas o un resumen de sus conclusiones en un Boletín del Diseño Tecnológico creado para la ocasión. Motívelos a que incluyan dibujos o fotografías.

Matemáticas 2. Pida a los alumnos a que realicen repetidas mediciones del tiempo que necesita su vehículo para moverse 60 cm. Deberán registrar sus datos en un gráﬁco de líneas o line plot (Lección 4).

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Ciencias Sociales Lenguaje 3. Pueden investigar la aeronave Voyager, la primera capaz de circundar la Tierra sin tener que reabastecerse de combustible. ¿Cuándo el Voyager hizo su primer vuelo? ¿Cuánto tiempo le tomó volar en torno a la Tierra? ¿Qué características de diseño le permitieron ahorrar combustible?

Ciencias

Artes Plásticas

4. Los estudiantes pueden diseñar y armar sus propios aviones de papel. Luego de un vuelo de prueba, los alumnos deberán cambiar las características de sus aeronaves para que puedan volar más lejos.

Evaluación

En esta lección los alumnos aplicaron datos previamente recopilados y habilidades y conceptos aprendidos en la resolución de su desafío de diseño. Mientras los alumnos construyen y prueban sus vehículos, tome nota del progreso de cada uno. Las siguientes preguntas le pueden ayudar en su evaluación. Cumplir con el desafío de diseño ¿El alumno entiende que el vehículo debe cumplir con un requerimiento de diseño? ¿El estudiante entiende los requerimientos? ¿El alumno trabaja cooperativamente en el grupo en la planificación de cómo cumplir el desafío de diseño? ¿El grupo confecciona un registro de su plan (un esbozo del diseño del vehículo, un registro escrito del número de golillas)? ¿Luego de construir el vehículo, el alumno trabaja con el grupo para probar y evaluar su rendimiento? Si inicialmente el vehículo no cumple con los requerimientos, ¿el alumno trabaja con el grupo para planificar un mejoramiento del vehículo? ¿El plan está relacionado con los resultados de las pruebas? ¿El estudiante mantiene un registro escrito de los resultados de las pruebas? Registrar un diseño Hacia el final de la lección, Ud. pidió a los alumnos que dibujaran una representación de su vehículo. Ese dibujo, junto con el dibujo de la Lección 2 y lecciones futuras, puede ser usado para evaluar el progreso de la habilidad del alumno para registrar un diseño. Use las siguientes preguntas como guía para su evaluación. ¿El estudiante muestra un mejoramiento en sus habilidades de dibujo? ¿El alumno usa una variedad de técnicas para que sus dibujos sean claros y fáciles de leer (colores, leyendas, piezas proporcionadas)? ¿Usó estas técnicas en la Lección 2? ¿Puede usar de manera efectiva herramientas de dibujo, como la plantilla circular, reglas y lápices de colores? ¿Sabe dibujar desde una perspectiva? ¿O combina varias perspectivas en un dibujo? ¿El alumno escoge una perspectiva que muestre claramente las características más importantes del vehículo? ¿Elabora varios dibujos con perspectivas diferentes? Preparación para la Lección 6 Al final de esta lección, los alumnos deberán haber desmontado todas las piezas que no corresponden al vehículo estándar. Necesitarán esos vehículos en la Lección 6.

Movimiento y Diseño

LECCION 5

Selección de lectura

SELECCIÓN DE LECTURA

Foto: Dane Penland, Cortesía del National Air and Space Museum, Smithsonian Institution.

UN VEHÍCULO LUNAR: HACIENDO CAMINOS EN LA LUNA lunar: Haciendo caminos en la luna Un vehículo

El Lunar Rover Imagina que eres un astronauta. Supón que piloteando una nave espacial a la alrededor deestás 1 km Imagina que eres un astronauta. de su nave. Luna. Tu objetivo es aprender acerca de la superficie lunar. ¿Qué tipo de vehículo te Muchos lugares que querían investigar Supón que estás piloteando una nave gustaría tener allá? estaban demasiado lejos. espacial a la Luna. Tu objetivo es aprender Los ingenieros ya resolvieran esta pregunta. En el programa espacial Apolo, los asPara ayudar a los astronautas en su trabajo acerca de la superficie lunar. ¿Qué tipo de tronautas de los EE.UU. volaron a la luna. En varios de estos vuelos, los astronauen la luna, los ingenieros vehículo te gustaría tenertasallá? descendieron y caminaron sobre su superficie. Tomarondiseñaron muestras deun piedras de vehículo lunar, el Lunar Rover. Los ingenieros ya resolvieran esta pregunta. la Luna y realizaron diversos experimentos científicos. Pero comoEra su suministro de suficientemente grande paradellevar a dos En el programa espacialoxígeno Apolo, era loslimitado, sólo podían alejarse alrededor de 1 km. su nave. astronautas, su demasiado equipo y muchas muestras astronautas de los EE.UU. volaron a laque luna. Muchos lugares querían investigar estaban lejos. piedras ¿Cuáles fueron sus un En varios de estos vuelos, losayudar astronautas Para a los astronautas de en su trabajode enla la luna. luna, los ingenieros diseñaron vehículo Era suficientemente grande para llevar a dos astrode diseño? descendieron y caminaron sobrelunar, su el Lunar Rover.requisitos nautas, de su equipo muchas muestras piedras luna. ¿Cuáles Antes de que nada,deellavehículo lunarfueron tenía sus queresuperficie. Tomaron muestras piedrasy de quisitos de diseño? ser suficientemente liviano para que un la Luna y realizaron diversos experimentos que nada, teníapudiera que ser suficientemente para que un cohete transportarlo liviano desde la tierra. científicos. Pero como suAntes suministro deel vehículo lunar cohete pudiera transportarlo desde la tierra. El Rover pesaba 210 kg en la tierra. En El Rover pesaba 210 kg en la oxígeno era limitado, sólo podían alejarse la luna sólo pesaba 35 kg. ¿Sabes qué? requisitos de diseño 26 / Diseñemos vehículos quepor cumplan

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STC / Movimiento y diseño 67

de aproximadamente 12 km p gasolina para impulsar sus motores. Quemar hora. Necesitaba moverse len gasolina exige oxígeno y éste proviene del aire. ahorra Como no hay aire en la ¿Cómo obtenía suaenergía para baja ve luna, un motor moverse? La mayoría de los autambié gasolina no funcionaría. tos de la tierra queman gasolique los En su lugar, el Rover na para impulsar sus motores. pudier usaba motores Quemar gasolina exige oxígeno vehícu eléctricos, uno para y éste proviene del aire. Como irregul cada no hayrueda. aire enLa la energía luna, un moLos i para los motores tor a gasolina no funcionaría. hiciero provenía En su lugar,de elbaterías. Rover usaba motores eléctricos, uno para cada registr El Rover tenía que rueda. La energía para los mopara el moverse sobre la tores provenía Tambié superficie dede la baterías. Luna. El Rover moverse soresulta Parte detenía estaque superficie bre la superficie yde la Luna. prueba es accidentada Parte de esta superficie es aclos ing dispareja. Los cidentada y dispareja. Los innecesit ingenieros hicieron los genieros hicieron los neumáun veh neumáticos ticos suficientemente grandes Acercamiento de un neumático explora suficientemente para que el Rover pudiera rodel vehículo lunar de otro grandes que elprotubedar sobre para pequeñas ejemplo, Marte. ¿Qué aspecto Rover pudiera rodar sobre pequeñas rancias y grietas. Para ahorrar peso, los ingenieros los confeccionaron de alambre. vehículo? ¡Investiga descúbre protuberancias y grietas. Para ahorrar Los neumáticos parecían jaulas redondas de peso, metal, igual como la jaula alrededoryde los ingenieros los confeccionaron de alambre. un pequeño ventilador eléctrico.

La velocidad máxima del vehículo lunar era de aproximadamente 12 km. por hora. Necesitaba moverse lentamente para ahorrar batería. La baja velocidad también ayudaba a que los astronautas pudieran controlar el vehículo en el terreno irregular. Los ingenieros hicieron cuidadosos registros de su diseño para el Lunar Rover. También anotaron los resultados de todas las pruebas. Supón que los ingenieros necesitaran construir un vehículo para explorar la superﬁcie de otro planeta, por ejemplo, Marte. ¿Qué aspecto podría tener ese vehículo? ¡Investiga y descúbrelo!

STC / Movimiento y diseño

Diseñemos vehículos que cumplan requisito

Movimiento y Diseño

��

Desafío de diseño Eres parte de un equipo mundialmente famoso de diseños de ingeniería. Han sido contratados por “Vehículos Planetarios S.A.”, una empresa especializada en el diseño de vehículos de exploración espacial. Tu equipo tiene la misión de diseñar y construir un vehículo lunar, tirado por una soga y que se desplace lentamente sobre ruedas por la superﬁcie de la luna. Estos son los requerimientos de diseño: Comienza con un vehículo estándar. Agrégale piezas de construcción hasta convertirlo en diseño único. Sé creativo. El vehículo debe ser capaz de cargar grandes rocas lunares (representadas por los bloques de madera). El vehículo debe ser capaz de recorrer tu espacio de trabajo, tirado por un cordel, en un tiempo de entre 4 a 6 segundos. Plazo de entrega: tienes 30 minutos para terminar el desafío de diseño.

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LECCIÓN 6

EVALUEMOS EL DISEÑO DE UN VEHÍCULO: EXAMINEMOS LA ENERGÍA DE LA BANDA ELÁSTICA

Introducción y objetivos

Los alumnos ya han explorado el movimiento de sus vehículos cuando son tirados por una cuerda y peso. Ahora están listos para explorar otra forma de mover sus vehículos: la liberación de la energía almacenada en una banda elástica extendida para hacer girar un eje. Para prepararse para esta exploración de la “energía de banda elástica”, los alumnos evalúan los vehículos estándar de las lecciones previas y prueban variadas formas en que se podría aplicar una banda elástica para moverlos. Este examen sienta las bases para la Lección 7, en que realizan una investigación formal sobre la distancia recorrida por sus vehículos impulsados por un eje. Los alumnos intentan mover sus vehículos usando la energía de la banda elástica. Los alumnos evalúan el diseño de sus vehículos estándar para la energía de la banda elástica. Los alumnos comentan los resultados de sus investigaciones.

Contexto

Energía, o la capacidad de trabajo, es un concepto básico de la Física. Muchas fuentes de energía naturales son conocidas para los alumnos. La energía solar calienta la tierra y permite que crezcan las plantas. Madera y carbón proveen de energía química que puede ser usada para calentar casas e industrias. La energía del viento puede hacer girar molinos y mover veleros. Los alumnos ya pueden tener una noción intuitiva de de energía almacenada. Nuestros cuerpos usan la energía almacenada en los alimentos, un flash de una cámara usa la de las baterías y un automóvil usa la energía almacenada en la bencina. La energía existe en muchas formas. La energía almacenada o energía potencial, es energía que está lista para ser liberada. En la Lección 3, los alumnos almacenaron energía en el peso adherido a la cuerda, en el momento que lo levantaron del suelo hasta la altura de su espacio de trabajo. Cuando los alumnos soltaron el peso, la gravedad lo atrajo hacia el suelo y la cuerda tiró el vehículo sobre la mesa. En la medida que el peso descendía, la energía almacenada fue convertida en energía de movimiento, tanto para el vehículo como para el propio peso. Los físicos llaman esta energía de movimiento, energía cinética. En esta lección, los alumnos evalúan la efectividad del diseño de sus vehículos cuando es impulsado por la energía almacenada en la banda elástica. Si Ud. sostiene los extremos de la banda elástica y separa lentamente sus manos, la banda se alarga, pero al mismo tiempo podrá sentir como la banda vuelve a juntar sus manos. Cuando los alumnos enrollan la banda en torno al eje de sus vehículos, almacenan energía en la banda elástica. Cuando la energía se libera, cambia de forma. Por ejemplo, cuando se quiere lanzar una flecha con un arco, éste se dobla y la cuerda se extiende. La energía se almacena en el arco y la cuerda. Cuando se libera la flecha, la energía almacenada es trans-

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formada en el movimiento del proyectil. La banda elástica enrollada en el eje del vehículo ha almacenado su energía de la misma manera. Cuando los alumnos liberan el vehículo, la banda se desenrolla y la energía almacenada es convertida en la energía de movimiento del vehículo. Durante un período de exploración libre, los alumnos observan cómo sus vehículos se mueven con la energía de la banda elástica. Luego, en una exploración estructurada, ellos amarran un extremo de la banda elástica al eje fijo del vehículo y enrollan el otro extremo al eje que gira. Cuando los alumnos giran el eje libre para enrollar la banda elástica, la cantidad de energía almacenada se incrementa. Cuando los alumnos liberan el eje, la energía almacenada hace que el eje y las ruedas adheridas a él comiencen a girar. Durante esta observación, los estudiantes se percatarán de algunos de los siguientes hechos: las llantas se adhieren a la superficie del espacio de trabajo y ayudan al movimiento del vehículo, los conectores fijan las ruedas grandas al eje y la varilla central impide que se mueva el marco. La Lección 8 provee una exploración más detallada de estas características de diseño y su relación con la fricción.

Materiales

Para cada estudiante 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar gafas de seguridad Para cada grupo de tres estudiantes 1 ejemplar de la Hoja de Registro 6-A Evaluemos el diseño de nuestro vehículo en relación a la energía de la banda elástica 1 vehículo estándar 3 bandas elásticas Nº 16, entrelazadas

Preparación

1. Haga una copia de la Hoja de Registro 6-A: Evaluemos el diseño de nuestro vehículo en relación a la energía de la banda elástica para cada grupo (o cada alumno). 2. Entrelace tres bandas elásticas para cada grupo. Use la Ilustración 6-1 como guía. 3. Identiﬁque un área en el piso donde los alumnos puedan trabajar, ya que muchos vehículos recorrerán distancias que superarán el tamaño del espacio de trabajo. 4. Asegúrese de que todos los grupos hayan desmontado las piezas de armar adicionales de sus vehículos al ﬁnal de la Lección 5 y los volvieron al estado de vehículo estándar. Si algún grupo no cuenta con un vehículo estándar, pídales que lo construyan. 5. Ordene los vehículos y las bandas elásticas en el Centro de Recursos.

Procedimiento

1. Distribuya las gafas protectoras a cada alumno. Explique las razones y los procedimientos correctos de su uso. Recuérdeles que deberán usar las gafas durante todo el tiempo en que usen los elásticos con sus vehículos. 2. Pida a cada equipo que recoja su vehículo estándar y las bandas elásticas entrelazadas desde del Centro de Recursos. Reserve cinco a siete minutos para que los alumnos exploren libremente como podrían usar las bandas elásticas entrelazadas para mover sus vehículos. 3. Pregunte si algún equipo fue capaz de mover el vehículo con las bandas. En caso positivo, pídales que hagan una demostración. ¿Qué características pueden haber facilitado que sus vehículos se movieran con la energía de la banda elástica?

Movimiento y Diseño

LECCION 6

Figura 6-1

Ilustración 6-2 Uso de gafas protectoras

Usemos gafas protectoras

4. Distribuya a cada grupo una copia de la Hoja de Registro 6-A: Evaluemos el di-

5. Ahora lleven a cabo su investigación. No que llenar laRepase seño de nuestro vehículo en relación a la olviden energía de la deben banda elástica. hojalaspara anotaciones. instrucciones. Muéstreles el área en el piso previamente identiﬁcada, para

que los alumnos puedan explorando la energía de la banda elástica. 6. ¿Qué descubrieron acercacontinuar de la energía de la banda elástica? Antes de 5. Los estudiantes deberán realizar la investigación y completar la Hoja de Registro. responder, piensen en las siguientes preguntas:

Actividades Finales

¿Qué sintieron en su mano mientras enrollaban la banda elástica? ¿Cambió la sensación cuando enrollaban más apretado la banda Si así fue,compartir ¿cómo? sus descubrimientos en torno a la energía de la 1. elástica? Los alumnos deben banda elástica, sobre la sus Hojas de En el intercambio, inclu¿Afectó la dirección enbase quedeenrollaron laRegistro. banda elástica a la ya temas como: dirección en que se desplazó el vehículo? Si así fue, ¿cómo?

¿Qué sentiste en tu mano cuando enrollaste la banda elástica? ¿Sentiste un

cambio, en la medida enrollabas 7. ¿Qué hicieron para lograrque quelasu vehículomás? se moviera una distancia La dirección en la que enrollaste la banda, la dirección mayor? ¿Cuándo se desplazó a una distancia¿afectó menor? ¿Por qué en la que se desplazó tu vehículo? En caso positivo, ¿cómo? piensan que sucedió eso? Compartan lo que piensan con la clase.

2. Comente las observaciones iniciales sobre cómo la banda elástica afectó la dis-

8. No desarmen su vehículo. Devuélvanlo con losque demás tancia recorrida por sus vehículos. ¿Qué junto hicieron para su vehículo recorriemateriales al centro decorta? distribución. ra una distancia más ¿Por qué ocurrió eso? Los alumnos realizarán una

Ideas para explorar

investigación formal sobre ese fenómeno en la Lección 7. 3. Los alumnos deben devolver sus vehículos estándar y los demás materiales al centro de Recursos. Asegúresepara de que cada vehículo conﬁguración 1. Consigue avisos publicitarios automóviles y mantenga camiones.suHaz tu estándar. propio aviso mostrando las características especiales del vehículo

que quieres publicitar.

Extensiones

2. ¿Cómo cambió el diseño del automóvil a través del tiempo? Crea una línea cronológica que muestre estos cambios. ¿Qué hay de otros Arte Ciencias Sociales inventos como el teléfono o la computadora?

1. Los alumnos pueden traer avisos de automóviles y camiones al Centro de Re-

Luego, de pueden hacer sus propios avisos, las capacidades 3. Traecursos. un artículo la casa como un utensilio depromoviendo cocina, herramienta especiales de uno de esos vehículos. en forma de un aﬁche o pendón. o implemento deportivo. ¿En qué forma la función (para lo que se Ciencias usa) delSociales artículo determina su diseño?

2. Los estudiantes pueden investigar cómo ha cambiado el diseño del automóvil a lo largo del tiempo. Pídales que creen una línea de tiempo para ilustrar esos cambios. Del mismo modo, pueden investigar otras invenciones como el teléfono o las computadoras.

Ciencias

Ciencias Sociales

3. Pida a los alumnos que traigan un objeto desde sus casas, por ejemplo, ropa, ar30 / Evaluemos el diseño de untículos vehículo STC / Movimiento y diseño de cocina, herramientas, accesorios de escritorio o equipamiento deportivo, y comente cómo la función del objeto determina su diseño. TM

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Preparación para la Lección 7 Los alumnos usarán su vehículo estándar en la Lección 7. Recuérdeles que no deben modiﬁcar o desarmar los vehículos entre las lecciones. En la próxima lección necesitarán un gran espacio libre para poder probar el movimiento de sus vehículos. Puede apartar las mesas y sillas de la sala de clases o usar otra sala, como un gimnasio.

Movimiento y Diseño

��

Nombres:

Fecha:

Evaluemos el diseño de nuestro vehículo en relación a la energía de la banda elástica

1. Tal como se muestra en la ilustración, coloca las bandas elásticas entrelazadas en el eje de las ruedas pequeñas. 2. Estira el lado suelto del elástico hasta el otro eje, cerca de las ruedas grandes. Dale varias vueltas en torno al eje (las ilustraciones de la siguiente página de esta Hoja de Registro te pueden ayudar a hacerlo). Suelta el elástico. ¿Qué ocurre? ¿Por qué crees que pasó eso?

3. Intenta otras formas de usar una banda elástica para mover tu vehículo. -Dale vueltas al elástico en direcciones opuestas, por encima del eje y por debajo del eje. ¿Qué observas?

3. Saca el elástico. Fija un lado en el eje giratorio y el otro en el eje ﬁjo. Suéltalo. ¿Qué observas?

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��

Nombres:

Fecha:

Evaluemos el diseño de nuestro vehículo en relación a la energía de la banda elástica

4. ¿Qué otras observaciones has hecho sobre tu vehículo de ejes y cómo se mueve con la energía almacenada en una banda elástica?

Movimiento y Diseño

LECCIÓN 7

PROBEMOS LOS EFECTOS DE LA ENERGÍA DE LA BANDA ELÁSTICA

Introducción y objetivos

En la Lección 6, los alumnos evaluaron las características de sus vehículos estándar para determinar si se podían mover con la energía de la banda elástica. En esta lección, registran el número de veces que enrollan la banda en torno al eje y observan cómo esa variable afecta la distancia que recorre el vehículo. Los alumnos hacen predicciones y recopilan datos antes de informar de sus resultados al curso. Los grupos comparan e identiﬁcan patrones en sus resultados. El debate sobre esos patrones ayuda a la comprensión del concepto de energía almacenada. Esta información aumenta la comprensión de los estudiantes sobre las variables que afectan la velocidad y la distancia que se pueden mover sus vehículos impulsados por su eje. También los prepara para las investigaciones futuras en que estudiarán los efectos de la fricción sobre el movimiento de sus vehículos. Los alumnos predicen e investigan cómo las variaciones en la energía de la banda elástica afectan la distancia que pueden viajar sus vehículos. Los alumnos registran sus resultados. Los alumnos comparten sus resultados e identiﬁcan patrones Los alumnos discuten sobre la relación entre el número de vueltas de la banda elástica en torno al eje y la distancia que recorre el vehículo.

Contexto

En la Lección 6, los alumnos descubrieron que la banda elástica se extiende cuando es enrollada en el eje de sus vehículos. La banda elástica tiene el potencial para mover el vehículo debido a su energía almacenada. Sin embargo, no hay movimiento mientras los alumnos no suelten la banda elástica enrollada. Mientras más sean las vueltas de la banda, más aumenta la energía almacenada en ella. Mientras más se incrementa la energía almacenada, más crece la velocidad inicial y la distancia que puede recorrer el vehículo. Mientras más rápido se mueva el vehículo, más energía de movimiento tiene. Cuando la banda elástica se haya desenrollado por completo, no tiene más energía que pueda traspasar al vehículo. Sin embargo, el vehículo sigue moviéndose, mientras que la fricción lo va ralentizando. La fricción se opone al movimiento del vehículo hacia adelante, por cuanto cambia la energía de movimiento en energía de calor. La fricción también actúa mientras el vehículo acelera, pero la fuerza de la banda elástica supera a la fricción durante esta parte del movimiento. Los alumnos pueden darse cuenta de la relación entre energía almacenada y energía de movimiento cuando usen puntos auto-adhesivos para marcar las distancias que pueden recorrer sus vehículos con cada vuelta de la banda elástica. Aunque los alumnos usen dos, cuatro y ocho vueltas de la banda elástica en esta investigación, no existe una relación directamente proporcional entre el número de vueltas y la distancia que recorre el vehículo. En otras palabras, cuatro vueltas de la banda no causan que el vehículo recorra el doble de distancia que con dos vueltas. Se mueve aún más lejos. Si los alumnos realizan la extensión de matemáticas de esta lección, en que registran las mediciones de cada distancia recorrida, podrán

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descubrir este hecho. Pregunte a los estudiantes cómo “se siente” la octava vuelta de la banda elástica comparada con la primera vuelta. Muchos dirán que se la siente “más tensa”. Esta observación es una evidencia de que en cada vuelta se almacena más energía que en la anterior.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar gafas de seguridad Para cada grupo de tres estudiantes 1 vehículo estándar 3 bandas elásticas, Nº 16, entrelazadas cinta de máquina registradora, 4 m 3 puntos auto-adhesivos rojos, 2 cm. 3 puntos auto-adhesivos azules, 2 cm. 3 puntos auto-adhesivos verdes, 2 cm. Para el curso cinta adhesiva cinta de papel de máquina registradora

Preparación

1. Los vehículos de los alumnos pueden moverse más de 4 metros, por lo tanto, prepare un área despejada lo suﬁcientemente grande en la sala de clases para que los alumnos puedan probar y medir las distancias que recorren sus vehículos. También puede considerar usar otra sala. 2. Corte la cinta de maquina registradora en pedazos de 4 metros. Cada grupo comienza con un trozo. Prepare pedazos adicionales para los grupos cuyos vehículos recorren más de 4 m. 3. Ordene los materiales y vehículos en el Centro de Recursos. 4. Asegúrese de que todos los vehículos estén en su conﬁguración estándar.

Procedimiento

1. Los alumnos saben que harán predicciones y recopilarán datos para investigar cómo el número de vueltas de la banda elástica en el eje afecta la distancia que viajan sus vehículos. Los alumnos deben registrar en sus Cuadernos de Ciencias una predicción sobre esta relación. Comente sus predicciones. 2. Revise con los alumnos las Instrucciones para que los estudiantes reúnan datos sobre la energía de la banda elástica (pp.81-82 de esta Guía y pp. 34-35 del Libro de Actividades del Estudiante). Use las ilustraciones de la hoja de instrucciones para ﬁjar puntos de partida y de detención en la cinta de papel. Por ejemplo, el curso puede decidir que las ruedas delanteras deben estar detrás o encima del punto de partida; o al medir el punto de detención de cada prueba, preﬁeren colocar el punto autoadhesivo cerca de la posición de las ruedas delanteras en vez de las traseras). Las instrucciones sugieren un método que asegura que las comparaciones entre los grupos sean justas. Explique por qué estos procedimientos son importantes. 3. Los alumnos deben recoger sus vehículos y demás materiales del Centro de Recursos y realizar la investigación. 4. Pídales que devuelvan los materiales al Centro de Recursos. Recuérdeles que no deben desmontar sus vehículos.

Movimiento y Diseño

Ilustración 7-1 Figurade7-1 Evaluación los resultados

grupos. ¿Notan diferencias o patrones que se repiten en todos los vehículos en cada número de vueltas de la banda elástica? Compartan lo que piensan con la clase.

Evaluemos nuestros resultados

Actividades ﬁnales

Figura 7-2

6. Piensen en las siguientes preguntas. Luego, compartan lo que la clase. 1.piensan Invite acon los grupos a exhibir sus cintas de papel. Puede pegar las cintas horizontal-

mente en la pizarra o la pared. ¿Qué diferencias y patrones pueden observar en¿De dónde viene la energía para enrollar la banda elástica? tre los vehículos clasiﬁcados según el número de vueltas de la banda elástica al eje del Los alumnos deben indicar el punto de detención que predijeron y ¿Devehículo? dónde viene la energía para mover el vehículo? compararlo con el punto de detención efectivo. ¿Cuál es la comparación? ¿Cómo almacenan energía en la banda elástica? Consejo de gestión: En el¿Cómo siguiente paso selapide a los alumnos que seen centren en la elástica? energía almacenada y liberan energía almacenada la banda liberada de la banda elástica. Las preguntas son una ayuda para guiar la discusión, pasa cuando se libera lapueden energía la banda pero¿Qué las respuestas de los estudiantes seralmacenada muy variadas,en lo que es positivo. elástica? Recuerde que en este nivel los alumnos muchas veces poseen una comprensión intuitiva de por qué la banda elástica puede ser usada para mover sus vehículos. Sin em¿Cómo afecta el número de vueltas de la banda elástica a la bargo, la meta de este debate es que verbalicen sus ideas sobre la energía almacenadistancia que recorre el vehículo? da en el elástico. 2. Motive a los fue alumnos a pensar sobre la energía de la banda elástica ende términos de ener¿Por qué importante mantener idéntico el número vueltas gía almacenada y de transferencia de energía haciendo las siguientes preguntas: para todos los grupos de la clase? ¿De dónde viene la energía para enrollar la banda elástica? (viene de tus7músLECCION ¿Qué sucedería si elpor número de en vueltas fuera sólo 1? ¿Y si culos, alimentados el azúcar tu sangre) vueltas fuerapara 10?mover el vehículo? (de la banda elástica) - el número ¿De dóndede viene la energía ¿Cómo almacenas energía en la banda elástica? (enrollándola en torno al eje)

Ilustración 7-2 Marquemos las Marcando las distancias distancias recorridas recorridas

32 / Probemos los efectos de la energía de la banda elástica

STC / Movimiento y diseño

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Ideas para

1. Usa una cinta de 100 cm para medir las distancias en tu tira de

vehículo impulsado por el eje. ¿Cómo afecta la carga el movimiento de tu vehículo? Figura Ilustración 7-2 7-3 Marcando las distancias recorridas Tabla de datos de muestra

Número de vueltas de la banda elástica

Distancia recorrida (en cm) Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Distancia seleccionada

2 4 8 ¿Cómo liberas la energía almacenada en la banda elástica? (soltando el vehículo) ¿Qué ocurre cuando se libera esa energía? (el vehículo obtiene energía de movimiento, el eje gira) ¿En que afecta el número de vueltas de la banda elástica en torno al eje la disSTC / Movimiento y diseño Probemos los efectos de la energía de la banda elástica / 33 tancia que recorre el vehículo? (más energía almacenada signiﬁca más distancia) ¿Por qué fue importante que el número de vueltas fuera el mismo para todos los equipos? (para hacer comparaciones correctas) ¿Qué ocurriría si el número de vueltas fuera sólo 1? ¿O de 10 vueltas? 3. Informe que en las lecciones 8 y 9 evaluarán características especíﬁcas de sus vehículos impulsados por el eje, que les ayudarán a determinar qué favorece su movimiento y qué lo ralentiza. TM

Extensiones

Matemáticas 1. Los grupos pueden usar la cinta de medición de 100 cm. para medir las distancias que recorre su vehículo con dos, cuatro y ocho vueltas respectivamente, de la banda elástica en torno al eje. Miden la distancia entre el punto de partida y cada punto en la cinta de papel y la registran en centímetros en una tabla de datos como la de la Ilustración 7-3. Luego, seleccionan el punto que mejor representa las distancias recorridas. Esta medida puede corresponder al punto central, al mayor agrupamiento de puntos al punto más distante.

Matemáticas 2. Los estudiantes que ya hayan terminado la Extensión 1, pueden hacer un gráﬁco de las distancias seleccionadas.

Ciencias 3. Busque una sala espaciosa, con un piso duro y liso y realice una carrera para deﬁnir cuál vehículo recorre la mayor distancia.

Ciencias 4. Con cinta adhesiva, los alumnos pueden marcar un circuito de carreras que cuente con varias curvas o ángulos abruptos que interrumpen las rectas. Los vehículos deben mantenerse dentro del circuito. Antes de empezar, los equipos deben predecir cuántas vueltas de la banda elástica se requieren para cubrir cada recta.

Ciencias 5. Que investiguen qué ocurre cuando agregan una carga (bloques de madera) a sus vehículos impulsados por el eje y cómo la posición de la carga afecta la manera en que se mueven los vehículos. Preparación para la Lección 8 Los alumnos usarán sus vehículos estándar en la Lección 8. 80

Movimiento y Diseño

LECCION 7

Instrucciones para que los estudiantes reúnan datos sobre la energía de la banda elástica

1. Necesitarán un área del piso donde su vehículo pueda moverse una distancia larga, entre 1 m y 10 m. 2. Desenrollen su tira de papel. Péguenla al piso. 3. Hagan una línea de partida con cinta adhesiva en un extremo de la tira de papel. 4. Enrollen dos veces las bandas elásticas unidas alrededor del eje que sostiene las ruedas grandes. Pongan las ruedas delanteras del vehículo en la línea de partida. Antes de que suelten el vehículo, hagan una predicción con el grupo. Con un lápiz, marquen en el papel la distancia que piensan que recorrerá el vehículo. 5. Suelten su vehículo. Observen lo que pasa. 6. Pongan un punto rojo en la tira de papel donde se detienen las ruedas delanteras de su vehículo. 7. Repitan dos veces más la prueba: Enrollen la banda elástica el mismo número de veces (dos) para cada prueba. En cada ocasión, marquen su predicción con un lápiz. Suelten el vehículo. ¿Qué tan lejos se movió el vehículo? Marquen el punto de detención con un punto rojo. TM

34 / Probemos los efectos de la energía de la banda elástica

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

STC/ Movimiento y diseño

LECCION 7

8. Una vez que tengan los tres puntos rojos en el papel, observen los puntos. ¿Qué notan respecto a sus posiciones? Anoten sus observaciones en su cuaderno. 9. ¿Qué punto representa la distancia que el vehículo recorrió más a menudo? Encierren ese punto en un círculo con un lápiz. 10. Ahora enrollen su banda elástica cuatro veces alrededor del eje. Luego, hagan lo siguiente: Predigan qué tan lejos piensan que llegará el vehículo cuando la banda elástica se enrolla cuatro veces. Marquen la predicción con lápiz en la tira de papel. Prueben qué tan lejos llega su vehículo con cuatro vueltas en la banda elástica. Pongan un punto azul en su tira de papel para marcar la distancia. Ejecuten esto tres veces, enrollando la banda cuatro veces y marcando cada vez su predicción. 11. Observen los puntos azules. ¿Qué notan acerca de todas las distancias que recorrió su vehículo? ¿Qué tan cerca estuvo su predicción de las distancias reales que recorrió el vehículo? Anoten sus observaciones en su cuaderno. 12. ¿Qué punto piensan que representa mejor todas las distancias que recorrió su vehículo? Encierren ese punto con lápiz en un círculo. 13. Ahora enrollen la banda elástica ocho veces alrededor del eje. ¿Cómo se siente enrollar la banda elástica ocho veces comparado con dos? Comenten esto con su grupo. 14. Con la banda elástica enrollada ocho veces alrededor del eje, repitan la prueba de la siguiente forma: Anoten su predicción en la tira de papel. ¿Qué tan lejos piensan que se moverá el vehículo? Suelten el vehículo. Usen puntos verdes para marcar la distancia. Prueben el vehículo tres veces en total. Encierren en un círculo el punto que represente mejor todas las distancias recorridas por su vehículo. Anoten sus observaciones en su cuaderno.

STC / Movimiento y diseño 82

Probemos los efectos de la energía de la banda elástica / 35 Movimiento y Diseño

LECCIÓN 8

EVALUEMOS EL DISEÑO DEL VEHÍCULO: EXAMINEMOS LA FRICCIÓN

Introducción y Objetivos

En las lecciones 6 y 7, los alumnos exploraron y probaron diferentes maneras en que podían usar la energía almacenada en una banda elástica para mover sus vehículos impulsados por el eje. En esta lección, examinan características de diseño específicas de esos vehículos, centrándose en la pregunta de cómo estos elementos pueden causar fricción que se opone o favorece el movimiento del vehículo. Al identificar la relación entre el roce de superficies y el movimiento del vehículo, los alumnos comienzan a entender cómo la fricción afecta el rendimiento y por qué los ingenieros deben tomar en cuenta este factor cuando diseñan vehículos o cualquier aparato con partes móviles. Este conocimiento prepara a los alumnos para las lecciones siguientes en que diseñan sus propios vehículos impulsados por el eje e investigan los efectos de la fricción del aire sobre el movimiento del vehículo. Los alumnos realizan una sesión de lluvia de ideas sobre lo que saben de la fricción y lo que quieren averiguar sobre ella. Los alumnos evalúan características de diseño específicas que reducen o aumentan la fricción de los vehículos. Los alumnos comparten sus observaciones sobre las características de diseño y el papel de la fricción en el movimiento de los vehículos.

Contexto

Siempre que un vehículo acelera o reduce su velocidad o cambia de dirección, están involucradas fuerzas que impulsan o atraen. Algunos vehículos experimentan una fricción considerable, que es una fuerza que se opone al movimiento. La fricción entre las ruedas y el eje de un vehículo, reduce su movimiento hacia adelante. De manera similar, cuando un carro se mueve por una vereda plana, la fuerza de la fricción entre el eje que gira y el marco, eventualmente reduce su velocidad hasta que el carro se detiene, a menos que algo ejerza una fuerza adicional, tirando o empujando el carro. ¿Qué ocurre con la energía de movimiento cuando la fricción ralentiza a un vehículo? Piense en las quemaduras que puede generar una cuerda que se desliza por sus manos. De manera similar, los frenos de un auto producen calor cuando rozan contra los discos. En todas las actividades de esta Unidad, los vehículos de los alumnos disminuyen la velocidad hasta detenerse. Las ruedas rozan contra el eje. Los ejes rozan contra los conectores en que se apoyan. Todo este roce produce fricción. Parte de la energía de movimiento se pierde en forma de una pequeña cantidad de calor, demasiado pequeña para ser observada por los alumnos, mientras los vehículos se ralentizan. En esta lección, los alumnos examinarán tres elementos de diseño que pueden crear fricción e inﬂuenciar el movimiento del vehículo: las ruedas y los conectores, el marco y las llantas. Algunos elementos reducen la fricción entre ciertas partes del vehículo. Por ejemplo, las ruedas de algunos vehículos pequeños cuentan con

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salientes pequeñas en ambos lados de la parte central de la rueda. Estas salientes separan la rueda del marco en que se apoya el eje y reduce el contacto de fricción. Además, limita el roce entre el marco y la parte central de la rueda. Las ruedas de los vehículos de los alumnos no tienen tales salientes. Para reducir la fricción, los vehículos estándar usan los conectores entre las ruedas grandes y el marco. Los conectores no sólo fijan las ruedas al eje, también aseguran que cualquier roce entre el marco y la rueda ocurra en el conector, que está lo suficientemente cerca del eje como para minimizar los efectos de la fricción. Los estudiantes deben haber observado que las varillas refuerzan el marco. Si se eliminaran esas varillas y el marco se doblara, las ruedas y el eje terminarían por rozar el marco. La fricción resultante se opondría al movimiento del vehículo. La fricción entre las ruedas y el eje y las ruedas y el marco será llamada fricción “de disipación” en esta Unidad, pues reduce, “disipa” o “gasta” energía necesaria para el movimiento. En cambio, la fricción que ayuda al movimiento del vehículo puede ser denominada como “útil”. Por ejemplo, las llantas de un automóvil deben adherirse al asfalto para que el vehículo pueda cambiar de velocidad o doblar. Basta con imaginarse un auto de carreras sobre una capa de hielo, para percatarse cuán útil puede ser la fricción. La fricción también favorece el movimiento de las personas. La fricción entre las suelas de los zapatos y el suelo nos permite caminar. Sin fricción útil, en vez de avanzar, simplemente arrastraríamos los pies. Cuando los alumnos desmonten las llantas de goma de las ruedas grandes, observarán que estas tienden a girar en banda cuando se aplica energía del elástico. Sin la fricción útil, creada por el roce entre las llantas y la superficie, el vehículo no se movería.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar Para cada grupo de tres alumnos 1 copia de la Hoja de Registro 8-A: Evaluemos el diseño del vehículo respecto a la fricción 1 vehículo estándar con bandas elásticas entrelazadas 1 cronómetro

Para todo el curso 1

pliego de papel Kraft plumones de color cinta adhesiva

Preparación

1. Haga una copia de la Hoja de Registro 8-A: Evaluemos el diseño del vehículo respecto a la fricción para cada grupo. 2. Elabore un papelógrafo con el título “Qué sabemos y qué queremos averiguar sobre la fricción”. Anote la fecha y cuélguelo. 3. Ordene los materiales en el Centro de Recursos. Asegúrese de que las bandas elásticas estén entrelazadas y sujetas al vehículo.

Procedimiento

1. Cada equipo deberá recoger su vehículo estándar del Centro de Recursos. Pídales que lo tomen de lado, lo levanten de la mesa, sujeten la varilla gris y hagan girar la rueda grande. Que comenten lo que observan. Pregúnteles sobre las posibles causas de que la rueda se mueva cada vez más lentamente y eventualmente deje de moverse. 2. Realice una sesión de lluvia de ideas sobre lo que saben y les gustaría averiguar sobre ella. Anote sus respuestas en la lista. Movimiento y Diseño

LECCION 8

Figura 8-1 Ilustración 8-1 Pongamos Una visión lateralel del vehículo

vehículo de costado

3. Pídales que se froten las manos. ¿Qué ocurre? Anímelos a mencionar hechos de

6. Un de tuengrupo comentará a fricción. la clase Infórmeles lo que tu grupo la miembro vida cotidiana que está presente la que evaluarán el observó acerca de cadapara característica de diferentes diseño delefectos vehículo. diseño de los vehículos determinar los de la Si fricción sobre el movimiento. tienes algo que agregar, adelante.

4. Distribuya la Hoja de Registro 8-A: Evaluemos el diseño del vehículo respecto

7. Hablen acercaCada de cómo características de diseño de un vehículo a la fricción. equipolas contará con tres Tarjetas de Observación. Repase las pueden aumentar o disminuir la fricción. Primero, piensen en las de obpreguntas de cada tarjeta con el curso. Ellos deberán registrar el máximo siguientes preguntas: servaciones posibles sobre cada elemento de diseño. Las preguntas en las tar-

jetas son meramente sugerencias no deberían ¿Hay algo en su vehículo que yroce con otralimitar cosa?sus observaciones. Los alumnos deben intentar completar la mayor cantidad de tarjetas posibles du¿Qué rante la puede lección.causar este roce al movimiento del vehículo? 5. Los alumnos deberán recoger las gafas de protección y un cronómetro. Indíque¿Qué características de diseño del vehículo ayudan a reducir el les que comiencen su evaluación. roce las ruedas y el eje y la estructura del vehículo? Consejo deentre gestión: Puede pedir a los grupos que devuelvan el cronómetro unalavez que hayan ¿Qué características de diseño del vehículo aumentan fricción completado la Tarjeta 1. Así, no será una distracción. entre el piso o la superficie de trabajo y las ruedas? Los alumnos pueden completar las Tarjetas 1 y 2 en sus mesas. Sin embar¿Cómo roce en el movimiento vehículo? go, parainfluye realizareste las actividades de la Tarjeta 3 del necesitarán espacio en el piso para probar el movimiento de sus vehículos.

8. Es hora de limpiar. No desarmen su vehículo estándar. Devuélvanlo junto con los demás materiales al centro de distribución.

Actividades Ideas Finales para

explorar

1. Cuando hayan terminado sus evaluaciones, pídale a un miembro del grupo que

1. Escoge un invento tecnológico, de cualquier época de la historia, en comunique los resultados de las observaciones de cada elemento de diseño. Moque el inventor tuvo que considerar la fricción en el diseño. ¿El tive a los otros alumnos a que intervengan con preguntas o aportes. superar fricción? ¿Oaumentar la fricción le fue útil? 2.inventor Comentetuvo qué que elementos de la diseño pueden o reducir la fricción, haciendoafecta las siguientes preguntas: 2. ¿Cómo la fricción a los objetos que ingresan a la atmósfera de - la Tierra? ¿Hay algo en tu vehículo que esté rozando? (las ruedas contra el marco, las (Por ejemplo, piensa en el transbordador espacial y los ruedas contra el eje) meteoritos). Entrega un informe a la clase sobre este tema. -

¿Qué provoca este roce en el movimiento de tu vehículo? (lo vuelve lento, le

3. Puedes probar fricción arrastrando pesos detrás de tu vehículo en resta energíaladisponible, crea fricción disipada) - movimiento. ¿Qué elementos deinfluyen diseño ayudan a reducir fricción? (conectores, barras) ¿Cómo los pesos en ellamovimiento del - vehículo? ¿Qué elemento de diseño aumenta la fricción entre la superﬁcie del suelo y ¿Por qué?

las ruedas (llantas) ¿Cómo afecta este roce el movimiento de tu vehículo? (le ayuda a moverse, 38 / Evaluemos el diseño del vehículo: Examinemos la fricción STC / Movimiento y diseño genera fricción útil) -

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3. Anúncieles que podrán usar la información adquirida en esta lección cuando construyan vehículos en las próximas lecciones. 4. Pida a los alumnos que devuelvan sus materiales al Centro de Recursos. Recuérdeles que no deben desarmar sus vehículos; los usarán en la Lección 9.

Extensiones

Ciencia 1. Los alumnos pueden diseñar investigaciones para exponer casos de fricción útil y disipada. Una prueba de fricción útil puede ser lo siguiente. Los alumnos deben colocarse bolsas plásticas encima de sus zapatos y caminar por una superﬁcie alfombrada. Luego, deben quitarse las bolsas y repetir el recorrido. Pueden describir ambas pruebas. ¿De qué forma fue más fácil caminar? ¿Por qué? Pídales que describan la fricción entre sus zapatos y la alfombra. Luego, ínstelos a que confeccionen una lista sobre otras situaciones de su vida cotidiana que involucren fricción útil y disipada.

Ciencias Sociales

Lenguaje

2. Pida a los alumnos que investiguen un invento tecnológico, de cualquier época, en que la fricción haya sido una consideración de diseño. Ejemplos: la bicicleta, los esquíes o los patines.

Ciencias

Lenguaje

3. Los alumnos pueden investigar y exponer sobre cómo la fricción afecta a los objetos que ingresan a la atmósfera terrestre. Por ejemplo, una nave espacial que se aproxima a aterrizar o un meteorito. ¿Por qué las naves espaciales necesitan un protector de calor? ¿Cómo cambia la forma de un meteorito y por qué?

Ciencias 4. Los alumnos realizan pruebas de fricción arrastrando cargas detrás de sus vehículos en movimiento. ¿Cómo afecta esto el movimiento del vehículo? ¿Por qué? Preparación para la Lección 9 Los alumnos usarán sus vehículos estándar en la Lección 9.

Movimiento y Diseño

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Nombres:

Fecha:

Evaluemos el diseño del vehículo respecto a la fricción ��

Características de diseño: Ruedas y conectores

Ideas para observar: ¿Cuál es la función del conector? Pon el vehículo de lado y sujeta la barra gris. Haz girar la rueda grande. Registra el tiempo que gira. Repite este paso varias veces. Luego, extrae la rueda grande y su conector. Da vuelta la rueda y colócala de tal manera en el eje, que la apertura pequeña de la rueda quede hacia afuera. Fija el conector en el lado exterior de la rueda (en la apertura pequeña). Haz girar la rueda nuevamente. ¿Qué observas? ¿En qué cambió la forma en que giran las ruedas en cada posición? ¿Por qué crees que ocurre eso? Recuerda volver a colocar el conector al lado interior de la rueda una vez que hayas terminado.

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Nombres:

Fecha:

Evaluemos el diseño del vehículo respecto a la fricción ��

Características de diseño: Llantas

Ideas para observar: Saca las llantas de las ruedas grandes. Usa la banda elástica para mover al vehículo sin llantas. ¿Qué observas? ¿Cuál crees que es la función de las llantas? No te olvides de volver a colocarlas al ﬁnal de tu observación.

Movimiento y Diseño

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Nombres:

Fecha:

�� Características de diseño: Marco y barras

Ideas para observar: Extrae las dos barras azules. Aprieta suavemente el marco hasta sacar las barras grises. Ahora usa la banda elástica para mover tu vehículo. ¿Qué cambios observas? ¿Cuál es la función de las barras? ¿En qué puede afectar el marco sin las barras cruzadas al giro de las ruedas? Recuerda volver a colocar las barras una vez que hayas terminado.

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LECCIÓN 9

DISEÑEMOS Y CONSTRUYAMOS UN VEHÍCULO CON UNA VELA

Introducción y Objetivos

Luego de haber examinado las formas en que la fricción afecta el movimiento de un vehículo impulsado por un eje, los alumnos pueden ahora aplicar sus conocimientos sobre la fricción a una situación nueva: el estudio de los efectos de la resistencia del aire sobre el movimiento de un vehículo. Para preparar esta investigación, los equipos usan sus habilidades relacionadas al proceso de diseño para modiﬁcar su vehículo, de tal manera que este pueda sostener una vela. En el debate sobre sus observaciones iniciales, los vehículos se aprestan para la Lección 10, en la cual realizarán una investigación formal para probar cómo el aire que empuja en contra de una vela afecta el movimiento del vehículo. Los alumnos practican una lluvia de ideas sobre cómo una vela afecta el movimiento de su vehículo. Los alumnos adaptan sus vehículos para sostener una vela de cartulina. Los alumnos hacen observaciones iniciales sobre la inﬂuencia de la vela en el el movimiento del vehículo y las comparten. Los alumnos revisan su trabajo completando una autoevaluación.

Contexto

En esta lección, los alumnos modiﬁcarán sus vehículos al agregarles una vela de cartulina. Ya que no hay una sola solución óptima a este desafío de diseño, la lección busca motivar diversas aproximaciones y resultados. Los alumnos pueden aprender de sus compañeros, mientras trabajan en sus propios equipos y observan a otros. Es importante recalcar que una parte esencial del proceso de diseño es la evaluación y el mejoramiento del producto. Al igual que los ingenieros, los alumnos deberán perfeccionar repetidas veces sus vehículos, probarlos y registrar los resultados para hacer un seguimiento de cada cambio nuevo. En la sesión de lluvia de ideas sobre cómo una vela puede afectar el movimiento del vehículo, es importante revisar cómo los estudiantes movieron sus vehículos más rápida y más lentamente en lecciones pasadas. Los alumnos pueden haber hecho lo siguiente para que sus vehículos fueran más rápidos: Incrementaron la fuerza sobre el vehículo tirado por una cuerda y una carga, aumentando el número de golillas (Lección 3). Disminuyeron la resistencia al movimiento, al reducir la carga del vehículo (Lección 4). Incrementaron la cantidad de energía almacenada en el vehículo, al aumentar el número de vueltas de la banda elástica en torno al eje (Lección 7). Minimizaron la fricción al colocar conectores y barras en su vehículo, con el ﬁn de reducir el roce de las ruedas contra el marco (Lección 8). En tanto, para que su vehículo se moviera más lentamente, pueden haber hecho lo siguiente: Redujeron la fuerza sobre el vehículo tirado por una cuerda y una carga, disminuyendo el número de golillas (Lección 3).

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Aumentaron la resistencia al movimiento, al incrementar la carga del vehículo con bloques de madera o piezas para armar adicionales (Lección 4). Redujeron la cantidad de energía almacenada en el vehículo, al disminuir el número de vueltas de la banda elástica en torno al eje (Lección 7). Incrementaron la fricción, desmontando los conectores entre el eje, el marco y las ruedas (Lección 8). La mayoría de los estudiantes asociarán las velas a los botes veleros, en que la vela captura el viento y mueve el bote. Una vela, sin embargo, también puede ralentizar un vehículo. Cuando el viento es demasiado fuerte o sopla en una dirección contraria, un marino plegará la vela, de modo que el viento no empuje contra de ella. Cuando los alumnos agreguen la vela de cartulina a sus vehículos, harán algunas observaciones preliminares sobre la vela y su influencia sobre el movimiento. Probablemente notarán que su vehículo no se mueve tan lejos como en la Lección 7. En esta lección, los alumnos realizan una autoevaluación. No la califique con notas. Su objeto es el de ayudarle a evaluar las actitudes de los alumnos sobre la Unidad y el trabajo en equipo, de modo que puede considerar reagrupar a los alumnos. Igualmente servirá para identificar las preocupaciones y concepciones erróneas de los estudiantes, brindando una oportunidad para enfrentarlas antes del fin del Unidad.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 copia de la Autoevaluación del estudiante A Para cada grupo de tres alumnos 1 vehículo estándar 1 cubeta con piezas para armar 1 pedazo de cartulina, tamaño carta 3 bandas elásticas entrelazadas, Nº 16 lápices de colores 1 regla métrica 1 plantilla de círculo Para todo el curso Lista de lluvia ideas “Qué causó que tu vehículo se moviera lentamente” y “Qué hizo que se moviera rápidamente” (de la Lección 5). plumones de color cinta adhesiva 2 perforadoras (opcional) Libros técnicos o publicidad que muestre vehículos con velas

Preparación

1. 2. 3. 4.

Haga una copia de la Autoevaluación del estudiante A para cada alumno. Revise las bandas elásticas entrelazadas. Cámbielas si han perdido elasticidad. Exhiba la lista de lluvia de ideas de la Lección 5. Reúna libros técnicos o publicidad que muestre vehículos con velas. Deje los libros a disposición de los alumnos mientras diseñan o para que los revisen en su tiempo libre. 5. Revise los vehículos para asegurar que estén en la configuración estándar. En caso contrario, haga que el grupo respectivo lo modifique antes de comenzar la lección. 6. Ordene los vehículos y materiales en el Centro de Recursos. También puede dejar una o dos perforadoras y rollos de cinta adhesiva para aquellos grupos que tengan dificultades para instalar la vela. Otra opción es que corte tiras de 30 cm de cinta adhesiva y las pegue en un costado de la mesa del Centro de Recursos.

Movimiento y Diseño

Procedimiento

1. Dirija la atención de los alumnos a la lista de la lluvia de ideas de la Lección 5. Anímelos a que sugieran nuevas ideas sobre las posibles causas de que sus vehículos se muevan lenta o rápidamente. Use un plumón de un color distinto para agregar esas ideas a la lista. 2. Pida a los alumnos que planteen una hipótesis sobre qué influencias puede tener una vela emplazada en sus vehículos. Use un plumón de un color diferente para anotar estas ideas en la lista. En caso de que los estudiantes no lo mencionen, pregúnteles qué efectos puede producir la vela en el movimiento del vehículo, según se mueva a favor y en contra del viento. Pregunte también qué efectos tendría el uso de una vela si no hubiera viento. 3. Infórmeles que deberán adaptar sus vehículos estándar para que puedan sostener, en posición vertical, un pedazo de cartulina que, al igual que una vela, capturará el viento. Los alumnos pueden hacer un esbozo de su diseño en sus Cuadernos de Ciencias antes de comenzar a construir y de consultar los libros técnicos para investigar posibles diseños. Deben usar el pedazo entero de cartulina. La Ilustración 9-1 muestra dos vehículos como ejemplo. 4. Luego de que los alumnos hayan discutido sus planes con sus equipos, deben recoger los materiales del Centro de Recursos. Una vez que hayan fijado la cartulina a sus vehículos estándar, pídales que guarden el balde con piezas de armar en el Centro. Consejo de gestión: Algunos grupos pueden enfrentar dificultades para fijar la vela de cartulina en posición vertical a sus vehículos. Aconséjeles que pueden adherirla con cinta adhesiva o bien perforar dos o tres aperturas en la cartulina. Estas aperturas sirven para insertar varillas y sujetar de mejor manera la vela. Haga estas sugerencias únicamente si los equipos intentaron implementar su propio diseño y no tuvieron éxito.

Ilustración 9-1 Ejemplos de vehículos con vela de los alumnos

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Actividades Finales

Extensiones

1. Pídales que expliquen cómo completaron su desafío de diseño. ¿Qué éxitos tuvieron? ¿Qué problemas enfrentaron? ¿Cómo los solucionaron? 2. Pida a los alumnos que hagan una hipótesis en torno a los posibles efectos de la vela sobre el movimiento del vehículo, cuando la vela está empujando en contra del aire. Indíqueles que probarán sus hipótesis en la Lección 10. 3. Los alumnos deben ordenar su espacio de trabajo y depositar cuidadosamente los vehículos en el Centro de Recursos. Pueden rotular los vehículos con cinta adhesiva y la letra de su grupo. Consejo de gestión: Los siguientes pasos pueden realizarse ahora o en cualquier momento antes de la Lección 11. 4. Prepare a los alumnos para la Autoevaluación del estudiante A. Pregúnteles qué piensan de la Unidad hasta ahora y que han aprendido en ella. 5. Distribuya una copia de la autoevaluación a cada alumno. Responda las consultas, pero evite extenderse demasiado en sus respuestas. Recuérdeles que no se trata de una prueba, sino de una manera en que ellos mismos pueden pasar revista a su aprendizaje. 6. Permita que respondan independientemente la autoevaluación. Cuando hayan terminado recoja las hojas y explique que volverán a revisar sus respuestas al ﬁnal de la Unidad.

Lenguaje

Ciencias Sociales

Ciencia

1. Los alumnos pueden traer volantines de diferentes formas al colegio. Si se prestan las condiciones, pueden observar su vuelo. ¿Por qué vuelan los volantines? ¿Por qué algunos vuelan mejor que otros? Los alumnos pueden también diseñar, construir y probar sus propios volantines. Luego, pueden realizar una investigación sobre la historia del volantín. ¿Cuándo fue usado por primera vez? ¿Cómo ha cambiado en el tiempo?

Lenguaje

Ciencias Sociales

2. Estimule a los alumnos que investiguen la historia del velero. ¿Cómo ha cambiado su diseño? ¿Cómo ha cambiado el uso de las velas? ¿Cuándo una vela es un obstáculo para el movimiento de un bote?

Ciencias

Matemáticas

3. Los alumnos pueden usar un ventilador eléctrico o un secador de pelo para simular el viento. Pídales que marquen las distancias que pueden recorrer sus vehículos a diferentes velocidades. Luego, deben medir y graﬁcar esos resultados.

Evaluación

En esta lección, los alumnos habrán completado la Autoevaluación del estudiante A. Al ﬁnal de la Unidad, realizará otra evaluación análoga para comparar los resultados y determinar aquellas áreas en las cuales los estudiantes han tenido mayores progresos. Preparación para la Lección 10 Los alumnos usarán sus vehículos con vela en la Lección 10. No deben desarmarlo o modiﬁcarlo. La investigación de la Lección 10 requiere de un gran espacio desocupado para trabajar en el piso. Si tiene otra sala que pueda usar, resérvela con anticipación.

Movimiento y Diseño

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Nombre:

Fecha:

1. Anota tres cosas que hayas aprendido en Movimiento y Diseño y que consideres importante.

2. ¿Tú y tus compañeros han trabajado bien juntos? Da ejemplos.

3. ¿Cómo te sientes al trabajar con los materiales de la unidad? ¿Cambiaste de idea en la medida que avanzaste?

4. Anota algunas actividades que disfrutaste. Explica por qué te gustaron.

5. ¿Hay algunas actividades que te resulten confusas o difíciles de entender? Explica tu respuesta.

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Nombre:

Fecha:

6. Revisa tus hojas de registro y tu cuaderno de ciencias. ¿Cuán bien crees que has registrado tus observaciones e ideas?

7. ¿Crees que has usado bien los materiales para cumplir con los desafíos de diseño?

8. Piensa en lo que has hecho hasta ahora en esta unidad de estudios. ¿Qué consideras haber hecho muy bien?

¿Qué parte de tu trabajo piensas que podría mejorar?

9. ¿Qué sientes ahora con respecto a la ciencia? Haz un círculo a las palabras que te interpreten. a. interesado

b. relajado

c. nervioso

d. animado

e. aburrido

f. confundido

g. exitoso

h. contento

i. Escribe tú mismo una palabra:

Movimiento y Diseño

LECCIÓN 10

PROBEMOS LOS EFECTOS DE LA RESISTENCIA DEL AIRE SOBRE EL MOVIMIENTO DE UN VEHÍCULO

Introducción y Objetivos

En esta lección los alumnos realizarán una investigación formal en que prueban los efectos de la resistencia del aire sobre el movimiento de sus vehículos impulsados por el eje. Con los vehículos construidos en la Lección 9, los alumnos registran las distancias que pueden recorrer gracias a que las velas de cartulina capturan el aire. Los estudiantes establecen hipótesis sobre el efecto de la vela en el movimiento de sus vehículos. Al discutir por qué el número de vueltas de la banda elástica en torno al eje y la carga del vehículo deberían mantenerse constantes, los estudiantes son introducidos en la importancia de controlar las variables. Cuando discuten sobre los efectos del aire sobre el movimiento del vehículo, los alumnos se preparan para la Lección 11, en que construirán vehículos impulsados por una banda elástica y una hélice. Los alumnos prueban cómo la resistencia del aire inﬂuencia el movimiento de su vehículo. Los alumnos discuten y comparan resultados. Los alumnos relacionan sus observaciones con objetos del mundo real para minimizar la resistencia al aire. A través de la Selección de Lectura, los alumnos aprenden más sobre vehículos de carrera, diseñados especialmente para minimizar la resistencia del aire.

Contexto

Cuando saca la mano por la ventanilla de un auto en movimiento, puede sentir cómo la fuerza del aire la empuja hacia atrás. Esta misma fuerza se ejerce sobre el auto entero. Sin embargo, porque el automóvil tiene un área de superﬁcie más grande que una mano, la fuerza es mucho mayor. La fuerza ejercida por el aire en contra de su mano o cualquier objeto móvil, es un tipo de fricción denominado resistencia del aire. La resistencia del aire se opone al movimiento del vehículo y lo ralentiza. Si saca la mano de la ventanilla y el automóvil se mueve a mayor velocidad, la fuerza ejercida sobre su mano es mucho mayor. La fuerza de la resistencia del aire se incrementa muy rápidamente, conforme el vehículo aumenta su velocidad. Así como los alumnos aprendieron en la Lección 8 que la fuerza de la fricción entre las partes de un vehículo ralentiza el movimiento, ellos aprenderán en esta lección que la fuerza de la fricción entre aire y la vela también se opone al movimiento del vehículo. El conocimiento de la resistencia del aire es vital para los ingenieros que diseñan, construyen y prueban vehículos. Los diseños que buscan minimizar la resistencia del aire se conocen como aerodinámicos. Por ejemplo, muchas formas de automóviles son suaves y curvadas, carentes de esquinas marcadas y se parecen a la parte frontal de un avión. Los diseñadores también intentan bajar la frente de los vehí-

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

LECCION 10

culos. Desde una vista lateral, estos vehículos se parecen a una cuña que empuja el aire hacia arriba y hacia fuera mientras avanza. Estos elementos de diseño tienen muchas ventajas prácticas. Permiten que los vehículos se muevan más rápidamente y ahorren combustible, aparte de ser visualmente atractivos. El diseño aerodiná5. mico ¿Cómo adaptaron la velapara de modo que La tuviera menos efecto sobre también es importante camiones. Ilustración 10-1 muestra unel camión movimiento del vehículo? Compartan ideas la clase. Piensen en a en movimiento. Fíjese en la forma curva ensus el techo decon la cabina. Esta forma ayuda que el viento4. pase suavemente porde encima de la cabina y el acoplado. ella, el aire la Lección ¿Por qué el peso los bloques de madera fue unSin factor chocaría contra¿Por la pared delde acoplado frenaría al camión. importante? qué recta el peso la vela yes un factor importante en esta Mientras más rápido se mueva un vehículo, más efecto la resistencia del aire lección? ¿Por qué puede ser difícil que los grupos tendrá comparen sus en ralentizarlo. Por ello, es importante que los vehículos de los alumnos en esta lecresultados en esta lección? ción se muevan con la suficiente rapidez, para que enfrente una resistencia del aire 6. significativa. Piensen cómo de hoy relacionados conen laesta fricción. Por los estaresultados razón, se sugiere queestán la banda elástica tenga, lección, efecto tiene elenroce o al empuje deque la vela contra elsean airecomparables, sobre el a¿Qué lo menos 10 vueltas torno eje. Para los resultados los alumnos debendel usar el mismo Observen número de la vueltas en todasen laslapruebas. movimiento vehículo? ilustración Figura 10-1. La vela deacerca cartulina el área superficie y el peso de los vehículos. Para Hablen de modifica objetos que handevisto que fueron poder comparar con precisión las distancias recorridas vehículos con y sin diseñados especialmente para reducir la fricción por del los aire.

Figura 10-1

Ilustración 10-1 Flujo de aire alredor de un camión en de movimiento Flujo aire

alrededor de un camión en movimiento

7. aire Limpien. completamente su controlar vehículolay variable devuelvan todasEsto lassigque seaDesarmen aprovechado por la vela, se debe del peso. nifica que no se debe desmontar la vela. embargo, mayoría de cuenten los alumnos de piezas para armar a su cubeta. Su Sin profesor les lapedirá que este no tienen el desarrollo suficiente parajunto comprender el concepsusnivel piezas. Devuelvan su vela de cartón con losplenamente demás to de control de la investigación, motive a los alumnos a que desmateriales al variables. centro deDurante distribución. cubran sus propios métodos para reducir la influencia de la vela. Algunos equipos

8. pueden Con unoptar compañero, lee acerca Shirley Muldowney, por desmontar la vela de completamente, mientras una otrosfamosa pueden plegarcorredora de autos adaptados para carreras de piques (pág. 46). asegula o cambiarla de orientación (ver Ilustración 10-2). Las dos últimas opciones Piensa cómo la formasedel vehículo de Shirley Muldowney afectó ran que elen peso del vehículo mantiene constante en todas las pruebas. su movimiento. Escribe lo que piensas en tu cuaderno.

Ideas para Materiales explorar

1. Para Tu profesor te guiará para medir la distancia de todos los puntos de cada alumno 1esta Cuaderno de Ciencias investigación y para seleccionar tres distancias representativas. gafastus de distancias protección en una tabla (como la que aparece en la Figura Anota 10-2 de la pág. 43). También grafica las distancias. Para cada grupo de tres alumnos

2. 1Imagina que eres pirata que un tesoro sumergido en vehículo con velaun de cartulina (debusca la lección 9) medio GrandeOcéano Azul. Se presenta tiras del de papel máquina registradora, 4 m una tormenta violenta y y tu nave serojos, está2moviendo en la dirección equivocada. 3borrascosa puntos autoadhesivos cm 3¿Qué puntos autoadhesivos azules, 2 cm harás? Escribe un cuento. 1

cubeta de piezas para armar (con hoja de inventario)

3. 3Usa materiales distintos al cartón bandas elásticas entrelazadas, Nº 16para hacer velas. ¿Qué efecto tendrán los materiales sobre el diseño de tu vehículo? ¿Cómo afectarán Para el cursoel movimiento de tu vehículo? Cinta adhesiva Tijeras Bandas elásticas adicionales, Nº 16

98 42 / Probemos los efectos de la resistencia del aire

Movimiento y Diseño STC / Movimiento y diseño TM

Ilustración 10-2 Eejemplos de vehículos con velas que no capturan el aire

Preparación

1. 2. 3. 4.

Procedimiento

1. Pida a los alumnos que establezcan una hipótesis sobre cómo la vela vertical puede afectar el movimiento de su vehículo. Explique que probarán esas hipótesis en esta lección. 2. Revise con los alumnos las Instrucciones para que los estudiantes prueben la resistencia del aire (pp. 102-103) en esta Guía y pp. 44-45 en el Libro de Actividades del Estudiante). Comente los siguientes puntos: Sugiera que le den al menos 10 vueltas a la banda elástica en torno al eje de sus vehículos, ya que los resultados serán más evidentes si los vehículos se mueven a gran velocidad. Pregunte por qué es importante que las vueltas de la banda elástica sean las mismas en cada prueba. Explique que en el paso 12 de las Instrucciones, los alumnos deberán cambiar la vela, de modo que tenga menos inﬂuencia en el movimiento del vehículo (Ilustración 10-2). Asegúrese de que todos los estudiantes comprenden lo que esto signiﬁca (ver sección Contexto). Recuerde que pueden existir muchas soluciones a este problema. 3. Pídales que recojan sus vehículos y otros materiales del Centro de Recursos y que realicen su investigación.

Pruebe las bandas elásticas entrelazadas. Cámbielas si han perdido elasticidad. Corte la cinta de papel de máquina registradora en tiras de 4 m para cada grupo. Prepare una gran superﬁcie despejada en la sala de clases para efectuar las pruebas. Ordene los materiales en el Centro de Recursos. Agregue cinta adhesiva, para que los alumnos puedan pegar las bandas de papel o corte pequeños pedazos de cinta y péguelos en el borde de la mesa, con la leyenda “toma dos tiras”.

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Actividades Finales

1. Invite a los grupos a que exhiban sus tiras de papel. Pídales que comenten qué observaron cuando los vehículos se movieron con la vela (puntos rojos) y cuando la vela ejerció una influencia menor sobre el movimiento de los vehículos (puntos azules). ¿Qué patrones pueden identificar? ¿Qué diferencias? ¿Por qué creen que ocurrió esto? 2. Comente cómo los grupos adaptaron las velas para que tuvieran menos influencia en el movimiento del vehículo. En caso de que algunos grupos mantuvieran la vela en sus vehículos en la segunda serie de pruebas, doblándolas u orientándola lateralmente, pregunte por qué tomaron esa decisión. Pídales que recuerden la Lección 4. ¿Por qué el peso de los bloques de madera fue un factor importante? ¿Por qué el peso de la vela en esta lección es un factor importante? ¿Por qué puede ser difícil que los grupos comparen sus resultados en esta lección? 3. Pídales que relacionen los resultados con las ideas sobre la fricción tratadas en la Lección 8. Por ejemplo, ¿cómo afecta que la vela roce y empuje contra el aire al movimiento del vehículo? Pídales que mencionen objetos de su vida cotidiana que estén diseñados para reducir la resistencia del aire. Ayúdeles a entender que objetos comunes, como autos, botes, cascos de ciclismo e incluso la ropa de los atletas, están diseñados para minimizar la resistencia del aire. 4. Pídales que ordenen la sala. Deberán desmontar completamente sus vehículos y devolver todas las piezas para armar en sus baldes. Pueden devolver sus velas de cartulina al Centro de Distribución. Decida su quiere que los alumnos realicen ahora un inventario, usando la plantilla Piezas para armar para cada equipo, que está guardada en los baldes. Consejo de gestión: Un padre o un voluntario puede inventariar las piezas para armar. Asegúrese de completar el inventario antes de la Lección 11, cuando los alumnos necesitarán un número específico de piezas de cada color para construir sus vehículos. El siguiente paso puede ser completado ahora o en otra ocasión. 5. Asigne la Selección de Lectura “Shirley Muldowney: una corredora de autos adaptados para carreras de piques” (pp. 104 y pp. 46-47 en el Libro de Actividades del Estudiante). Pídales que piensen cómo la forma del vehículo afectó su movimiento. Deberán anotar sus ideas en sus Cuadernos de Ciencias.

Extensiones

Matemáticas 1. Los alumnos deberán usar la cinta de medición para medir las distancias entre los puntos en la cinta de papel usada en esta investigación. Pida a los alumnos que elijan la medición que represente de mejor manera las tres distancias recorridas por sus vehículos en cada parte de la investigación. Esta puede ser la distancia del punto central, la distancia donde se forma un agrupamiento de puntos o el punto más distante.

Matemáticas 2. Pídales que representen los resultados de la Extensión 1 en un gráﬁco.

Lenguaje 3. Son piratas que buscan un tesoro en el fondo del océano. Su barco es la única esperanza para encontrar el tesoro. Pero aparece una violenta tormenta con fuertes vientos que desvía al barco de su dirección. ¿Qué pueden hacer? Escribe un cuento sobre la aventura.

100

Movimiento y Diseño

LECCION 10 Ilustración 10-310-2 Figura Muestra de tabla de datos

Tabla de datos de muestra

Influencia de la vela

Distancia recorrida (en cm) Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Distancia seleccionada

Vela influyendo en el movimiento del vehículo Vela con menos influencia en el movimiento del vehículo Ciencias 4. Pueden usar otros materiales para confeccionar velas. ¿Cómo inﬂuye el material en el diseño de sus vehículos? Pídales que establezcan hipótesis sobre cada material y su efecto sobre el movimiento del vehículo. Deben probar sus hipótesis. Preparación para la Lección 11 Solicite la ayuda un adulto voluntario para construir la hélice de la Lección 11. Por razones de seguridad, use gafas de protección. Esta tarea no debería ser realizada por los alumnos. Asegúrese de que los alumnos hayan desarmado los vehículos usados en esta lección.

STC / Movimiento y diseño Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

Probemos los efectos de la resistencia del aire / 43 101

LECCION 10

Instrucciones para que los estudiantes prueben la resistencia del aire 1. Ubiquen una zona en el piso donde el vehículo pueda recorrer una distancia larga. 2. Desenrollen su tira de papel. Péguenla en el piso. Con cinta adhesiva, hagan una línea de partida en un extremo de la tira de papel. 3. Asegúrense de que la vela de cartón esté firme en el vehículo. 4. Comenten con el grupo cómo piensan que la vela influirá en el movimiento del vehículo. Anoten lo que piensa el grupo en su cuaderno. No olviden que deben poner fecha a su anotación. 5. Decidan las veces que enrollarán la banda elástica alrededor del eje, pero deben ser al menos de 10 veces. (¡Tengan cuidado! La banda elástica se romperá si la enrollan demasiadas veces). Anoten el número que escojan en su cuaderno. Usen este número cada vez que enrollen la banda elástica en esta lección. 6. Usen sus gafas protectoras. Enrollen la banda elástica alrededor del eje de giro libre del vehículo la cantidad de veces que decidieron. Pongan las ruedas delanteras pequeñas del vehículo en la línea de partida. 7. Suelten el vehículo. Observen su movimiento. 8. Pongan un punto rojo en la tira de papel donde se detuvieron las ruedas delanteras del vehículo.

9. Repitan esta prueba dos veces más. Para cada prueba, enrollen la banda elástica alrededor del eje el mismo número de veces. Suelten el automóvil. ¿Qué distancia se desplazó el vehículo? Marquen el punto de detención con un punto rojo. TM

102

44 / Probemos los efectos de la resistencia del aire

STC / Movimiento y diseño

Movimiento y Diseño

LECCION 10

10. Después de probar tres veces el vehículo, observen los tres puntos rojos. ¿Están cerca unas de otras las distancias que recorrió el vehículo? ¿Están distantes? ¿Por qué piensan que sucedió eso? Anoten sus observaciones en su cuaderno. 11. ¿Qué punto piensan que representa mejor todas las distancias que recorrió su vehículo? Encierren ese punto con lápiz en un círculo. 12. Conversen con el grupo cómo podrían cambiar la vela para que su influencia sobre el movimiento del vehículo sea menor. Anoten lo que piensan en su cuaderno. Luego, cambien la vela con el grupo. 13. Con el grupo, predigan cómo la modificación de la vela afectará el movimiento del vehículo. Anota la predicción de tu grupo en tu cuaderno. 14. Prueben qué tan lejos se desplazará el vehículo modificado, pero esta vez usen los puntos azules. No olviden que deben hacer lo siguiente: Pongan las ruedas delanteras de su vehículo en la línea de partida. Enrollen la banda elástica el mismo número de veces que antes en la investigación. Suelten el vehículo. Marquen la distancia que recorrió el vehículo. Pongan un punto azul en la tira de papel donde se detuvieron las ruedas delanteras del vehículo. Háganlo tres veces en total. Cuando terminen, deben haber tres puntos azules y tres puntos rojos en la tira de papel. 15. Comenta los resultados con tu grupo. ¿Cómo influyó la vela sobre el movimiento de su vehículo impulsado por el eje? ¿Por qué piensan que sucedió eso? Anoten sus observaciones en su cuaderno.

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

STC / Movimiento y diseño

Probemos los efectos de la resistencia del aire / 45

103

LECCION 10

Selección de lectura

SELECCIÓN DE LECTURA SHIRLEY MULDOWNEY: UNA CORREDORA DE AUTOS ADAPTADOS PARA CARRERAS DE PIQUES LECCION 10

rley Muldowney: una corredora de autos adaptados para carreras de piques

Foto: Brian Epps

Selección de lectura

Foto: Jon Asher

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6 / Probemos los efectos de la resistencia del aire 104

STC / Movimiento y diseño Movimiento y Diseño

LECCIÓN 11

CONSTRUYAMOS UN VEHÍCULO IMPULSADO POR HÉLICE

Introducción y Objetivos

En la Lección 6, los alumnos conocieron el concepto de que la energía puede ser almacenada en una banda elástica. En la Lección 10, observaron los efectos de la resistencia del aire sobre un vehículo impulsado por el eje. Esta lección extiende la comprensión de los alumnos sobre estos dos conceptos, al construir un vehículo impulsado por hélice. Los alumnos usan un dibujo técnico para construir vehículos impulsados por hélice y realizan observaciones iniciales sobre sus elementos de diseño. Igualmente, comparan sus vehículos con los vehículos impulsados por el eje de las lecciones anteriores. Estas experiencias los preparan para la Lección 12, en la que analizaran elementos de diseño especíﬁcos y discuten la inﬂuencia de la energía almacenada y del aire sobre el movimiento de sus vehículos. Los alumnos realizan una sesión de lluvia de ideas sobre sus conocimientos de vehículos impulsados por hélice. Los alumnos discuten qué elementos de diseño son necesarios para construir vehículos impulsados por hélice. Los alumnos construyen un vehículo impulsado por hélice a partir de un dibujo técnico. Los alumnos comentan sus observaciones iniciales.

Contexto

Las hélices crean una fuerza que mueve aviones y botes. Incluso cuando un avión sigue en tierra, la fuerza de la hélice le permite moverse sobre la superﬁcie hasta llegar a la pista de despegue. Los botes de aire son vehículos impulsados por hélice que pasan por encima de aguas poco profundas. Debido a que las hélices están en el aire y no en el agua, los vehículos se pueden mover por aguas de una profundidad de menos de 30 cm. Cuando una hélice montada en un vehículo gira, sus aspas empujan el aire hacia atrás, con un ventilador. En una reacción equivalente y opuesta, como la descrita en la Tercera Ley de Newton, el aire que es empujado hacia atrás, causa que la hélice y lo que ella está adherida se muevan hacia delante. Una mirada más detenida de la hélice usada en esta lección, muestra que las aspas tienen una curva. La fuerza del aire en contra de las aspas curvadas que giran, mueve al vehículo hacia adelante (ver Ilustración 11-1). En esta lección, los alumnos usan un dibujo técnico para construir un vehículo que tiene una banda elástica adherida a la hélice. Cuando los alumnos giran la hélice, almacenan energía en la banda elástica. Los alumnos notarán que se forma una serie regular de nudos en la medida que tensan (Ilustración 11-2). Soltar la hélice libera la energía almacenada, hace girar la hélice, empuja el aire hacia atrás y al vehículo hacia adelante. Cada vez que los alumnos le dan otra vuelta a la hélice, se incrementa la cantidad de energía almacenada en la banda elástica. Cuando sueltan la hélice, la energía almacenada se transforma en energía de movimiento del vehículo y del aire turbulento. El vehículo se moverá inicialmente con un gran impulso de velocidad, debido a que la banda elástica está en su máximo de tensión. Cuando se libera, inicialmente produce la mayor fuerza y, por consiguiente, la mayor velocidad de la hélice.

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Las hélices deben ser lo suficientemente fuertes para resistir altas velocidades y una gran fuerza. Los diseñadores de aviones deben equilibrar cuidadosamente el tamaño, la forma, y el número de aspas con el avión y su motor para asegurar un rendimiento óptimo y la seguridad. Cuando los alumnos estudian el vehículo impulsado por hélice, motívelos a que observen cómo está montada la hélice en el vehículo y comenten las posibles razones. Por ejemplo, los alumnos pueden notar que la hélice está montada a una cierta altura, de modo que sus aspas no toquen la superficie cuando giren. Observaciones iniciales como éstas ayudarán a que los alumnos se preparen para la Lección 12, en la que evaluarán elementos específicos de diseño del vehículo impulsado por hélice y compararán su diseño con los vehículos impulsados por el eje.

Ilustración 11-1 Hélice

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias gafas de protección Para cada grupo de tres alumnos 1 unidad de hélice (que incluye la hélice, gancho, remaches y conector blanco) 1 cubeta con piezas para armar 3 bandas elásticas entrelazadas, Nº 64 Para todo el curso Materiales para que el profesor monte las unidades de hélice: 10 hélices 10 ganchos 20 remaches 10 conectores blancos Balde con piezas para armar adicionales 1 pliego de papel Kraft plumones de color cinta adhesiva libros técnicos, fotografías o ilustraciones que muestren vehículos impulsados por hélice

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Movimiento y Diseño

Ilustración 11-3 Preparación de la unidad de hélice

Preparación

1. Monte las unidades de hélice para cada grupo. Use la Ilustración 11-3 como guía. Los alumnos ﬁjarán las bandas elásticas entrelazadas al gancho de la unidad de hélice, una vez que hayan armado sus vehículos. Los remaches están orientados en direcciones opuestas. Sus extremos rozan cuando la hélice gira. Asegúrese que el gancho enfrenta el lado cóncavo de las aspas. El gancho debe insertarse en el lado redondeado del centro de la hélice. Gire la hélice unas 6 veces en dirección horaria, hasta que se perciba una resistencia. El color del plástico que cubre ese extremo del gancho se aclarará; asegúrese, no obstante, de que no muestre ﬁsuras. 2. Basándose en el dibujo técnico de la Lección 2 (p. 40), construya el vehículo que usará en las Actividades Finales. Adhiera las bandas elásticas entrelazadas al eje. 3. Para conocer más del proceso de construcción que realizarán los alumnos, monte Ud. mismo un vehículo impulsado por hélice, según el dibujo técnico de la Ilustración 11-4.

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48 / Construyamos un vehículo impulsado por hélice

Conector color canela

Conector rojo

Punto rojo

Punto azul

Conector rojo

Punto rojo Punto gris

Vista superior

Conector color canela

Conector rojo

Punto rojo

Punto amarillo Conector rojo

Punto verde Punto verde

Punto rojo

Conector blanco

Rueda pequeña

Conector color canela

Conector blanco

Conector rojo Punto verde

Punto amarillo

Vista lateral

Punto gris

Punto verde

Conector naranja Punto rojo

Conector rojo

Conectores amarillos

Vista delantera

LECCION 11

Figura 11-1

STC / Movimiento y diseño

Movimiento y Diseño

4. Confeccione un papelógrafo titulado “Ideas de diseño para vehículos impulsados por hélice”. Anote la fecha y cuélguelo. 5. Recopile libros técnicos, fotografía o ilustraciones que muestren vehículos impulsados por hélice. 6. Entrelace tres bandas elásticas grandes. Cada grupo necesita un conjunto de bandas entrelazadas. 7. Ordene las bandas elásticas, las gafas protectoras, las cubetas de piezas para armar y las unidades de hélice en el Centro de Recursos.

Procedimiento

1. Realice una sesión de lluvia de ideas en que los alumnos describen qué saben sobre vehículos impulsados por hélice. Más adelante en esta lección usarán un dibujo técnico para construir un vehículo impulsado por hélice. Analizarán las características de diseño en la Lección 12. 2. Dirija la atención de los alumnos a una unidad de hélice. Muestre cómo se ﬁjan el conector blanco y las bandas elásticas al gancho de la hélice. Pregunte cómo se podría ﬁjar la hélice al vehículo y dónde se podría conectar la banda elástica. 3. Pídales que piensen qué características de diseño pueden ser necesarias para que el vehículo se mueva con una hélice. Por ejemplo, los alumnos pueden mencionar que la hélice debe estar elevada, para que no choque con el suelo. Algunos propondrán colocar la hélice en la parte delantera del vehículo, mientras otros dirán que la banda elástica debe estar tensa y que debe ser conectada frente a la hélice. Anote sus ideas en el papelógrafo “Ideas de diseño para vehículos impulsados por hélice”. 4. Dirija la atención de los alumnos al dibujo técnico de un vehículo impulsado por hélice (Ilustración 11-4 e Ilustración 11-1 en el Libro de Actividades, p. 48). Que describan las diferencias de este dibujo técnico con el que vieron en la Lección 2. Si los alumnos no lo advierten, explique que se trata de un dibujo de tres perspectivas, que no sólo tiene vistas superiores y laterales sino también una desde perspectiva frontal. Pregunte por qué puede ser necesario contar con una vista frontal del vehículo impulsado por hélice. 5. Los alumnos deben recoger sus baldes con piezas para armar, la unidad de hélice, las gafas protectoras y las bandas elásticas entrelazadas y comenzar a montar el vehículo impulsado por hélice, tomando el dibujo técnico como guía. Nota de seguridad: Los alumnos deben usar obligatoriamente las gafas protectoras en esta lección. Las gafas prevendrán de cualquier lesión en el caso que la banda elástica salte del gancho o el gancho se suelte de la hélice. El profesor y otros adultos que trabajen con las unidades de hélices también deberían usar gafas protectoras. 6. Una vez que hayan concluido el montaje, anímelos a que intenten mover los vehículos impulsados por hélice. Pídales que anoten en sus Cuadernos de Ciencias observaciones generales sobre el movimiento de sus vehículos.

Actividades Finales

1. Invítelos a presentar al curso sus vehículos completados. ¿Qué diﬁcultades y logros tuvieron en el proceso de construcción a partir del dibujo técnico de tres perspectivas? ¿En qué aspectos fue más fácil construir a partir de este dibujo, comparado con el de la Lección 2? ¿En qué aspectos fue más difícil? 2. Pídales que compartan sus observaciones sobre el movimiento y diseño de sus vehículos impulsados por hélice. Haga las siguientes preguntas: ¿Cómo lograste que el vehículo se moviera? ¿Cómo lograste que la hélice girara? ¿Qué ocurrió con la banda elástica cuando giraste la hélice? ¿Qué ocurrió cuando soltaste la hélice? ¿Por qué pasó eso? 3. Muéstreles el vehículo impulsado por el eje que construyó para esta lección. Pídales que lo comparen con sus vehículos impulsados por hélice.

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¿Qué le sucedió a la banda elástica mientras la enrollaban en la hélice? -

¿En qué se parecen el uso de las bandas elásticas? (La energía para mover los

¿Qué sucedió cuando soltaron la hélice? ¿Por qué piensan que vehículos está almacenada en la banda; se mueven mueve cuando se libera sucedió eso? la energía)

¿En que se diferencian? (La banda está retorcida vehículo impulsado por 9. Su profesor les mostrará un vehículo impulsado por unen eje. ¿En qué se hélice, y no enrollada en torno al eje; es la banda la que mueve la hélice, no el parece su vehículo impulsado por hélice de esta lección, al que es eje) impulsado por eje? ¿En qué se diferencia? Antes de responder, 4. en Pídales que revisen la lista de lluvia de ideas “Ideas de diseño para vehículos impiensen las siguientes preguntas: pulsados por hélice”. Los alumnos pueden agregar o cambiar aﬁrmaciones en la

¿En qué sesobre parece la manera de usar la banda esta lista la base de sus observaciones en estaelástica lección. en Infórmeles que analizarán más detalladamente las características de diseño especíﬁcas en la Lección lección con su forma de uso en las lecciones anteriores? 12.

¿En5.qué se diferencia? Pídales que marquen sus vehículos con la letra de su grupo. Deben devolver los

y demás materiales al Centro Recursos. 10. Observenvehículos la lista de generación de ideas de la de clase. ¿Qué No desarme el vehículo impulsado por el eje que construyó en la Preparación de esta lección. Lo puede características de diseño del vehículo ayudaron a que la hélice usar nuevamente como comparación con el vehículo impulsado por hélice en la moviera su vehículo en esta lección? Agreguen cualquier idea nueva Lección 12. que tengan a la lista. O cambien la ideas que ahora piensan que están incorrectas.

Extensiones

Ideas para explorar

11. Rotulen su vehículo. Pónganlo, junto con los demás materiales, en el centro de distribución. Matemáticas

1. Los alumnos pueden usar puntos autoadhesivos y una tira de 4 m de cinta de papel para medir cuán lejos se mueven los vehículos según el número de vueltas 1. Tu profesor te hélice guiará(por para probar cuán lejos tu medición, miden la de la ejemplo 30,y50medir y 75 vueltas). Con llegará la cinta de distancia recorrida y lacon registran para números seleccionar distancia vehículo impulsado por hélice distintos deuna vueltas en lapromedio. Finalmente, deben graﬁcar las distancias elegidas.

Figura 11-211-5 Ilustración

Tabla de datos de muetra

Tabla de datos de muestra

Número de vueltas de la hélice

Distancia recorrida (en cm)

Prueba 1

Prueba 2

Distancia seleccionada

Prueba 3

35 50 75

Ciencias TM

STC / Movimiento y diseño

Construyamos vehículo impulsado por ohélice 49 2. Organice una excursiónun a un aeródromo, aeropuerto museo/ aeronáutico en que se puedan apreciar aviones impulsados por hélice. Los alumnos deberán comparar los aviones con los vehículos construidos en esta lección.

Matemáticas 3. Con un cronómetro pueden medir el tiempo que gira la hélice, según el número de vueltas dadas inicialmente. Posteriormente, pueden graﬁcar sus resultados. Preparación para la Lección 12 Los alumnos necesitarán sus vehículos impulsados por hélice para la Lección 12. No desarme el vehículo impulsado por el eje que construyó en la Preparación de esta lección. Lo volverá a usar en la Lección 12.

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Movimiento y Diseño

LECCIÓN 12

ANALICEMOS EL MOVIMIENTO Y EL DISEÑO DE UN VEHÍCULO IMPULSADO POR HÉLICE

Introducción y objetivos En la Lección 11, los alumnos construyeron vehículos impulsados por hélice y realizaron observaciones iniciales sobre su diseño y movimiento. En esta lección, los alumnos analizan las características de diseño de los vehículos impulsados por hélice, incluyendo el tamaño del marco y su rigidez y cómo ambas características afectan el movimiento de la hélice. Retoman el debate de la lección anterior, en que compararon el diseño y movimiento de los vehículos construidos previamente con los vehículos impulsados por hélice. Los prepara para la Lección 13, en que deberán analizar el costo de sus vehículos impulsados por hélice y rediseñarlos para reducir el costo sin afectar su rendimiento. Los alumnos analizan las características de sus vehículos impulsados por hélice. Los alumnos intercambian en torno a las características de sus vehículos impulsados por hélice y las comparan con las de los vehículos construidos previamente. Los alumnos proponen cambios de diseño para sus vehículos impulsados por hélice que no afecten su rendimiento.

Contexto

Hay varios factores que afectan la distancia y la velocidad de los vehículos impulsados por hélice usados en esta lección. Los alumnos notarán que la tasa a la que gira la hélice no tiene efecto sobre la distancia que recorren sus vehículos. Sin embargo, mientras más veces giren la hélice y la banda elástica fijada a ella, más lejos se moverá el vehículo. Más aún, la hélice girará por más tiempo y moverá el vehículo más lejos si la banda elástica está extendida tensamente. La reducción de la tensión provocada por la presencia de una cuarta banda elástica en el extremo de las tres bandas entrelazadas, causará un movimiento menos eficiente del vehículo. En esta lección, los alumnos agregan llantas a sus vehículos impulsados por hélice. En la Lección 8, las llantas permitieron que los vehículos avanzaran, mientras que en este caso perjudican el movimiento. Debido a que el vehículo impulsado por hélice contiene más partes, pesa más que los vehículos construidos anteriormente. El peso adicional, incluyendo el de las llantas, dificultan el movimiento del vehículo con una hélice de dos aspas. Los alumnos pueden descubrir que una superficie suave facilita el movimiento de los vehículos impulsados por hélice, mientras que superficies como alfombras se oponen al movimiento del vehículo, debido a una mayor fricción. En su análisis, los alumnos podrán notar que la dirección en que giran la hélice (dirección horaria o contrarreloj) determina la dirección en la que se mueven los vehículos. Igualmente, la ubicación de la hélice (alta o baja, atrás o adelante) y el ángulo creado por la banda elástica, afectan el movimiento del vehículo. Si un grupo monta la hélice en una ubicación más alta, ésta podrá girar libremente sin tocar las ruedas

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

111

o la superficie. Sin embargo, si hay piezas que sobresalen del marco, la hélice puede golpearlas. Si la banda elástica es fijada en un ángulo del vehículo, lo mismo ocurrirá con la hélice. Una hélice en ángulo moverá aire hacia abajo, en vez de hacia atrás, causando un sistema de propulsión menos eficiente. Al final de la lección, los alumnos deberán comparar el movimiento y diseño de sus vehículos impulsados por hélice con los vehículos impulsados por el eje que construyeron con anterioridad. Podrán notar algunas diferencias y similitudes. Los vehículos impulsados por hélice almacenan energía de la misma manera que los vehículos impulsados por el eje: en una banda elástica. En el vehículo impulsado por hélice, los alumnos montan la banda elástica de una forma diferente. Los alumnos almacenan energía en la banda elástica al girar la hélice. En los vehículos impulsados por el eje, almacenaron energía enrollando la banda en torno al eje. Cuando los alumnos liberan la banda elástica en un vehículo impulsado por hélice, ella mueve la hélice. Cuando lo hicieron con un vehículo impulsado por el eje, ésta hace girar el eje y las ruedas sujetas a él. En un vehículo impulsado por hélice, es el aire empujado hacia atrás por el movimiento giratorio el que mueve al vehículo hacia delante. En vehículos impulsados por el eje con vela, el aire que empuja la vela ralentizó el avance del vehículo. La evaluación de las características de diseño como éstas y su efecto sobre el movimiento de vehículos impulsados por hélice y la aplicación de conocimiento de lecciones previas, es el objetivo fundamental de esta lección.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz graﬁto con goma de borrar Para cada grupo de tres alumnos 1 copia de la Hoja de Registro 12-A: “Qué pasa si…” 1 vehículo impulsado por hélice (de la Lección 11) 1 cubeta con piezas para armar Para todo el curso 9 bandas elásticas, Nº 64 lista de lluvia de ideas “Ideas de diseño para vehículos impulsados por hélice” (de la Lección 11) plumones de color cinta adhesiva

Preparación

112

1. Haga una copia de la Hoja de Registro 12-A: “Qué pasa si…” para cada grupo (cada alumno). 2. Con seis bandas elásticas, cree dos conjuntos adicionales de bandas elásticas entrelazadas. Resérvelas para aquellos alumnos que eligen responder la última pregunta de la Hoja de Registro, o déjelas en el Centro de Recursos. Igualmente, deje tres bandas elásticas individuales para los que responden a la penúltima pregunta de la Hoja de Registro. 3. Ordene los vehículos, las bandas elásticas entrelazadas e individuales adicionales, las gafas de protección y los baldes con las piezas de armar en el Centro de Recursos. 4. Cuelgue la lista de lluvia de ideas de la Lección 11. Tenga a mano plumones de colores diferentes.

Movimiento y Diseño

Revise la Hoja de Registro y ensaye varios “qué pasa si…” antes de comenzar la lección. Ya que los alumnos deben responder un mínimo de tres de las preguntas, puede organizar un centro de aprendizaje con un vehículo impulsado por hélice y el balde de piezas para armar del curso. Allí, los alumnos pueden terminar “qué pasa si…” inconclusos. También pueden crear sus propias preguntas de “qué pasa si…” para que otros alumnos las analicen en el centro.

Procedimiento

1. Informe a los alumnos que en esta lección analizarán varias características de diseño de sus vehículos impulsados por hélice. 2. Distribuya la Hoja de Registro 12-A: “Qué pasa si…” a cada grupo. Explique que usarán la Hoja de Registro para evaluar las características de diseño de sus vehículos impulsados por hélice. Recuérdeles lo siguiente: Puedes responder a las preguntas en el orden que prefieras. Saca las piezas y modifica tu vehículo según se requiera en cada “qué pasa si…”, pero vuelve el vehículo a su configuración original luego de cada prueba. Aunque sólo debes responder tres preguntas, intenta responder todas las preguntas posibles en el tiempo dado. Inventa tu propio “qué pasa si” y pruébalo. 3. Cada grupo debe recoger su vehículo y el balde desde el Centro de Recursos. Para los que responden las dos últimas preguntas, hay bandas elásticas adicionales. Pídales que las devuelvan al Centro de Recursos una vez que las hayan usado, para que estén disponibles para otros grupos. 4. Permítales que realicen la investigación.

Actividades Finales

1. Pídales que comenten las observaciones que anotaron en la Hoja de Registro. Los alumnos pueden demostrar algunos de sus resultados. Consejo de gestión: Si su curso es muy grande, es conveniente combinar dos o tres grupos en un equipo y que realicen las demostraciones allí. 2. Muéstreles el vehículo impulsado por el eje. Pídales que recuerden lo observado en la Lección 11, cuando compararon un vehículo impulsado por hélice y uno impulsado por el eje. Pregunte lo siguiente: ¿Qué causó que el vehículo impulsado por hélice se moviera? ¿Qué ocurrió con la banda elástica cuando giraste la hélice? Recuerda las lecciones pasadas. ¿Qué causó el movimiento del vehículo impulsado por hélice? ¿De qué forma distinta se usa la banda elástica en esta lección y en qué se usa igual que en las lecciones anteriores? ¿Cuál es el papel del aire en el movimiento del vehículo impulsado por hélice? 3. En la lista de lluvia de ideas de la Lección 11 “Ideas de diseño para vehículos impulsados por hélice”: ¿Qué agregarían o cambiarían? ¿Qué respuestas de la Hoja de Registro 12-A “Qué pasa si…”, apoyan esas ideas? 4. Pídales que ordenen. Asegúrese que todos los vehículos están marcados con la letra de su grupo.

Extensiones

Ciencias Sociales

Lenguaje

1. Pídales que investiguen cómo los Hermanos Wright impulsaron su aeronave.

Ciencias 2. Pídeles que junten vehículos de juguete que cuenten con una hélice y analicen las características de diseño de cada uno. ¿En qué se diferencian de los vehículos usados en esta lección? Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

113

Ciencias Sociales

Artes Plásticas

3. Pida a los alumnos que investiguen y registren las máquinas voladoras diseñadas por Leonardo da Vinci. Los alumnos pueden crear modelos de papel de esas máquinas.

Evaluación

En las lecciones 11 y 12, los alumnos desarrollaron sus conceptos de movimiento y las habilidades de diseño, al construir y evaluar un vehículo impulsado por hélice. Considere estas preguntas para la evaluación de su progreso en las dos últimas lecciones. Conceptos y habilidades ¿De qué formas el alumno describe el movimiento del vehículo impulsado por hélice? ¿El alumno maniﬁesta, en sus contribuciones orales al grupo o el curso, que comprende intuitivamente que la hélice que gira ejerce una fuerza en contra del aire, que resulta en el movimiento del vehículo? ¿El alumno puede aplicar una comprensión del concepto de energía almacenada, al uso de las bandas elásticas en el vehículo impulsado por hélice? ¿El alumno puede, con su grupo, construir un vehículo basado en un dibujo técnico de tres perspectivas, aplicando a su vez, las habilidades adquiridas a partir de la Lección 2? ¿El alumno identiﬁca las características de diseño que afectan el movimiento del vehículo impulsado por hélice? Actitudes ¿El alumno reconoce y aprecia el papel del diseño tecnológico en la evaluación de las características de un vehículo? ¿Puede aplicar la información tratada a vehículos impulsados por hélices reales? ¿El alumno desarrolla una actitud de respeto hacia los resultados de las pruebas y usa esos resultados para mejorar el diseño?

114

Movimiento y Diseño

��

Nombre:

Fecha: ¿Qué pasa si...? Observa tu vehículo propulsado por hélice. Escoge tres o más de las siguientes preguntas para examinarlo. Hazlo en el orden que quieras. Intenta mover el vehículo luego de cualquier cambio efectuado. Registra tus observaciones en el espacio dispuesto en la hoja. No te olvides de volver a dejar el vehículo en su forma original después de cada pregunta. ¿Qué pasa si... ...giras rápidamente la hélice 30 veces? ¿Y si lo haces 30 veces, pero lentamente? ¿Cómo se mueve el vehículo en cada caso?

...giras la hélice 30 veces en el sentido de los punteros del reloj? ¿Y si lo haces en contra del sentido del reloj? ¿Cómo se mueve el vehículo en cada caso?

...das vuelta el vehículo, de modo que la hélice queda en la parte de atrás del vehículo?

...cambias la posición de la banda elástica, de forma que queda adherida en un ángulo?

...le agregas unas llantas al vehículo propulsado por hélice?

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115

��

Nombre:

Fecha: ¿Qué pasa si...?

¿Qué pasa si... ...intentas mover el vehículo sobre una superﬁcie distinta, como alfombra o vinilo?

...bajas la posición de la hélice? Modiﬁca el vehículo, de manera que la hélice queda más cerca del piso.

...usas cuatro bandas elásticas entrelazadas, en vez de tres? Añade un elástico adicional a las bandas entrelazadas y prueba el vehículo.

...usas dos conjuntos paralelos de bandas elásticas? Coloca dos conjuntos de bandas elásticas entrelazadas, una al lado de la otra, y prueba el vehículo.

Ahora escribe y prueba tus propias preguntas. ¿Qué pasa si...?

116

Movimiento y Diseño

LECCIÓN 13

EXAMINEMOS LOS COSTOS

Introducción y objetivos

Durante toda la Unidad, los alumnos han diseñado, construido, evaluado y modificado vehículos para cumplir requerimientos de diseño específicos. Han usado esos vehículos para investigar varios principios del movimiento. En esta lección, los estudiantes se introducen en un requerimiento de diseño completamente diferente: el costo. Al sumar los precios de cada parte, los alumnos determinan el costo total de sus vehículos impulsados por hélice. Trabajar con un presupuesto los prepara para el desafío de diseño final de las lecciones 14-16. Los alumnos determinan el costo de sus vehículos impulsados por hélice. Los alumnos modifican sus vehículos para reducir el costo. Los alumnos evalúan la fuerza y rendimiento de sus vehículos modificados. Los alumnos consideran las compensaciones recíprocas entre costo, rendimiento y apariencia.

Contexto

El costo es un importante requerimiento de diseño para la mayoría de los productos manufacturados. Si un producto cuesta demasiado, no se podrá vender. Para minimizar el costo, los diseñadores eliminan partes innecesarias, especialmente las más caras, de modo que el producto represente su mejor valor, o sea, el mejor rendimiento al costo más bajo. Piense, por ejemplo, en una antena de radio que deberá soportar fuertes vientos y tormentas ocasionales. Antes de agregar una estructura metálica al proyecto, el ingeniero evalúa el costo de diversos tipos de estructuras y construye un modelo para evaluar su efectividad. Para que la estructura sea efectiva en costos, el ingeniero escogerá la más efectiva al menor costo. Los fabricantes de automóviles diseñan todos sus productos a precios competitivos. Los diseñadores de automóviles eliminan todas las partes o material innecesarios. Sin embargo, identificar qué es innecesario en un automóvil es más difícil que identificar las partes necesarias para una antena de radio, porque muchas piezas de un vehículo –un sistema de aire acondicionado, por ejemplo- brindan comodidades que demandan los clientes. Las compañías automovilísticas realizan encuestas y estudios de grupos de discusión para aprender lo más posible acerca de los deseos de los consumidores. ¿Cuánto poder del motor? ¿Qué gasto de bencina? ¿Qué comodidades? Una vez identificadas las necesidades de los clientes, los diseñadores intentan crear un balance entre esas necesidades y las características de diseño del vehículo para lograr un producto atractivo a un bajo precio. Un ingeniero de automóviles tiene muchas opciones para mejorar el diseño. Un motor más eficiente incrementará el kilometraje del combustible a la vez que mantendrá las velocidades y una aceleración alta. Una forma aerodinámica rebajará el sonido del viento y el aprovechamiento de la bencina. Si los diseñadores incorporan estos mejoramientos a un precio razonable, el auto será atractivo y tendrá un precio alcanzable para los clientes. Los ingenieros revisan repetidas veces cada parte y sistema de un vehículo diseñado recientemente, con el objetivo de reducir el costo sin comprometer la calidad. Para evaluar el cambio propuesto, construyen un modelo y prueban si cumple con los requerimientos. En esta lección los alumnos deberán enfrentar el mismo desafío. Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI] 117

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias 1 lápiz con goma de borrar Gafas protectoras Para cada grupo de tres alumnos 2 ejemplares de la Hoja de registro 13-A: Evaluamos el costo de nuestro diseño. 1 vehículo impulsado por hélice (de la Lección 11) 1 balde con piezas de armar (con hoja de inventario) 1 calculadora (opcional) Para todo el curso 1 pliego de papel Kraft plumones azules

Preparación

1. Haga dos copias de la Hoja de Registro 13-A: Evaluemos el costo de nuestro diseño para cada grupo. 2. Elabore un papelógrafo con el título “Cómo vamos a reducir el costo de nuestro vehículo.” 3. Decida si los alumnos usarán calculadoras para computar el costo de de sus vehículos. En caso positivo, obténgalas antes de comenzar la lección. 4. Ordene los materiales en el Centro de Recursos. 5. Revise los contenidos de la lección. Decida si va a realizarla en una o dos sesiones. Un punto de detención apropiado es entre los pasos 6 y 7 del Procedimiento.

Ilustración 13-1 Reducción de costos

118

Movimiento y Diseño

Procedimiento

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1. Pida a los alumnos que recuerden los diferentes requerimientos que han cumplido en el diseño de vehículos en esta Unidad. Pídales que piensen en otros requerimientos que los ingenieros podrían tener que cumplir. 2. En caso que los alumnos no lo mencionen, indique que el costo es muchas veces un requerimiento importante cuando los ingenieros diseñan y construyen productos. Infórmeles que determinarán el costo de sus vehículos impulsados por hélice, los modiﬁcarán para reducir el costo, los probarán para asegurarse que aún sigan rindiendo bien, y determinarán el costo total de los vehículos modiﬁcados. 3. Distribuya dos copias de la Hoja de Registro 13-A: Evaluemos el costo de nuestros vehículos a cada grupo. Use el vehículo de uno de los equipos como ejemplo, y explíqueles cómo llenar la Hoja de Registro. 4. Pídales que recojan sus vehículos del Centro de Recursos y que determinen su costo, con una de las Hojas de Registro como apoyo. En caso que use calculadoras, distribúyalas en este paso. 5. Luego de que los alumnos terminan la Hoja de Registro 13-A, pídales que presenten el costo de sus vehículos al curso. Comente por qué el costo de todos los equipos es similar o idéntico. Use ese valor como costo promedio del vehículo. Invite a los alumnos a que estimen, sobre la base del costo promedio, lo que sería un vehículo “barato” y un vehículo “caro”. 6. Realice una sesión de lluvia de ideas sobre posibles cambios que podrían reducir los costos de sus vehículos impulsados por hélice. Haga una lista de las ideas en el papelógrafo “Cómo reducir el costo del vehículo”. Consejo de gestión: Este es un momento adecuado para detener la lección, si decidió realizarla en dos sesiones.

Figura 13-1 Ilustración 13-2 Ejemplos Hojas de costo

muestra del estudiante

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

119 5. Piensen en posibles cambios que podrían realizar para disminuir el costo del vehículo impulsado por hélice. Compartan sus ideas con la

7. Invite a los alumnos a rediseñar y modificar sus vehículos impulsados por hélice para reducir el costo total sin afectar el rendimiento. Los alumnos deberían probar la fuerza y el movimiento de sus vehículos modificados para asegurarse de que se mueven usando la hélice. 8. Pida a los alumnos que determinen el costo de sus vehículos modificados. Recuérdeles usar la segunda copia de la Hoja de Registro para este paso.

Actividades Finales

Extensiones

1. Comente los efectos de la reducción de costos. Pregunte lo siguiente: ¿Cómo redujiste el costo de tu vehículo? ¿Cuánto dinero ahorraste? ¿En algún momento la reducción de costos afectó la apariencia de tu vehículo? Describe qué hiciste en esa situación. 2. Pida a los alumnos que describan las compensaciones o compromisos que hicieron cuando modiﬁcaron sus vehículos sobre la base del costo. 3. Pídales que desarmen sus vehículos y devuelvan todas las piezas de armar en los baldes. Puede pedirles que realicen un inventario antes de ordenar.

Matemáticas 1. Pida a los alumnos que describan una estrategia que reduzca el costo de sus vehículos lo más posible, a la vez que se eliminan las menos partes posibles. Una estrategia es sacar únicamente las partes más caras. Pregunte cuán efectiva puede ser esa estrategia.

Ciencias

Matemáticas

2. Pídales que recuerden el vehículo estándar que armaron a partir de un dibujo técnico con una perspectiva superior y lateral en la Lección 2. Invítelos a evaluar su costo total y sugerir formas para reducir el costo. Por cada sugerencia, pida que los alumnos expliquen los efectos del cambio propuesto.

Ciencias Sociales 3. Pídales que propongan cambios para reducir el costo de un producto que esté actualmente en el mercado. ¿Cómo afectarían esos cambios la disposición de los clientes a comprar el producto? ¿Qué características se pueden añadir al producto, con tal de aumentar su atractivo sin reducir signiﬁcativamente el costo?

Ciencias Sociales

Artes Plásticas

4. Los alumnos recopilan avisos publicitarios que promuevan productos sobre la base de su costo razonable. Pueden crear sus propios avisos en que el costo es el principal factor de venta.

Ciencias 5. Desafíe a los alumnos a que diseñen, construyan, prueben y evalúen sus propios vehículos impulsados por hélice. Preparación para las Lecciones 14-16 Los alumnos deben desarmar completamente los vehículos e inventariar todas las piezas, antes de pasar a la Lección 14.

120

Movimiento y Diseño

Nombre:

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Fecha:

Evaluemos el costo de nuestro diseño

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Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

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LECCIÓN 14

PLANIFIQUEMOS NUESTRO DESAFÍO DE DISEÑO FINAL

Las lecciones 14 a 16 sirven como una evaluación integrada que permite que los alumnos apliquen lo que han aprendido sobre el diseño tecnológico y la física del movimiento. En esta lección, los alumnos escogen entre varios desafíos de diseño. Trabajan en grupos de seis estudiantes para decidir conjuntamente cómo enfrentarán el desafío. En la selección de lectura acompañada, los niños aprenden más sobre las distintas carreras profesionales en el ámbito de la ingeniería y reconocen que las habilidades de diseño que han ido adquiriendo podrían convertirse en parte de su trabajo como adultos. -

Contexto

Los alumnos repasan los roles tendientes al trabajo cooperativo en equipo. Los miembros de los equipos registran de manera independiente y practican la lluvia de ideas para descubrir posibles soluciones al desafío planteado; optan por una solución y la ejecutan. Los equipos presentan sus planes al curso con el ﬁn recibir retroalimentación y propuestas de ajustes. Por medio de la selección de lectura, los alumnos aprenden más sobre la ingeniería como área de interés y como profesión.

En esta lección los alumnos trabajan por primera vez en equipos de seis integrantes. El combinar a dos grupos para enfrentar un problema de diseño, los estimula a analizar y repensar el conocimiento adquirido en las pasadas 13 lecciones. Ya que esta es la primera vez que los niños trabajan en grupos más grandes, Ud. debería recordarles la importancia de la cooperación en la solución de problemas. Motívelos a que compartan responsabilidades, asumiendo los roles dentro del equipo, tratados anteriormente en esta Unidad (cfr. Figura 14-1 y en el acápite Contexto de la Lección 1 para más información sobre los roles de los estudiantes.) Algunas veces las tareas de un proyecto de ingeniería son tan especializadas, que requieren del conocimiento experto de diferentes tipos de ingenieros que trabajan en equipo. Estos miembros del equipo trabajan de manera independiente o colectiva, según los requerimientos. Por ejemplo, el proyecto de diseñar un satélite requiere de los siguientes especialistas: -Ingeniero aeronáutico: para diseñar el exterior del satélite que soporte el duro ambiente espacial. -Cientíﬁco informático: para escribir los programas que controlarán la operación del satélite. -Ingeniero mecánico: para diseñar un sistema que apunte al satélite en la dirección adecuada. Ingeniero eléctrico: para diseñar las antenas para comunicarse con la Tierra. Al igual que los ingenieros, los estudiantes tienen fortalezas variables en matemáticas, artes plásticas, ciencias y redacción. Considere estas diferencias a la hora de formar los equipos de seis alumnos para esta lección. Cada desafío plantea un problema particular que requiere de una aproximación multidimensional. Para resolver los desafíos, los equipos crean un vehículo y un sistema para moverlo. Los estudiantes deben hacer referencia a los datos previa-

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

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LECCION 14 Ilustración 14-1 Figura 14-1 Ideas para las funciones de los alumnos

Ideas para trabajos de los estudiantes

Ingeniero jefe

Administrador de materiales

Ingeniero en ciencias

Artista

Ingeniero en matemáticas

Periodista

Ingeniero de diseño

Archivero

Asistente de proyecto

Moderador

Redactor técnico

Investigador

Tu equipo recibirá una tarjeta de reto de diseño. Cada reto de diseño exige que el equipo construya un vehículo y diseñe un mente registrados en la medida que planiﬁcan sus soluciones. Al entender clarapara moverlo, que cumple con un conjunto mentesistema el proceso de diseño queal lostiempo alumnos han experimentado a lo largo de del derequisitos. sarrollo de la Unidad, Ud. podrá evaluar sus habilidades de forma más directa en la

medida quevez avanzan enequipo esta lección. Una que tu revise su tarjeta de reto, enumerarás en Los estudiantes implementaron de diseño en las lecciones forma independiente enun tuproceso cuaderno todas tecnológico las ideas que tengas para 1, 5 y 9 y siguieron estos pasos para cumplir con el desafío de diseño: enfrentar el reto que les asignaron. Lluvia de ideas: estimula el pensamiento divergente, algo necesario, pues nunca existe una solatus solución un problema. Luego compartirás ideasa con tu equipo. El archivero del -

equipo usará un marcador para anotar todas las ideas en una Investigación: a suscitar ideas o dirigir el diseño su apoyándose en el exahoja de papelayuda de periódico. Tu equipo mostrará lista de ideas men de libros técnicos y otras fuentes. al final de esta lección y durante una presentación en la Lección 16. Construir: completar un producto que cumpla el desafío usando las herra-

Tu equipo usará estas ideas (como también los datos que mientas y materiales disponibles. recopilaron a través de toda la unidad) para planificar una Comprobar evaluar: establecer si el el problema. solución al yreto. La registrarán enproducto su Hojaﬁnal pararesuelve anotaciones. Al final dey la lección,cuestionar tu equipoy presentará a la clase la solución Modiﬁcar reevaluar: evaluar el producto durante la construcque planificaron. ción y tras su conclusión.

Los alumnos pueden haber descubierto que no siempre implica un mejoTu equipo probará su solución enellacambio Lección 15. ramiento. El mejoramiento se produce comúnmente luego de varios cambios. Si un Tuno equipo presentará su solución de a la clasedeenesta la Lección 16.alumnos vehículo cumple con los requerimientos diseño lección, los deberán decidir a cuál fase del proceso volverán; por ejemplo, a la idea original o a 4. Una vez que tengan su tarjeta de reto, el periodista del equipo leerá un ajuste al producto final. el reto de diseño en voz altade allos equipo. El siguiente ejemplo sobre la labor hermanos Wright ilustra cómo los ingenieusanatención las ciencias, las matemáticas y elrepasa procesoladeHoja diseño tecnológico para re5.rosPon mientras tu profesor para anotaciones solver un problema práctico.nuestro El ejemplo también puedefinal. ayudarPiensa a que niños y niñas 14-A: Planifiquemos reto de diseño en cada acepten que deberán modificar varias veces sus vehículos, antes de que cumplan uno de los puntos de la planificación. los requerimientos. 6.Para Elconstruir administrador de materiales equipo recogerá una hoja de muun vehículo que volara, del los hermanos Wright debieron superar chos obstáculos. Primero,un debieron determinar la forma más efectiva del cuerpo papel de periódico, marcador, un juego de lápices de colores, una y las regla alas para reducir la resistencia Luego, construir un ala fuerte y una plantilla circulardel delaire. centro de debieron distribución. y ligera y encontrar un motor de bajo peso. Y lo más difícil: debieron descubrir un 7.modo El archivero del rotulará papel periódico con de controlar la grupo aeronave y lograrelun vuelode estable. Con el fin de aprender la “Soluciones”. Cada uno de ustedes anotará en forma independiente en ciencia básica del movimiento y las fuerzas del aire, los hermanos Wright construsu cuaderno las eventuales soluciones a su reto de diseño. Luego, yeron en 1902 un túnel de viento y probaron varios modelos de aeronaves. En más de 1.000 vuelos de planeador pilotados, aplicaron los resultados de las pruebas realizadas en el túnel de viento para controlar y estabilizar una serie de planeadores. 58 / Planifiquemos nuestro de diseño final STC los/ hermanos Movimiento y diseño el Sóloreto cuando el diseño del planeador resultó exitoso, comenzaron TM

124

Movimiento y Diseño

diseño y la construcción de una aeronave con un motor de gasolina. Orville Wright piloteó el primer vuelo exitoso de la nave el 17 de Diciembre de 1903, en Kitty Hawk, Carolina del Norte, en los Estados Unidos.

Materiales

Para cada alumno 1 cuaderno de ciencias 1 lápiz Para cada equipo de seis alumnos 1 copia de la Hoja de Registro 14-A: Planifiquemos nuestro desafío de diseño final 1 tarjeta de desafío de diseño 1 hoja de papel de periódico 1 marcador 1 juego de lápices de colores 1 plantilla circular 1 regla métrica Para el curso La lista de lluvia de ideas “Qué sabemos sobre el movimiento y el diseño de vehículos” (de la Lección 1). Tarjetas de Desafío de Diseño (Plantillas maestras, p. 131) 1 plumón permanente de punta fina, color negro Plumones de colores Cinta adhesiva Tijeras

Preparación

Procedimiento

1. Exhiba la lista de lluvia de ideas de la Lección 1. 2. Decida cómo formará los equipos de seis alumnos. La forma más fácil es combinar dos grupos, tomando en cuenta, en todo caso, las diferentes fortalezas y habilidades de los alumnos (Para más información sobre cómo formar los grupos, vea la sección Contexto de esta lección y la Lección 1). También debe determinar la distribución de las cinco Tarjetas de Desafío entre los equipos, procurando que cada desafío sea abordado por al menos un equipo. Los equipos podrán escoger el desafío o puede asignarlos Ud. mismo. 3. Haga una copia de la Hoja de Registro 14-A: Planifiquemos nuestro desafío de diseño final para cada equipo. 4. Duplique y recorte las Tarjetas de Desafío de Diseño: Lección 14 Diseño (Plantillas maestras, p. 131). Sólo necesitará una copia de la plantilla maestra, ya que cada equipo recibirá una sola tarjeta. 5. Revise cada una de las tarjetas. La Tarjeta A requiere el uso de un plano inclinado, como un pedazo de cartón, colocado encima de varios libros apilados. La Tarjeta D requiere de un pequeño ventilador eléctrico. Ambas tareas significarán un desafío para los niños y producirán resultados interesantes. Si no puede lograr la inclinación o no puede obtener un ventilador, puede limitarse a usar las tarjetas B, C y E. 6. Coloque los materiales en el Centro de Distribución. Los alumnos no necesitarán sus cubetas de piezas para armar hasta la Lección 15, cuando implementarán sus planificaciones.

1. Presénteles la lista de lluvia de ideas de la Lección 1. Pida que indiquen qué aﬁrmaciones contenidas en la lista ellos saben ahora que son verdaderas: ¿Hay algo que quisieran corregir o actualizar? ¿Qué investigaciones realizadas durante la Unidad respaldan a sus propuestas? Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI] 125

Nota: Este paso es únicamente oral. No debería anotar los aportes de los alumnos en la lista de lluvia de ideas. Los estudiantes la revisarán en el marco de las evaluaciones post-Unidad y entonces registrarán sus modificaciones en la lista. 2. Infórmeles que recibirán un desafío de diseño. Podrán aplicar todo lo que han aprendido en la Unidad hasta este momento para responder al desafío. 3. Divida el curso en grupos de seis alumnos. Revise las responsabilidades de los roles dentro del equipo (cfr. Figura 14-1 y el acápite Contexto de la Lección 1). Déjeles algunos minutos para que escojan o asignen los roles al interior de sus equipos. 4. Describa las metas y la estructura de la lección siguiendo estos pasos: Cada equipo recibe una Tarjeta de Desafío de Diseño. Cada desafío requiere que el equipo construya un vehículo y diseñe un sistema para moverlo, cumpliendo con un conjunto de requerimientos. Luego de que cada equipo haya estudiado la tarjeta, los alumnos registrarán, de manera independiente sus ideas, para cumplir con el desafío en sus cuadernos de ciencias. Los alumnos comparten sus propuestas con el resto del equipo. Con un plumón, el encargado de los registros del equipo anotará las ideas en un papelógrafo. Cada equipo exhibirá su lista de ideas al final de la lección y durante la presentación de la Lección 16. Los equipos usan productos de lluvia de ideas, al igual que datos recogidos con anterioridad, para planificar una solución al desafío. Los equipos registran su planificación en la Hoja de Registro 14-A: Planifiquemos nuestro desafío de diseño final. Hacia el final de la clase, cada equipo presenta al curso su planificación de solución. Los equipos ajustarán y probarán sus soluciones en la Lección 15. Los equipos presentarán sus soluciones en la Lección 16. 5. Distribuya una Tarjeta de Desafío de Diseño a cada equipo (o permita que los equipos elijan una). Pida a los encargados de los registros de cada grupo que lean la tarjeta en voz alta. Reserve tiempo para eventuales aclaraciones. 6. Distribuya la hoja de registro 14-A. Explique cómo los equipos pueden planificar una solución a su desafío de diseño. Clarifique cada uno de los puntos de planificación contenidos en la Hoja de Registro (un ejemplo en la ilustración 14-2). 7. Indique a los encargados de materiales de cada equipo que recojan un pliego de papel Kraft, un set de lápices de colores, una regla y una plantilla de círculo del Centro de Recursos. 8. Pida a los encargados de registros de cada equipo que escriban “Soluciones” como título de sus papelógrafos. Pida a los alumnos que anoten individualmente posibles propuestas de solución en sus cuadernos de ciencias. Posteriormente, indíqueles que realicen una lluvia de ideas con sus compañeros de equipo. Los encargados de registros deben anotar todas las ideas en los papelógrafos. Asegúrese de que cada equipo sepa que necesitará esta lista para su presentación en la Lección 16. Consejo de gestión: En esta etapa, puede determinar si los equipos tienen una comprensión adecuada sobre cómo cumplir con el desafío de diseño. Si algún equipo necesita aportes adicionales, puede sugerir que los equipos se visiten mutuamente, de modo que puedan leer los requerimientos del desafío y la lista de lluvia de ideas y así registrar nuevas ideas para resolver su problema. Una vez que los equipos regresan a sus espacios de trabajo, pueden leer y discutir las sugerencias de los otros grupos y elegir la solución más apropiada. 9. Pida a los equipos que estudien las propuestas surgidas de la lluvia de ideas y que concluyan su planificación decidiéndose por una solución. Indíqueles que deben anotar su planificación en la Hoja de Registro.

126

Movimiento y Diseño

10. Motive a los grupos para que realicen dibujos de su vehículo proyectado y del sistema para moverlo (banda elástica, hélice, peso descendente). Deben usar los lápices de colores, la plantilla de círculo, la regla y papel para gráﬁcos cuando dibujen sus diseños. Los alumnos pueden adherir su Hoja de Registro de planiﬁcación y sus dibujos a la lista de lluvia de ideas.

Actividades ﬁnales

Extensiones

1. Pida a los estudiantes que exhiban su lista de ideas. Comente las soluciones propuestas por cada grupo para resolver el desafío de diseño y pregúnteles por las dificultades que tuvieron que superar para encontrar una solución en equipo. 2. Pídales que muestren los dibujos de los vehículos proyectados. Pregunte por las particularidades de cada vehículo y cómo éstas pueden servir para cumplir con los requerimientos. 3. Estimule a los otros equipos a que aporten a las soluciones y los proyectos de vehículo de sus compañeros y compañeras. 4. Permita que los grupos modifiquen sus planificaciones y dibujos sobre la base de la retroalimentación del curso. Pida a los alumnos que anoten en sus cuadernos de ciencias las respuestas a las siguientes preguntas: a. ¿Cuál es la solución de tu equipo al desafío de diseño? b. ¿Por qué tu equipo eligió esa solución? 5. Pídales que ordenen su espacio de trabajo. Los niños deberán conservar su lista de lluvia de ideas para las lecciones 15 y 16. 6. Asigne la selección de lectura “Haciendo el salto de cosas de chicos a ingeniería” (p. 128 de esta Guía y p. 60 del Libro del estudiante). Los estudiantes deberán anotar en sus cuadernos de Ciencias actividades de su vida diaria relacionadas con la ingeniería o el diseño tecnológico (diseño de productos, sistemas o entornos que resuelven problemas o expanden las capacidades humanas).

Ciencia 1. Establezca un área de invenciones, donde los alumnos podrán presentar al curso artefactos de desarrollados por ellos o por otros.

Ciencia 2. Estimule a los estudiantes a que desarrollen los requerimientos de diseño para un producto que quieran construir con piezas de armar. Deberán presentar al curso el producto terminado.

Ciencias Sociales 3.

Evaluación

Lenguaje

Los estudiantes pueden investigar una invención y su creador. Pídales que identiﬁquen algunas de las cualidades de los inventores.

Las lecciones 14 a 16 brindan una oportunidad para evaluar cómo los alumnos aplican conceptos, habilidades y actitudes tratadas en la Unidad. La sección de evaluación de la Lección 16 (p. 141) entrega algunas estrategias de evaluación del trabajo de los estudiantes durante estas tres lecciones.

Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI]

127

elección de lectura

SELECCIÓN DE LECTURA

HACIENDO EL SALTO DE COSAS DE CHICOS A LA ¡Las matemáticas y las ciencias son Linda y Juan trabajan como ingenierosINGENIERÍA Haciendo el salto de cosas de chicos a ingeniería

importantes! ra una gran compañía constructora de Tanto a Linda como a Juan les gustaban to. Diseñaron muchos de los autos que las matemáticas y las ciencias en la escuela. s a diario en las calles. ¿Qué tipo de cosas Linda y Juan trabajan como ingenieros para una gran compañía constructora de Asistían a todas las clases de matemáticas y s gustaba hacer a Linda y Juan cuando autos. Diseñaron muchos de los autos que ves a diario en las calles. ¿Qué tipo de cociencias podían. su clase de física, an niños? ¿De qué manera les sirvieron sas les gustaba hacer aque Linda y Juan En cuando eran niños? ¿De qué manera les sirvieLinda comenzó a interesarse en la forma en tos intereses para convertirse en ron estos intereses para convertirse en ingenieros? Averigüémoslo. que las fuerzas hacen rodar y moverse a los genieros? Averigüémoslo. objetos. A Juan le encantaba la química, No sólo jugar especialmente cuandocosas. aprendió cómo ver se lo que había adentro de o sólo jugar Linda siempre disfrutó desarmando Le gustaba ellas. También le gustaba volver a en armarlas. Cuando suauto. bicicleta se rompió, ella misquema la gasolina el motor de un Linda siempre disfrutó desarmando cosas. ma la reparó. Su madre Linda y su padre estaban sorprendidos. Cuando sus padres comCuando y Juan fueron a la gustaba ver lo que había adentro de ellas. dijoexperiencias “¡Huau!”. Usaba la computadora más a menuuniversidad, Linda por sus anteriores mbién le gustaba volver a armarlas. praron una computadora, do que Incluso libros paraaaprender su funcionamiento. El juego ya sabían quecompró querían llegar ser ingenieros. uando su bicicleta se rompió, ella misma la sus padres. preferido de Juan era su juego de química. Cada vez que leía un libro sobre química, Estudiaron más matemáticas y ciencias. paró. Su madre y su padre estaban se le ocurrían ideas para experimentos. Luego mezclaba productos químicos y veía si También estudiaron cómo los ingenieros rprendidos. Cuando sus padres sus ideas eran cousan ambas disciplinas en mpraron una computadora, Linda dijo rrectas. Cuansu trabajo. Después Wow!”. Usaba la computadora más a do creció, a Juan que se graduaron de la también le gustaenudo que sus padres. Incluso compró universidad, encontraron ba reparar la corros para aprender su funcionamiento. sus primeros empleos en la tadora de pasEl juego preferido de Juan era su juego misma compañía. química. Cada vez que leía un to de la familia. Una primavera le ro sobre química, se le dijo a su padre, urrían ideas para “Este año no lleperimentos. Luego ves la cortadora ezclaba productos químicos de pasto al taller. eía si sus ideas eran Yo la repararé”. Y rrectas. Cuando creció, a lo hizo. Leyendo an también le gustaba el manual y reviparar la cortadora de pasto sando las diferenla familia. Una primavera tes piezas, aprendijo a su padre, “Este año dió cómo mantelleves la cortadora de ner la cortadora sto al taller. Yo la de pasto funcionando en perfecpararé”. Y lo hizo. tas condiciones. yendo el manual y visando las diferentes ¡Las matemáticas ezas, aprendió cómo y las ciencias son antener la cortadora de importantes! sto funcionando en Tanto a Linda rfectas condiciones.

como a Juan les gustaban las matemáticas y las ciencias en la escuela. Asistían a todas las clases de matemáticasSTC y ciencias que podían. su clase de física, Linda 0 / Planifiquemos nuestro reto de diseño final / Movimiento y En diseño comenzó a interesarse en la forma en que las fuerzas hacen rodar y moverse a los objetos. A Juan le encantaba la química, especialmente cuando aprendió cómo se quema la gasolina en el motor de un auto. Cuando Linda y Juan fueron a la universidad, por sus experiencias anteriores ya sabían que querían llegar a ser ingenieros. TM

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Movimiento y Diseño

¿Recuerdas que a Linda le gustaba trabajar con computadoras? Bueno, ahora diseña las computadoras dentro de los autos. Estudiaron matemáticas Juan usamás su interés y por ciencias. También estudiala química cuando ron cómo los ingenieros usan diseña nuevos ambas disciplinas en su tramotores de autos. bajo. Después que se graduaAmbos aman su ron de la universidad, encontrabajo. igual que traron sus Al primeros empleos cuando eran niños, en la misma compañía.

reparan y exploran todos los trabajando juntos, hacen aut mejores para condu ¿Ere Juan? activid matem te gus que te cuand

¿Recuerdas que a Linda le gustaba trabajar con computadoras? Bueno, ahora diseña las computadoras dentro de los autos. Juan usa su interés por la química cuando diseña nuevos motores de autos. Ambos aman su trabajo. Al igual que cuando eran niños, reparan y exploran todos los días. Y trabajando juntos, hacen automóviles mejores para que los conduzca la gente. ¿Eres como Linda y Juan? ¿Qué actividades de matemáticas y ciencias te gustan? ¿Qué crees que te gustaría ser cuando seas grande?

STC / Movimiento y diseño

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Planifiquemos nuestro reto de

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Nombre:

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Fecha: Planiﬁquemos nuestro desafío de diseño ﬁnal Cómo cumpliremos el desafío:

Un dibujo del vehículo que construiremos.

Materiales requeridos para construir el vehículo.

Materiales necesarios para mover el vehículo.

Cómo moveremos el vehículo (por ejemplo, con fuerza de banda elástica o de un peso descendente).

Cómo probaremos si nuestro vehículo cumple el desafío (por ejemplo, con un cronómetro o cinta de medición).

Presupuesto (o costo total) de nuestro vehículo.

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Movimiento y Diseño

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Desafío A Eres parte de un famoso equipo de diseñadores. Una agencia les adjudicó un contrato para diseñar un vehículo de rescate para ayudar a escaladores atrapados en las cumbres nevadas de las montañas. El vehículo debe moverse con la mayor velocidad posible, pero sin causar avalanchas. Requerimientos de diseño: El vehículo debe ser capaz subir el monte en cinco segundos o menos. El vehículo debe detenerse a unos 5 cm de la cumbre. La base debe estar al menos a 20 cm del suelo. El costo es importante. Intenta construir el vehículo de la manera más barata posible, sin perjudicar su rendimiento.

Desafío B Eres parte de un famoso equipo de diseñadores. Una agencia les adjudicó un contrato para diseñar un vehículo para un helipuerto ubicado en el techo de un hospital. El vehículo será usado para transportar lentamente a los pacientes desde el helipuerto hasta un ascensor cerca del borde del techo. Requerimientos de diseño: El vehículo debe moverse a lo largo de una tabla, un área cerrada en el piso u otra área que simule el helipuerto. El vehículo debe cubrir la distancia lentamente, en tres segundos o más. El vehículo debe detenerse a unos 5 cm del borde. El vehículo debe ser capaz de retroceder hacia el centro del techo. El costo es importante. Intenta construir el vehículo de la manera más barata posible, sin perjudicar su rendimiento.

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Desafío C Eres parte de un famoso equipo de diseñadores. Una agencia les adjudicó un contrato para diseñar un vehículo de repartición de pizza. Para mantener contentos a los clientes, el conductor debe ser capaz de cubrir rápidamente distancias largas y cortas de manera segura, además de poder entregar las pizzas calientes. Requerimientos de diseño: El vehículo debe ser capaz de transportar una carga de pizza (representada por un bloque de madera). El vehículo debe moverse rápida y seguramente (en 4 segundos o menos). El vehículo debe ser capaz de trasladarse al menos 3 m y de entregar la pizza dentro de unos 50 cm de la marca de 3 m. El vehículo debe regresar a la pizzeria (la marca de partida) sin carga, en 7 segundos o menos. El costo es importante. Intenta construir el vehículo de la manera más barata posible, sin perjudicar su rendimiento.

Desafío D Eres parte de un famoso equipo de diseñadores. Una agencia les adjudicó un contrato para diseñar un carro ornamental para la ﬁesta de la primavera que es empujado por aire desde atrás. El carro debe cubrir largas distancias a baja velocidad. Requerimientos de diseño: El vehículo debe usar una vela. Propulsado por un ventilador, el vehículo debe desplazarse 3 m en 10 segundos o más. El costo es importante. Intenta construir el vehículo de la manera más barata posible, sin perjudicar su rendimiento.

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Movimiento y Diseño

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Desafío E Eres parte de un famoso equipo de diseñadores. Una agencia les adjudicó un contrato para diseñar un vehículo de carrera arreglado para carreras de piques. El vehículo debe ser capaz de moverse lo más rápido posible en una corta distancia y, luego, detenerse. Requerimientos de diseño: El vehículo debe moverse en dos segundos o menos de la línea de partida hasta la meta. La longitud de la pista de carreras es de 2 m. El vehículo debe parar dentro de 50 cm de la línea de llegada. El costo es importante. Intenta construir el vehículo de la manera más barata posible, sin perjudicar su rendimiento.

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133

LECCIÓN 15

PERFECCIONEMOS NUESTRO DISEÑO

Introducción y Objetivos

Los alumnos completan su proceso de diseño en esta lección; construyen y prueban los vehículos proyectados en la Lección 14. Por medio de una evaluación reiterada, los alumnos mejoran sus diseños con el ﬁn de cumplir con dos requerimientos: alto rendimiento y bajo costo. En esta lección se prepara el terreno para la Lección 16 en que los estudiantes presentarán sus diseños al curso y describirán el camino usado por sus equipos para cumplir con los requerimientos de diseño. 1. Los alumnos implementan sus planes de la lección 14, al construir, probar y evaluar sus vehículos y sus sistemas motrices. 2. Los alumnos determinan el costo de sus diseños.

Contexto

En la lección anterior, cada equipo eligió una solución al desafío de diseño planteado y formuló un plan. La mayoría de los equipos deberá reconocer que, aun contando con una buena planificación, necesitan ser flexibles y estar dispuestos a efectuar cambios en la medida que aparecen éxitos o dificultades. Ésta es una habilidad importante para cumplir con los requerimientos de diseño. Puede recordar a los alumnos que las pruebas y el perfeccionamiento del diseño son aspectos esenciales del diseño tecnológico. Los resultados de las pruebas en una etapa proporcionan la información necesaria para la siguiente. El perfeccionamiento incorpora esos resultados y ayuda a mejorar el producto. Los ingenieros repiten este proceso hasta que el producto cumpla con los requerimientos de la manera menos costosa posible. Un ingeniero que perfeccionó repetidamente un producto fue John Holland, el inventor del submarino moderno. Holland había emigrado a los Estados Unidos desde Irlanda. Su primer submarino, construido en 1878, se hundió de manera inmediata. Luego de revisar el sistema de flotación, dirigió el primer sumergimiento exitoso de un submarino. Posteriormente, produjo una serie de naves, hasta culminar en 1897 con un submarino que podía viajar más de 64 km bajo el agua. En sólo 19 años había progresado de un primer modelo de trabajo, hasta desarrollar un sumergible que contenía casi todos los elementos del submarino moderno. Más recientemente, la invención del transistor permitió que los ingenieros pudieran miniaturizar circuitos electrónicos y mejorar productos electrónicos a un paso asombroso. La velocidad de los computadores, que usan circuitos electrónicos, se ha duplicado cada dos años, mientras su costo continúa descendiendo. Los receptores satelitales son cada vez más pequeños y los teléfonos son crecientemente portátiles. Estos perfeccionamientos de productos –resultados del diseño tecnológicohan cambiado nuestra forma de vida.

Materiales

Para cada estudiante 1 cuaderno de ciencias 1 lápiz

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Gafas protectoras Para cada equipo de seis estudiantes 1 copia de la Hoja de Registro 14-A: Planifiquemos nuestro desafío de diseño final 1 lista de generación de ideas, “Soluciones” (de la Lección 14) 2 copias sin completar de la Hoja para anotaciones 13-A: Evaluemos el costo de nuestro diseño 2 cubetas de piezas para armar 1 cinta para medir 1 cronómetro 1 calculadora (opcional) Para el curso 1 Carrete de cordel fino 5 Piezas de madera 5 x 8 x 9 cm. 1 cubeta de piezas de armar adicionales Ilustración 15-1 Centro de Recursos para el Desafío de Diseño

2 5 4 4 4 5 3 136

ventiladores eléctricos pequeños o medianos pedazos de cartulina 23 x 30 cm. conjuntos de banda elástica enlazada, Nº 16 conjuntos de banda elástica enlazada, Nº 64 Hélices Tablas de madera terciada o cartón grueso de 38 x 122 x 0, 6 cm. (opcional) rollos de cinta adhesiva Movimiento y Diseño

libros (para producir una inclinación) clips grandes golillas grandes golillas pequeñas perforadora

Preparación

1. Haga dos copias de la “Hoja de anotaciones 13-A: Evaluemos el costo de nuestro diseño” para cada equipo. 2. Asegúrese de que los alumnos cuenten con áreas de trabajo de adecuadas. Algunos equipos necesitarán de un espacio de trabajo elevado. Otros querrán trabajar en el piso. 3. Revise las planificaciones de cada equipo en la Hoja de Anotaciones 14-A: Planifiquemos nuestro reto de diseño final. Júntese con cada grupo para evaluar si todos sus miembros entienden la propuesta de solución al desafío de diseño. 4. Prepare las bandas elásticas entrelazadas. Asegúrese de contar con suficientes conjuntos de elásticos, de modo que los equipos que quieren construir vehículos movidos por hélice o por el giro del eje cuente con un conjunto de tres elásticos entrelazados grandes (Nº 64) y pequeños (Nº 16). 5. Prepare un cordel con ganchos de clips para aquellos grupos que van a usar una carga para mover su vehículo. Coloque los cordeles en torno a un pedazo de cartulina para evitar que se enrede. 6. Disponga los materiales en el Centro de Recursos tal como se muestra en la ilustración 15-1. Colóquelos en contenedores separados. Ya que cada grupo necesitará materiales distintos para su diseño, rotule los contenedores con la leyenda “Toma lo que necesitas para tu diseño”.

Procedimiento

1. Revise con los alumnos la lista “Soluciones” de la Lección 14 y la Hoja de Registro 14-A: Planifiquemos nuestro desafío de diseño final completada. ¿Qué materiales necesitan para construir sus vehículos? Pídales que recojan sus materiales. 2. Reserve el tiempo suficiente para que los alumnos construyan, prueben, evalúen y perfeccionen sus diseños de vehículo sobre la base de sus planificaciones. Los estudiantes pueden añadir a su lista de “Soluciones” una hoja en que enumeran las modos en que han perfeccionado o cambiado sus vehículos con vistas a cumplir los requerimientos (ver ilustración 15-2). 3. Pida a cada grupo que determine el costo de su vehículo rellenando la Hoja de Registro 13-A: Evaluemos el costo de nuestro diseño. Explíqueles que pueden usar el segundo ejemplar de la Hoja de Registro en caso de que modifiquen sus vehículos para reducir costos. Recuérdeles cómo ya habían determinado el valor de un vehículo de alto y de bajo costo en la Lección 13. Indíqueles que vuelvan a probar los vehículos modificados para asegurarse que éstos cumplen con los requerimientos de diseño.

Actividades Finales

1. Pida a los grupos que rotulen sus vehículos y otros materiales y que los guarden en el Centro de Recursos; los volverán a usar en la Lección 16, cuando presenten sus diseños. 2. Solicite a los alumnos que propongan formas para presentar sus diseños en la siguiente lección. Algunas posibilidades: a. Traer invitados. b. Usar apoyos gráﬁcos para enfatizar “el enfoque del equipo de diseño” para resolver la tarea. c. Crear una historia o contexto para las presentaciones. Por ejemplo, los estudiantes pueden actuar como parte de un equipo de ingenieros que realiza una presentación a una compañía importante. Educación en Ciencias basada en la Indagación [ECBI] 137

Extensiones

Ciencia 1. Que elijan un producto e imaginen cómo será mejorado en el futuro.

Ciencias Sociales

Lenguaje

2. Pida a los estudiantes que investiguen los sucesivos mejoramientos de los televisores y que informen de sus resultados al curso. Los alumnos pueden describir esos cambios mediante una línea de tiempo.

Lenguaje 3. Que escriban un cuento sobre un inventor que trabajo todas las noches en el desván, creando un misterioso nuevo invento.

Ciencias Sociales

Lenguaje

4. Que desarrollen y actúen en una pequeña obra de teatro que muestre cómo ha cambiado el teléfono desde su invención. Preparación para la Lección 16 Realice los preparativos pertinentes, si va a invitar a otros cursos o a los padres y apoderados de los alumnos a las presentaciones de los diseños. Envíe notas o invitaciones y reserve una sala adecuada para las presentaciones.

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Movimiento y Diseño

LECCIÓN 16

PRESENTEMOS NUESTRO DESAFÍO DE DISEÑO FINAL

Introducción y objetivos

En las lecciones 14 y 15, los estudiantes siguieron el modelo de trabajo de equipos de diseño tecnológico, cooperando para resolver desafíos de diseño que simulan situaciones de la vida real. En esta lección los alumnos presentan a sus compañeros y a otros, los materiales y métodos que utilizaron para cumplir con su desafío de diseño, un proceso usado frecuentemente por ingenieros. De esta manera, los estudiantes podrán ganar experiencia en la comunicación oral, en la capacidad de escuchar y en habilidades de liderazgo. Finalmente, los alumnos y alumnas reflexionan sobre ese proceso y descubren sus aplicaciones en experiencias cotidianas de resolución de problemas. a. Los equipos presentan sus soluciones al desafío de diseño. b. Los alumnos y alumnas evalúan la solución propuesta por cada equipo para cumplir con los requerimientos de diseño. c. Los estudiantes reflexionan sobre sus propias vidas y cómo pueden aplicar su conocimiento sobre el diseño tecnológico en su entorno. d. Los estudiantes realizan un registro final de sus diseños.

Contexto

Después que un equipo de ingenieros crea un diseño, muchas veces realizan una presentación para mostrar las características más importantes del producto que cumplen con los requerimientos previos. Así, el grupo puede realizar estas presentaciones ante la gerencia de una empresa o un cliente, que están estudiando varios proyectos de diseño para ofrecérselos a diversas compañías. Este proceso se denomina revisión preliminar de diseño, revisión crítica de diseño o revisión de sistema de diseño. Sobre la base de estas presentaciones o revisiones, el cliente identifica el diseño que prefiere y selecciona una compañía para que lo construya. Al igual que un equipo de ingenieros, los alumnos realizarán presentaciones en que describirán los métodos usados para resolver el desafío de diseño propuesto en las lecciones 14 y 15. En la audiencia, los alumnos pueden preguntar al equipo sobre cuál fue su plan original, sobre cómo modificaron y perfeccionaron el vehículo en el proceso de construcción. El equipo también puede ofrecer sus ideas sobre cómo se puede seguir perfeccionando el vehículo. Esta actividad final debería convertirse en una experiencia entretenida. Estimule que los alumnos se sientan exitosos con respecto a sus logros. Motívelos a entender la presentación como una forma de conocer qué cosas de su planificación funcionaron y cuáles no. Incluso aquellos equipos que sienten no haber logrado resolver el desafío de diseño, son exitosos en la medida que planificaron e intentaron implementar una solución. Aquellos alumnos que se sienten demasiado inseguros como para realizar la presentación ante el curso, pueden actuar como “equipo de ejecutivos” o “junta de revisión”, atendiendo a los invitados y facilitando las presentaciones de los equipos.

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Materiales

Para cada alumno 1 cuaderno de ciencias Gafas protectoras Para cada equipo de seis alumnos 1 vehículo y sistema para moverlo Lista de generación de ideas, “Soluciones” Disfraces y objetos para la presentación 2 juegos de lápices de colores 2 plantillas circulares 2 reglas métricas 2 cubetas de piezas para armar Para el curso Cinta adhesiva

Preparación

1. Prepara la sala para la presentación de los equipos. Asegúrese que exista un espacio de trabajo elevado para los grupos que lo requieran. 2. Disponga sillas para los invitados. 3. Coloque los materiales en el Centro de Recursos, si es necesario.

Procedimiento

1. Antes de comenzar, indique a los estudiantes que sólo podrán hacer preguntas al ﬁnal de cada presentación (cfr. Contexto para más información). 2. Que cada equipo presente su desafío de diseño y su solución demostrando el movimiento del vehículo. Recuerde a los alumnos que deberán exhibir su lista de lluvia de ideas de la Lección 14, dibujos de los diseños de vehículos, Hojas

��

Figura 16-1

Ilustración 16-1 Una presentación

Hagamos una presentación

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5. Dibujen su vehículo. Luego desármenlo y devuelvan todas las piezas Movimiento y Diseño para armar a las cubetas. Deben contar sus piezas antes de devolver

de Costo y otros registros. Motívelos a que describan de manera detallada cómo cumplieron con el desafío planteado. Algunos equipos querrán usar elementos de apoyo o disfraces para sus presentaciones. Consejo de gestión: Puede usar las presentaciones como evaluación de los conocimientos de los alumnos en torno a los conceptos de movimiento y diseño, de sus habilidades para manipular los materiales y sus actitudes. Puede usar como guía las preguntas contenidas en la sección Evaluación (p. 141) al ﬁnal de esta lección. Es recomendable tomar notas durante la presentación. 3. Pídales que comenten las presentaciones. Estimule a los integrantes de los equipos a que planteen caminos alternativos a la solución propuesta.

Actividades Finales

Extensiones

1. Pida a los estudiantes que recojan sus cubetas con piezas para armar desde el Centro de Recursos, además de las herramientas necesarias para hacer un registro final del vehículo: plantilla circular, regla y lápices de colores (ver ilustración 16-3). 2. Luego de que los alumnos hayan dibujado sus vehículos, pídales que los desarmen y devuelvan las piezas en las cubetas. Los estudiantes deberán realizar un inventario de todas las piezas antes de devolver todos los materiales al Centro de Recursos. 3. Cierre la Unidad con un ejercicio de escritura reflexiva. Pida a los alumnos a que respondan, en sus Cuadernos de Ciencias, a uno o más de los siguientes temas: a. Describe los pasos usados para resolver desafíos de diseño a lo largo de esta Unidad. b. Describe cómo se movió tu vehículo y que método usaste para moverlo. c. Describe algo que realices en tu casa o en el colegio en que debas aplicar las mismas habilidades para resolver problemas que has usado en esta Unidad. d. Describe cómo podrías usar los pasos del diseño tecnológico para construir un avión de papel o un castillo de arena. e. Describe un producto que haya cambiado mucho en el tiempo. ¿Por qué se hicieron esos cambios? ¿Crees que los cambios fueron para mejor? f. Describe las diferencias y similitudes entre lo que hiciste en las tres últimas lecciones y el trabajo que realizan equipos de diseño o científicos para resolver problemas. 4. Pídales que compartan sus ideas con los demás.

Ciencia 1. Pregúnteles sobre alguna necesidad que podría ser satisfecha con la ayuda de un invento. Invítelos a planiﬁcar ese invento, que lo construyan y lo presenten al curso.

Ciencia 2. Pídales que identiﬁquen actividades fuera del colegio en que se usan los pasos del diseño tecnológico. Los ejemplos pueden ir desde el diseño de un juego hasta la reparación de una cadena de bicicleta.

Evaluación

Las Lecciones 14 a 16 brindan una oportunidad para evaluar cuán bien los estudiantes pueden construir, probar, modificar y volver a probar un producto. En este sentido, las anotaciones en el Cuaderno de Ciencias, las listas de lluvia de ideas y el vehículo construido por cada grupo, constituyen útiles fuentes de información. La escritura reflexiva hacia el final de la Lección es una buena oportunidad para evaluar la capacidad de los estudiantes de aplicar en la vida cotidiana los conocimientos de movimiento y diseño entregados en esta Unidad. Considere las siguientes preguntas a la hora de efectuar la evaluación:

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Discusión en clase ¿Cuán bien describe el alumno el proceso que llevó a la solución? ¿Puede expresar claramente cómo la toma de decisiones ayudó a cumplir los requerimientos de diseño? ¿Cómo presenta los resultados de las pruebas? ¿Son lo suficientemente detallados? En el caso de que un equipo haya sacado partes del vehículo para reducir costos, ¿puede el alumno describir cómo ello afectó el rendimiento del vehículo? Vehículo ¿En qué medida el vehículo incorpora lo que los alumnos y alumnas han aprendido en la Unidad? ¿Cómo aseguraron que las ruedas pudieran girar libremente? ¿El marco del vehículo fue lo suficientemente fuerte? Mientras examina los productos de trabajo de los alumnos y comenta con ellos los resultados de esta lección, intente evaluar cuán bien comprendieron el proceso de diseño tecnológico. ¿Por qué realizaron un cambio particular en el diseño? ¿Cómo el resultado de una prueba los impulsó a modificar su vehículo? ¿Esa modificación significó un mejoramiento? Si los alumnos son capaces de responder en este contexto, habrán hecho un gran progreso en el diseño tecnológico. Plan inicial ¿En qué medida el plan reflejó lo que los alumnos iban a hacer? ¿Usaron dibujos? ¿En qué medida los dibujos proporcionaron detalles importantes? ¿El alumno registró por qué el equipo se enfrentó al desafío de diseño de la manera en que finalmente lo hizo? Construcción y prueba de un vehículo ¿En qué contribuyó cada miembro del equipo en la construcción del vehículo? ¿Cómo fue el trabajo en equipo de cada alumno y alumna durante la construcción del vehículo? ¿El alumno o alumna puede describir cómo el equipo cumplió con los requerimientos de diseño? ¿El alumno o alumna aplicó sus conocimientos sobre el movimiento en la prueba del vehículo? Confección de un registro del vehículo ¿Cómo describió el alumno o alumna el vehículo durante la presentación? ¿Usó dibujos para proporcionar información del vehículo? ¿Los dibujos incluían colores y leyendas? ¿El vehículo es representado en los dibujos desde una perspectiva particular? ¿El alumno usó suficientes ángulos para mostrar cómo fue hecho? Evaluación post-Unidad Las evaluaciones post-Unidad (p. 143-145) son análogas a la evaluación previa de la Lección 1. Al comparar las respuestas en ambas evaluaciones, podrá documentar el incremento del conocimiento de los alumnos sobre movimiento y diseño.

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Movimiento y Diseño

EVALUACIÓN POST-UNIDAD

Resumen

Esta Evaluación post-Unidad es análoga a la evaluación previa de la Lección 1. Al comparar las respuestas individuales y del curso en ambas evaluaciones, podrá documentar el aprendizaje de los alumnos durante la Unidad. En la Lección 1, los alumnos desarrollaron dos listas: “Qué sabemos sobre el movimiento y diseño de vehículos” y “Lo que queremos averiguar sobre el movimiento de los vehículos”. También diseñaron, construyeron y probaron sus propios vehículos sobre la base de un conjunto de requerimientos dados. La revisión de las listas de lluvia de ideas y de los registros del vehículo que hicieron en la Lección 1, les ayudará a entender cuánto han aprendido sobre el diseño tecnológico y las relaciones entre fuerza y movimiento.

Materiales

Para cada alumno 1 Cuaderno de Ciencias (con las anotaciones de la Lección 1 y los dibujos de la Lección 2) 1 lápiz graﬁto con goma de borrar

Para cada grupo de tres alumnos 1

cubeta de piezas para armar (ver Plantilla Piezas para Armar para cada Grupo, p. 35)

listas de lluvia de ideas “Qué sabemos sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos” y “Qué queremos averiguar sobre el Movimiento y el Diseño de Vehículos” (de la Lección 1) pliego de papel Kraft carrete de cordel ligero cartulina, 23 x 30 cm. bandas elásticas pequeñas, Nº 16 bandas elásticas grandes, Nº 64 unidades de hélice (incluye hélice, gancho, remaches y conector blanco) láminas de madera terciada 38 x 122 x 0,6 cm. lápices de colores plantilla de círculo

Para el curso

1 1

Preparación

1. Cuelgue y exhiba un papelógrafo nuevo, titulado “Lo que sabemos ahora sobre el movimiento y diseño de vehículos”.

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2. Tenga a mano las listas de lluvia de ideas de la Lección 1, “Qué sabemos sobre el movimiento y diseño de vehículos” y “Lo que queremos averiguar sobre el movimiento de los vehículos”, para comparar. Al lado de cada lista, coloque plumones de colores diferentes y escriba la fecha respectiva en cada lista con el color correspondiente. 3. Asegúrese de que todos los equipos cuenten con su cubeta de piezas para armar completa. En caso contrario, revise la plantilla Piezas para Armar para cada grupo (p. 35) y pida a alumnos voluntarios que las completen con los materiales faltantes. 4. Coloque todos los materiales en el Centro de Recursos. Los alumnos recogerán las cubetas y seleccionarán los materiales para su investigación.

Procedimiento

1. Explique que repasará algunos temas vistos en la Lección 1 y en toda la Unidad. Dirija la atención de los estudiantes a la nueva lista de lluvia de ideas. Pídales que abran una nueva página en sus Cuadernos de Ciencias, escriban la fecha y lo que saben ahora sobre el movimiento y el diseño de vehículos. 2. Pídales que compartan sus ideas con el curso y regístrelas en el papelógrafo “Lo que sabemos ahora sobre el movimiento y diseño de vehículos”.

Ilustración P-1 Listas de lluvia de ideas prey post-Unidad

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Movimiento y Diseño

3. Exhiba la lista de lluvia de ideas de la Lección 1, titulada “Qué sabemos sobre el movimiento y diseño de vehículos”. Anímelos a que comparen la información registrada en esta lección con aquella anotada en la lista de la Lección 1. Pídales que identifiquen afirmaciones hechas en la primera Lección que ahora saben que son correctas. ¿Qué experiencias tuvieron en la Unidad antes de confirmar esas afirmaciones? A su vez, pídales que identifiquen afirmaciones en la lista de la Lección 1 que ahora quisieran cambiar. Nuevamente, motívelos a que respalden sus ideas con experiencias hechas en el desarrollo de la Unidad. Registre sus ideas en la lista original usando un plumón de color distinto. 4. Divida al curso en los grupos originales de tres alumnos y siéntelos juntos. 5. Presente el desafío de diseño. Cada equipo debe diseñar un vehículo que se pueda desplazar al menos 100 cm. Los alumnos pueden decidir cómo mover el vehículo y qué materiales son necesarios para construirlo. Que discutan posibles diseños. Pídales que se tomen unos minutos para dibujar en sus Cuadernos de Ciencias el diseño del vehículo proyectado. 6. Luego, los grupos deberán recoger del centro de Recursos sus cubetas de materiales para armar del Centro de Recursos y demás materiales necesarios. 7. Deles suficiente tiempo para que construyan, prueben, evalúen y modifiquen sus vehículos. Mientras realizan las pruebas, deben registrar una descripción del movimiento que efectúa el vehículo. Los grupos también deberán dibujar su vehículo usando la plantilla de círculo, la regla y los lápices de colores. 8. Invite a los estudiantes a compartir con el curso, con Ud. o con otro grupo, la forma en que cumplieron con los requerimientos de diseño. 9. Revise junto al curso la lista “Lo que queremos averiguar sobre el movimiento de los vehículos” de la Lección 1. Pídales que identifiquen preguntas que ahora sí pueden responder y regístrelas en la lista. Pregunte cómo podrían encontrar respuestas a preguntas que aún no pueden resolver. Motívelos a investigar y a continuar buscando respuestas a esas interrogantes. 10. Cuando evalúe el progreso de los estudiantes al comparar las listas de lluvia de ideas previas y posteriores a la Unidad (ver ilustración P-1) y las respuestas individuales de los alumnos, busque evidencias que permitan responder a las siguientes preguntas: ¿El alumno o alumna entiende que una variedad de fuerzas pueden mover objetos y que diferentes fuerzas producen efectos distintos en el movimiento de un vehículo? ¿Cómo demuestra el alumno su conocimiento del proceso de diseño tecnológico? ¿Cómo cumple con los requerimientos de diseño? ¿El alumno está ahora más consciente de cómo la fuerza afecta al movimiento? ¿De qué maneras demuestra ese conocimiento? ¿Cómo el alumno o alumna demuestra que la energía almacenada en una banda elástica puede ser usada para mover un vehículo? 11. Al revisar las anotaciones en los Cuadernos de Ciencias y los productos de trabajo de los alumnos y alumnas, considere las siguientes preguntas: ¿En qué difiere el vehículo construido por el grupo en esta evaluación, de aquel que hicieron en la Lección 1? ¿El grupo o el alumno escogieron mover al vehículo de un modo diferente al empleado en la Lección 1? ¿Al construir un vehículo, el alumno o alumna aplica la noción de que la fricción afecta al movimiento? ¿Puede el estudiante describir el movimiento de su vehículo y las causas de su movimiento? ¿En qué cambiaron los dibujos y los registros finales de diseño desde la Lección 2? ¿El alumno o alumna usa con facilidad herramientas de dibujo para aclarar los registros?

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