Máquina interactiva de chicles
Esta lección se centra en la historia de las máquinas de chicles y la energía cinética y potencial. Los estudiantes trabajan en equipos para construir primero un tobogán de chicles y luego una máquina interactiva de chicles.
- Explore la energía cinética y potencial.
- Diseña y construye una máquina de chicles interactiva.
- Implemente el proceso de diseño de ingeniería para resolver el desafío del diseño.
Rangos de Edad: Rinde de 10 a 18 porciones
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales necesarios para las actividades 2 y 3 (tabla de posibilidades)
- Cajas de cartón
- Botellas de plástico de 2 litros
- Copas de papel
- palitos de helado
- Tacos
- Cierres
- arcilla
- Limpiadores de pipa
- Tijeras
- Bandas de goma
- Cordón
- Clips de papel
- Clips de carpeta
- Cartulina y / o carpetas de archivos
- Piezas de cartón (corte algunas cajas en piezas de diferentes tamaños)
- Cinta adhesiva
- Tubería de 6 '(aislante de tubería cortado por la mitad a lo largo) - 1 por equipo
- Cuchillo Xacto (para profesor)
Materiales de Prueba
- Chicles (o canicas para representar chicles si tu escuela no permite chicles)
- Copas de papel
- Papelera (para estudiantes más jóvenes)
Materiales
- Chicles (o canicas para representar chicles si tu escuela no permite chicles)
- Copas de papel
- Papelera (para niños más pequeños)
Proceso
Actividad 2 - Cada equipo prueba el diseño de su diapositiva colocando la canica en la parte superior de su diapositiva y dejándola rodar en una taza. Los estudiantes pueden decidir dónde les gustaría colocar la taza. Los estudiantes deben documentar si la canica se quedó en la pista y si aterrizó en la taza.
Actividad 3: cada equipo prueba el diseño de su máquina de chicles colocando el chicle en un punto de partida dentro de su máquina y permitiéndole seguir la pista hasta que aterrice en una taza. Los estudiantes deben demostrar cómo funcionan el elemento interactivo y los bucles. Los estudiantes deben documentar cuánto tiempo tarda el chicle en ir desde el punto de partida hasta la taza.
Para los estudiantes más pequeños, use una papelera en lugar de tazas para atrapar las bolas de chicle.
Actividad 2 - Diapositiva de Gumball: Desafío de diseño
Ustedes son un equipo de ingenieros a los que se les ha dado el desafío de diseñar y construir un tobogán para que un chicle descienda lo más rápido posible y aterrice en una taza. El chicle debe permanecer en una pista y aterrizar en una taza. El tobogán debe poder sostenerse por sí solo (autoportante).
Criterios
- Gumball debe permanecer en la "pista".
- Gumball debe aterrizar en una taza. (El lugar donde coloque la taza depende de su equipo)
- El tobogán debe ser autoportante (pararse por sí solo).
Limitaciones
- No puedes presionar el chicle para que comience.
- Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados.
Actividad 3 - Máquina de chicles: desafío de diseño
Usted es un equipo de ingenieros a los que se les ha dado el desafío de diseñar y construir una máquina de chicles interactiva que atraerá a los clientes a una tienda de juguetes. La máquina debe tener un elemento interactivo y un mínimo de un bucle. La máquina también debe poder sostenerse por sí misma (autoportante) y ser lo más creativa posible.
Criterios
- Mantenga el chicle en la pista.
- Tenga un elemento interactivo.
- Tener un mínimo de 1 bucle.
- Sea autosuficiente (por sí mismo) y sea lo más creativo posible.
Limitaciones
- Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados.
- Divida la clase en equipos de 3-4.
- Reparta la hoja de trabajo Interactive Gumball Machine, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Discutan los temas de la sección Conceptos Básicos.
- Actividad 1: Lea la historia detrás de las máquinas de chicles y discuta como líder en el principal desafío de diseño. Pregunte a los estudiantes qué tipo de máquinas expendedoras han visto antes y qué tipo de máquinas expendedoras les gustaría tener en la escuela o en su pueblo / ciudad.
- Actividad 2: Deslizamiento de chicles: explique a los estudiantes que explorarán la gravedad y la energía al hacer que el chicle se deslice.
- Actividad 3: Máquina de chicles: tómese un tiempo para discutir qué significa interactivo o interacción. Pida a los estudiantes que lo definan y luego proporcione algunos ejemplos.
- Interacción: es un tipo de acción que ocurre cuando dos o más objetos tienen un efecto entre sí.
- Interactivo: actuando entre ellos.
- Ejemplo: videojuegos: interacción entre el usuario y el juego. Es interactivo porque requiere que el usuario participe para que el juego avance.
- Para que los estudiantes piensen en cómo su máquina de chicles será interactiva, puede mostrar las fotos a continuación: (Traiga imágenes)
- Revise el proceso de diseño de ingeniería, el desafío de diseño, los criterios, las restricciones y los materiales para cada actividad.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes deben completar 3 actividades.
- Actividad 1: Aprenda la historia de la máquina de chicles.
- Actividad 2: Diseña y construye un tobogán de chicles.
- Actividad 3: Diseñar y construir una máquina de chicles interactiva.
- Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir:
- Actividad 1: Historia de la máquina de chicles (1/2 hora).
- Actividad 2: Diapositiva de Gumball (1 hora).
- Actividad 3: Máquina interactiva de chicles (1-2 horas).
- 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 la Actividad 2: su diapositiva de chicles.
- Los equipos construyen su tobogán de chicles.
- Cada equipo prueba el diseño de su diapositiva colocando la canica en la parte superior de su diapositiva y dejándola rodar en una taza. Los estudiantes pueden decidir dónde les gustaría colocar la taza. Los estudiantes deben documentar si la canica se quedó en la pista y si aterrizó en la taza.
- Tenga una discusión en clase utilizando las siguientes preguntas:
- ¿Qué hace que la bola de chicle comience a moverse por el tobogán? (Gravedad)
- ¿Qué tipo de energía tiene el chicle antes de que lo sueltes? (Energía potencial)
- ¿Qué tipo de energía tiene el chicle después de que lo sueltas? (Energía cinética)
- ¿Dónde encontrará la mayor cantidad de energía potencial? ¿Por qué? (La parte superior de la diapositiva, porque es el punto más alto de la diapositiva, PE = mgh)
- ¿Dónde encontrarás la mayor cantidad de energía cinética? ¿Por qué? (La parte inferior de la diapositiva, porque el chicle se moverá más rápido allí, KE = 1 / 2mv2)
- ¿Está funcionando el chicle? ¿Por qué? (Sí, tiene una fuerza que actúa sobre él y se mueve una distancia por el tobogán, W = fd)
- ¿Cómo hiciste que tu chicle bajara más rápido por el tobogán? (Aumente la pendiente del tobogán o la longitud o ambos).
- ¿Dónde colocarás tu taza para que la bola de chicle caiga en ella? (Esto será diferente para cada equipo).
- ¿Por qué el chicle quiere seguir adelante? (Impulso)
- ¿Cómo pudiste frenar el chicle? (Introducir fricción)
- Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para la Actividad 3: su máquina de chicles interactiva.
- Los equipos construyen su máquina de chicles interactiva.
- Cada equipo prueba el diseño de su máquina de chicles colocando el chicle en un punto de partida dentro de su máquina y permitiéndole seguir la pista hasta que aterrice en una taza. Los estudiantes deben demostrar cómo funcionan el elemento interactivo y los bucles. Los estudiantes deben documentar cuánto tiempo tarda el chicle en ir desde el punto de partida hasta la taza. Para los estudiantes más pequeños, use una papelera en lugar de tazas para atrapar las bolas de chicle.
- 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)
- ¿Qué salió bien?
- ¿Qué no salió bien?
- ¿Cuál es tu elemento favorito de tu máquina de chicles interactiva?
- Si tuvieras tiempo para rediseñar nuevamente, ¿qué cambios harías?
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.
- Aceleración: la tasa a la que un objeto cambia su velocidad. Un objeto está acelerando si cambia su velocidad o dirección. Un objeto está acelerando si está cambiando su velocidad (tanto acelerando como desacelerando).
- Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Energía: La capacidad de realizar un trabajo. Trabaja cuando usa una fuerza (empujar o tirar) para provocar movimiento.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades principales en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Fuerza: empujar o tirar de un objeto como resultado de la interacción de un objeto con otro objeto.
- Fricción: fuerza que resiste el movimiento de un objeto.
- Gravedad: La fuerza de atracción por la cual los objetos tienden a caer hacia el centro de la tierra.
- Interacción: tipo de acción que se produce cuando dos o más objetos se afectan entre sí.
- Interactivo: actuando unos con otros.
- Energía cinética: Energía de movimiento. Todos los objetos en movimiento tienen energía cinética. La cantidad de energía cinética depende de la masa y la velocidad de un objeto. La fórmula de la energía cinética es KE = 1 / 2mv2. [m = masa del objeto, v = velocidad del objeto]
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Masa: la cantidad de materia en un cuerpo.
- Movimiento: Un cambio en la posición de un cuerpo con respecto al tiempo medido por un observador particular en un marco de referencia.
- Energía potencial: Energía de posición. La cantidad de energía potencial depende de la masa y la altura de un objeto. La fórmula de la energía potencial es PE = mgh. [m = masa del objeto, g = aceleración debida a la gravedad (9.8 m / s2), h = altura del objeto]
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Velocidad: qué tan rápido se mueve un objeto.
- Velocidad: la velocidad a la que un objeto cambia de posición. Momentum: Masa en movimiento. La cantidad de impulso depende de la cantidad de cosas que se mueven y de la rapidez con que se mueven.
- Peso: La fuerza de atracción gravitacional de la tierra sobre el cuerpo.
- Trabajo: Fuerza que actúa sobre un objeto para moverlo a una distancia. La fórmula del trabajo es W = fd. [f = fuerza aplicada al objeto, d = desplazamiento del objeto].
Lectura Recomendada
- Máquinas expendedoras: una historia social estadounidense (ISBN: 978-0786413690) Máquinas expendedoras (ISBN: 978-0981960012)
Actividad de Escritura
- Haga que los estudiantes escriban historias cortas sobre un "día en la vida" de su máquina de chicles. ¿Con quién se encuentra la máquina de chicles y qué sucede? ¿Cómo cambia la máquina de chicles las vidas de los niños a los que les da un chicle?
- Los estudiantes también pueden crear un anuncio para atraer más clientes a la juguetería. Deben incluir la máquina de chicles interactiva en el anuncio. ¿Por qué deberían venir los niños a esta juguetería? ¿Por qué es una visita obligada la máquina interactiva de chicles?
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:
- Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. 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 K-4 (de 4 a 9 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 las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Luz, calor, electricidad y magnetismo.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
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
- Propiedades y cambios de propiedades en la materia.
- Transferencia de energía
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 3-5 (Edades 8-11)
Materia y sus interacciones
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 2-PS1-2. Analice los datos obtenidos al probar diferentes materiales para determinar qué materiales tienen las propiedades que se adaptan mejor al propósito previsto.
- 5-PS1-3. Realizar observaciones y mediciones para identificar materiales en función de sus propiedades.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
Diseño
- 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.
Guión
Una tienda de juguetes local debe atraer a más clientes, por lo que le pidieron a su clase que los ayudara creando una exhibición especial que se instalará en el centro de la tienda y será divertida para los niños: ¡una máquina de chicles interactiva!
Reto de Diseño
Diseña y construye una divertida máquina de chicles interactiva que atraerá a los clientes a la juguetería.
Criterios
Todos los diseños deben:
- mantén el chicle en la pista,
- tener un elemento interactivo,
- tener un mínimo de 1 bucle,
- ser autosuficiente (valerse por sí mismo), y
- Sea lo más creativo posible.
Limitaciones
- Debe utilizar solo los materiales proporcionados.
Miembros del equipo:_____________________________________________
Nombre de la máquina interactiva de chicles: __________________________________________
Etapa de Planificación
Reúnase en equipo y discuta el problema que necesita resolver. Luego, desarrolle y acuerde un diseño para su máquina de chicles. Deberá determinar qué materiales desea utilizar. Dibuje su diseño en el cuadro a continuación y asegúrese de indicar la descripción y la cantidad de piezas que planea usar.
Haga una lluvia de ideas de diseños para su diapositiva de chicles:
Elija su mejor diseño y esboce aquí:
Fase de Construcción
Construye tu máquina de chicles. Durante la construcción, puede decidir que necesita materiales adicionales o que su diseño debe cambiar. Esto está bien, simplemente haga un nuevo boceto y revise su lista de materiales.
Fase de prueba
Cada equipo probará su máquina de chicles. Si su diseño no fue exitoso, rediseñe y pruebe nuevamente, hasta que esté satisfecho con él. Asegúrese de ver las pruebas de los otros equipos y observe cómo funcionaron sus diferentes diseños.
Dibuja tu diseño final
Fase de Evaluación
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 interactiva de la máquina de chicles:
- ¿Qué salió bien?
- ¿Qué no salió bien?
- ¿Cuál es tu elemento favorito de tu máquina de chicles interactiva?
- Si tuvieras tiempo para rediseñar nuevamente, ¿qué cambios harías?