Una cuestión de equilibrio
Esta lección se centra en el uso de básculas y medición de peso por parte de los ingenieros de fabricación. Los equipos de estudiantes se enfrentan al desafío de desarrollar un sistema para llenar frascos con un peso o conteo específico de productos como canicas o clips.
- Aprenda sobre ingeniería de fabricación.
- Más información sobre los sistemas de fabricación.
- Obtenga más información sobre el peso del empaque y la consistencia.
- Aprender sobre el trabajo en equipo y el trabajo en grupo.
Rangos de Edad: Rinde de 11 a 18 porciones
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales Requeridos
- Clavijas de madera
- Tazones de plástico o vasos de papel
- Cable
- adhesivas
- Cordón
- Cuatro frascos de conservas o pequeñas cajas vacías
Materiales de Prueba
- Escaleras
- Cajas de canicas, sujetapapeles u otros artículos de tamaño y forma consistentes
Materiales
- Escaleras
- Cajas de canicas, sujetapapeles u otros artículos de tamaño y forma consistentes
Proceso
Deberá decidir cuál es el peso / recuento objetivo para cada equipo, según el elemento (canica, clip) que seleccione y la resistencia de los vasos de papel u otros materiales utilizados.
Los equipos prueban sus diseños ejecutando su sistema y "empaquetando" cuatro productos. Observe el proceso de empaque y también pese todos los frascos para asegurarse de que estén cerca del peso o recuento objetivo. Habrá algunas diferencias, pero la diferencia no debe ser más de una o dos canicas, asumiendo que el peso es el mismo para cada una.
Reto de Diseño
Usted es un equipo de ingenieros de fabricación a los que se les ha planteado el desafío de diseñar y luego construir un sistema de fabricación para entregar un peso o recuento constante de canicas u otros artículos en una serie de cuatro cajas o frascos.
Criterios
- Debe entregar un peso o cantidad constante de canicas en una serie de cuatro cajas de frascos.
Limitaciones
- Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Divida la clase en equipos de 2-3.
- Reparta la hoja de trabajo Una cuestión de equilibrio, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Discutan los temas de la sección Conceptos Básicos.
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes deben diseñar y construir un sistema para “fabricar” cuatro paquetes (cajas o frascos) de un producto (canicas, sujetapapeles, etc.) de igual peso o conteo. La idea es que su sistema genere paquetes finales consistentes. Los estudiantes pueden querer desarrollar rampas o cintas transportadoras, mecanismos de volteo u otros métodos para entregar los dulces al paquete final.
Deberá decidir cuál es el peso / recuento objetivo para cada equipo, según el elemento (canica, clip) que seleccione y la resistencia de los vasos de papel u otros materiales utilizados.
Deben estimar la variación del recuento que esperan que resulte entre los cuatro frascos / cajas utilizando su sistema de fabricación. ¿Cuál es la diferencia de peso o recuento permitida o esperada entre esos cuatro paquetes?
- Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir (se recomienda 1 hora).
- Utilice un temporizador o un cronómetro en línea (función de cuenta atrás) para asegurarse de mantener el tiempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dé a los estudiantes “avisos de tiempo” regulares para que se mantengan concentrados. Si tienen dificultades, hágales preguntas que los llevarán a una solución más rápido.
- Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para su sistema de fabricación; acuerdan los materiales que necesitarán, escriben / dibujan su plan y lo presentan a la clase. Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados con otros equipos para desarrollar su lista de piezas ideal.
- Los equipos construyen sus diseños.
- Deberá decidir cuál es el peso / recuento objetivo para cada equipo, según el elemento (canica, clip) que seleccione y la resistencia de los vasos de papel u otros materiales utilizados. Los equipos prueban sus diseños ejecutando su sistema y "empaquetando" cuatro productos. Observe el proceso de empaque y también pese todos los frascos para asegurarse de que estén cerca del peso o recuento objetivo. Habrá algunas diferencias, pero la diferencia no debe ser más de una o dos canicas, asumiendo que el peso es el mismo para cada una.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
- ¿Logró crear un sistema de fabricación? Si no, ¿por qué falló?
- ¿Tuvo que hacer cambios en su diseño escrito cuando en realidad estaba construyendo el sistema? Si es así, ¿qué parte del sistema requirió más cambios en la fase de construcción?
- ¿Crees que los ingenieros en activo tienen que adaptar sus planes originales durante el proceso de fabricación? ¿Por qué podrían hacerlo?
- ¿Cómo varió el peso real o el recuento entre los cuatro "paquetes"? ¿Cómo se compara este resultado con su estimación previa a la producción?
- ¿Qué parte de este proceso disfrutó más? ¿Por qué?
- ¿Qué idea que vio implementada en el trabajo de otro equipo le pareció más inventiva? ¿Por qué?
- ¿Descubrió que había muchos diseños en su salón de clases que cumplían con el objetivo del proyecto? ¿Qué le dice esto sobre los planes de ingeniería?
- ¿Encontraste que trabajar en equipo hizo que este proyecto fuera más exitoso? ¿Si no, porque no? Si es así, explique.
- En un entorno de fabricación real, ¿cree que el diseño del “paquete” (la caja, el frasco o la bolsa) se desarrolla antes, después o al mismo tiempo que se desarrolla el producto? ¿Qué tendría más sentido para ti? ¿Por qué?
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
Aplicaciones de escala
Las escalas tienen muchos usos
Las básculas se utilizan en muchas aplicaciones, más allá de determinar el peso personal. Son una parte integral de muchos sistemas, ya que el peso de los productos o componentes impacta en los costos de los productos o servicios. Por ejemplo, los sistemas postales de todo el mundo basan el costo de la entrega en el peso de la carta o el paquete que se transporta. Las tiendas de comestibles y los mercados de frutas utilizan escalas para determinar cuánto cobrar por frutas, verduras, nueces, granos y especias. En estos ejemplos, el peso puede bajar un poco de una forma u otra sin causar ninguna dificultad. Puede obtener una nuez extra o dos, o terminar con una pizca menos picante sin implicaciones.
Ingeniería De Manufactura
Para los ingenieros de fabricación, en particular los de la industria farmacéutica, es fundamental que los pesos o productos o componentes se midan con precisión antes del envasado. Los fabricantes de medicamentos deben asegurarse de que la dosis sea exacta: ¡cerrar no es lo suficientemente bueno! ¡La seguridad es una de las principales consideraciones de fabricación!
Los ingenieros de fabricación participan en el proceso de fabricación, desde la planificación hasta el embalaje del producto terminado. Trabajan con herramientas como robots, controladores programables y numéricos y sistemas de visión para ajustar con precisión las instalaciones de montaje, embalaje y envío. Examinan el flujo y el proceso de fabricación, buscando formas de agilizar la producción, mejorar la respuesta y reducir los costos. Una de las medidas en las que se centran es el peso. A veces usan cámaras para contar la cantidad de productos que entran en un paquete, como la cantidad de galletas en una caja, pero con mucha frecuencia usan balanzas para asegurarse de que la cantidad prometida de dulces, cereales o incluso uñas se entregue en una caja. Hay muchos sitios web que muestran sistemas de fabricación en funcionamiento; visite algunos de ellos para ver cómo funcionan los diferentes sistemas. Por ejemplo, las gominolas Jelly Belly se vierten en una tolva durante su proceso de fabricación. La tolva los alimenta a un sistema de báscula que pesa y dispensa la cantidad precisa de gominolas en diferentes tipos de envases, incluidas bolsas, cajas y frascos.
Lectura Recomendada
- Ingeniería y tecnología de fabricación (ISBN: 0131489658)
- Balanzas y balances (ISBN: 0747802270)
Actividad de Escritura
Escribe un ensayo o un párrafo sobre las implicaciones de los procesos de automatización en la sociedad.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:
- S. Estándares de educación científica (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Estándares de ciencias de la próxima generación (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Maestros de Matemáticas (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. Estándares Estatales Básicos Comunes para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
- Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (edades 10-14)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Movimientos y fuerzas
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades en los grados 5-8, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Ciencia y tecnología en la sociedad
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Movimientos y fuerzas
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 3-5 (Edades 8-11)
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-5-ETS1-1. Defina un problema de diseño simple que refleje una necesidad o un deseo que incluya criterios específicos para el éxito y limitaciones de materiales, tiempo o costo.
- 3-5-ETS1-2. Genere y compare múltiples soluciones posibles a un problema basándose en qué tan bien es probable que cada una cumpla con los criterios y limitaciones del problema.
- 3-5-ETS1-3.Planificar y realizar pruebas justas en las que se controlen variables y se consideren puntos de falla para identificar aspectos de un modelo o prototipo susceptibles de mejora.
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 6-8 (Edades 11-14)
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- MS-ETS1-2 Evaluar las soluciones de diseño de la competencia mediante un proceso sistemático para determinar qué tan bien cumplen con los criterios y limitaciones del problema.
Principios y estándares para las matemáticas escolares (de 6 a 18 años)
Estándar numérico y de operaciones
- Comprender números, formas de representar números, relaciones entre números y sistemas numéricos.
- Calcule con fluidez y haga estimaciones razonables
Estándar de medición
- Comprender los atributos medibles de los objetos y las unidades, sistemas y procesos de medición.
- Aplicar técnicas, herramientas y fórmulas adecuadas para determinar las medidas.
Representación
- Crear y usar representaciones para organizar, registrar y comunicar ideas matemáticas.
- Usar representaciones para modelar e interpretar fenómenos físicos, sociales y matemáticos.
Estándares Estatales Básicos Comunes para Matemáticas Escolares: Contenido (edades 7-10)
Medición y datos
- Resolver problemas de medición y estimación.
- Contenido.matemático.3.MD.A.2Mida y estime volúmenes líquidos y masas de objetos usando unidades estándar de gramos (g), kilogramos (kg) y litros (l) .1 Sumar, restar, multiplicar o dividir para resolver problemas verbales de un solo paso que involucran masas o volúmenes que se dan en las mismas unidades, por ejemplo, usando dibujos (como un vaso de precipitados con una escala de medición) para representar el problema.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
La naturaleza de la tecnología
- Estándar 1: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las características y el alcance de la tecnología.
- Estándar 2: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los conceptos básicos de la tecnología.
- Estándar 3: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las relaciones entre las tecnologías y las conexiones entre la tecnología y otros campos de estudio.
Diseño
- Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Habilidades para un mundo tecnológico
- Estándar 12: Los estudiantes desarrollarán habilidades para usar y mantener productos y sistemas tecnológicos.
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
El mundo diseñado
Estándar 19: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de fabricación.
Usted es un equipo de ingenieros de fabricación a los que se les ha planteado el desafío de diseñar y luego construir un sistema de fabricación para entregar un peso o recuento constante de canicas u otros artículos en una serie de cuatro cajas o frascos.
Fase de investigación / preparación
- Revise la hoja de referencia del estudiante. Si es posible, visite algunos de los sitios web de fabricación virtual.
Planificación en equipo
- Su maestro le ha proporcionado a su equipo algunos materiales, incluidos tacos de madera, tazones de plástico o vasos de papel, alambre, cinta adhesiva, cuerda, cuatro frascos de conservas o pequeñas cajas vacías. También tienes una gran cantidad de un “producto” que pueden ser canicas, clips u otros artículos que tu maestro haya seleccionado. Su trabajo consiste en diseñar un sistema de fabricación que pesará una cantidad determinada del producto y lo entregará en cuatro frascos o cajas. Debe asegurarse de que el peso o el recuento estén en el objetivo y que sea consistente entre esos cuatro paquetes.
- Empiece por reunirse con su equipo y llegar a un acuerdo sobre el diseño del sistema. ¡Sea creativo y disfrute el proceso!
- Estime la variación de conteo que espera que resulte entre los cuatro frascos / cajas usando su sistema de fabricación. ¿Cuál es la diferencia de peso o recuento permitida o esperada entre esos cuatro paquetes?
- Escriba o dibuje su plan en el cuadro a continuación (o en una hoja de papel aparte).
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Fase de Construcción
- Construya su sistema de fabricación.
- Eche un vistazo a los sistemas creados por otros equipos de clase.
- Ejecute su sistema y “empaque” cuatro productos. Su maestro pesará cada paquete para su equipo para que pueda ver qué tan bien funcionó su sistema.
- Evalúen los resultados de sus equipos, completen la hoja de trabajo de evaluación y presenten sus hallazgos a la clase.
Utilice esta hoja de trabajo para evaluar los resultados de su equipo en la lección Construya una gran rueda:
- ¿Logró crear un sistema de fabricación? Si no, ¿por qué falló?
- ¿Tuvo que hacer cambios en su diseño escrito cuando en realidad estaba construyendo el sistema? Si es así, ¿qué parte del sistema requirió más cambios en la fase de construcción?
- ¿Crees que los ingenieros en activo tienen que adaptar sus planes originales durante el proceso de fabricación? ¿Por qué podrían hacerlo?
- ¿Cómo varió el peso real o el recuento entre los cuatro "paquetes"? ¿Cómo se compara este resultado con su estimación de preproducción?
- ¿Qué parte de este proceso disfrutó más? ¿Por qué?
- ¿Qué idea que vio implementada en el trabajo de otro equipo le pareció más inventiva? ¿Por qué?
- ¿Descubrió que había muchos diseños en su salón de clases que cumplían con el objetivo del proyecto? ¿Qué le dice esto sobre los planes de ingeniería?
- ¿Encontraste que trabajar en equipo hizo que este proyecto fuera más exitoso? ¿Si no, porque no? Si es así, explique.
- En un entorno de fabricación real, ¿cree que el diseño del “paquete” (la caja, el frasco o la bolsa) se desarrolla antes, después o al mismo tiempo que se desarrolla el producto? ¿Qué tendría más sentido para ti? ¿Por qué?
Traducción del plan de lección