Ideas de riego

Esta lección explora cómo la ingeniería civil ha resuelto el desafío de mover agua mediante riego. Los estudiantes trabajan en equipos para diseñar y construir su propio "sistema de riego" con elementos cotidianos.

Aprenda sobre ingeniería civil.
Aprende sobre diseño de ingeniería.
Aprenda sobre planificación y construcción.
Aprender sobre el trabajo en equipo y el trabajo en grupo.

Rangos de Edad: 8 - 18

Presentación del plan de lección

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Materiales y Preparación

Materiales de Construcción (para cada equipo)

Materiales necesarios (negociación / tabla de posibilidades)

Straws
Cartulina
vasos o tazones de papel
arcilla
Tubos
papel de aluminio
bandas de goma
paso
Palillos de dientes
Clips para papel
Tubería de plástico

Materiales de Prueba

1 cuenca de agua (al menos 3 pies de largo)
Agua
1 taza - taza medidora
2 tazones o tazas de plástico (para recipientes de destino)

Materiales de Prueba y Proceso

Materiales

1 cuenca de agua (al menos 3 pies de largo)
Agua
1 taza - taza medidora
2 tazones o tazas de plástico (para recipientes de destino)

Proceso

Pruebe el sistema de riego de cada equipo colocando el sistema en el depósito de agua y vertiendo 2 tazas de agua en el sistema. Use 2 vasos o tazones de plástico como recipientes de destino. Cada equipo tendrá tres oportunidades para probar su sistema de riego. Al final de cada prueba, medirán la cantidad de agua en cada uno de los contenedores de destino. El objetivo es terminar con una taza de agua en cada uno. Se registrará el mejor intento de cada equipo.

Desafío de Diseño de Ingeniería

Reto de Diseño

Ustedes son un equipo de ingenieros que trabajan juntos para diseñar y construir un sistema de riego que llevará dos vasos de agua a una distancia de tres pies y dividirá el agua en dos contenedores de destino separados. Si su sistema funciona, terminará con exactamente una taza de agua en cada uno de sus contenedores de destino.

Criterios

Debe llevar dos tazas de agua a una distancia de tres pies.
Debe dividir el agua en dos contenedores de destino separados.

Limitaciones

Utilice solo los materiales proporcionados
Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados

Instrucciones y Procedimientos de la Actividad

Divida la clase en equipos de 2-4.
Reparta la hoja de trabajo Diseñe su propio sistema de riego, así como algunas hojas de papel para hacer bocetos de 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.
Indique a los estudiantes que comiencen a hacer una lluvia de ideas y esbozar sus diseños.
Proporcione a cada equipo sus materiales.
Explique que los estudiantes deben diseñar y construir un sistema de riego que lleve dos vasos de agua a una distancia de tres pies y divida el agua en dos contenedores de destino separados. Si el sistema funciona, terminará con exactamente una taza de agua en cada uno de los contenedores de destino.
Antes de que los estudiantes comiencen a construir, considere discutir qué es el riego utilizando los temas de la sección Conceptos básicos del plan de lección.
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 riego. Acuerdan los materiales que necesitarán, escriben / dibujan su plan y presentan su plan a la clase. Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados con otros equipos para desarrollar su lista de piezas ideal.
Los equipos construyen sus diseños.
Pruebe el sistema de riego de cada equipo colocando el sistema en el depósito de agua y vertiendo 2 tazas de agua en el sistema. Use 2 vasos o tazones de plástico como recipientes de destino. Cada equipo tendrá tres oportunidades para probar su sistema de riego. Al final de cada prueba, medirán la cantidad de agua en cada uno de los contenedores de destino. El objetivo es terminar con una taza de agua en cada uno. Se registrará el mejor intento de cada equipo.
Los equipos deben medir la cantidad de agua en los contenedores de destino para cada una de las 3 pruebas y documentar esas cantidades.
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 riego para dividir las dos tazas de agua en dos recipientes de destino separados? ¿Cuál fue tu mejor resultado?
Si su sistema falló, ¿qué cree que salió mal?
¿Qué fue lo único del diseño o la construcción del sistema de riego que tuvo los mejores resultados en este desafío en su salón de clases?
¿Decidió revisar su diseño original mientras estaba en la fase de construcción? ¿Por qué? ¿Cómo?
¿Crees que ingenieros tienen que adaptar sus planes originales durante la construcción de sistemas o productos? ¿Por qué podrían hacerlo?
Si tuvieras que hacerlo todo de nuevo, ¿cómo cambiaría tu diseño planificado? ¿Por qué?
¿Cómo cree que habría tenido que cambiar su diseño si el material que estaba distribuyendo fuera miel?
¿Crees que hubiera podido completar este proyecto más fácilmente si estuvieras trabajando solo or sola? Explica…

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.

Proceso de Diseño de Ingeniería

Conceptos Básicos

¿Qué es el riego?

El riego es un sistema que enruta artificialmente el agua a un área donde no está presente de forma natural. Las aplicaciones más comunes son el suministro de agua a tierras remotas o secas para cultivos en crecimiento. El riego se usa con frecuencia para compensar períodos de sequía anticipada o de emergencia, pero también se usa para proteger las plantas contra las heladas. Los sistemas de riego también se utilizan para ayudar a suprimir el crecimiento de malezas en los campos de arroz. Existen muchas técnicas de riego diferentes para dirigir el agua desde una fuente hasta su destino. Por lo general, la uniformidad en la colocación del agua es un objetivo, especialmente para cultivos en crecimiento.

Historial de riego

Los arqueólogos han encontrado evidencia de irrigación en funcionamiento en Mesopotamia y Egipto ya en el sexto milenio a. C., donde la cebada se cultivaba en áreas donde la lluvia natural era inconsistente o no era suficiente para sostener la cosecha. En el valle de Zana de la Cordillera de los Andes en Perú, los arqueólogos han encontrado los restos de tres canales de riego que fueron datados por radiocarbono para ubicar su desarrollo en el cuarto milenio a. C., el tercer milenio a. C. y el siglo IX d. C. Por el momento, estos canales se consideran los primeros ejemplos de sistemas de riego encontrados. Además, la civilización del valle del Indo desarrolló sistemas avanzados de riego y almacenamiento de agua en Pakistán y el norte de la India. Debido a que se requería una agricultura extensiva, se desarrolló una innovadora red de canales para apoyar el riego. También hay evidencia del antiguo faraón egipcio Amenemhet III en la duodécima dinastía que usaba el lago natural del Oasis de Faiyum como depósito para almacenar agua que se usaría durante las estaciones secas. El lago se hincharía anualmente debido a la inundación anual del río Nilo. Egipto recibió poca lluvia, por lo que el Nilo era una fuente lógica de agua.

Acueductos romanos

Los antiguos romanos construyeron muchos acueductos para conducir el agua a las ciudades y otros sitios. Estos acueductos se consideran una de las mayores hazañas de ingeniería del mundo antiguo. Muchos de los antiguos acueductos todavía se utilizan en la actualidad. Desempeñaron varias funciones, incluida la provisión de agua potable y el suministro de agua para baños y fuentes. Luego, el agua se dirigió a las alcantarillas, donde ayudaron a eliminar los desechos.

Implicaciones éticas

El riego puede conducir el agua a los campos, ayudar a los cultivos a superar la sequía, proporcionar agua potable y apoyar la eliminación de desechos.

Pero, ¿cómo deciden los ingenieros y otros qué uso del agua es el más importante? ¿Cuáles son las consideraciones éticas que deben revisarse para lograr un equilibrio de equidad?

Por ejemplo, ¿qué pasa si un agricultor encamina un río para abastecer sus propios cultivos y al hacerlo evita que sus vecinos reciban agua del río?

O, si el agua fuera enviada a una empresa que podría ganar mucho dinero con una planta de fabricación rentable, pero para proporcionar suficiente agua para su proceso, toda el agua se desviaría de las pequeñas granjas locales, agricultores que podrían perder su sustento. . ¿Qué sería justo?

Los ingenieros se enfrentan continuamente a consideraciones éticas al construir estructuras, diseñar sistemas y mejorar productos.

La ingeniería no tiene un estándar único para la conducta ética porque los enfoques varían un poco según la disciplina. Por ejemplo, un ingeniero biomédico podría preocuparse por respetar los sentimientos de un paciente o desearía prestar especial atención a la confiabilidad de un producto como un corazón artificial. Un ingeniero civil consideraría la seguridad y se esforzaría por desarrollar un puente que no solo sea seguro, sino también rentable. Un puente podría sobreconstruirse, ser más seguro de lo que nunca debería ser y también sobrepasar el presupuesto.

Pregunta

¿Puede pensar en un ejemplo de cómo un equipo de ingenieros podría tener que abordar consideraciones éticas relacionadas con el medio ambiente al construir un sistema de riego? ¿Qué crees que tendría que investigar el equipo antes de comenzar la construcción?

Vocabulario

Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
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.
Consideraciones éticas: Decisiones sobre qué uso de recursos es más importante.
Irrigación: un sistema que enruta el agua de manera artificial a un área donde no está presente de forma natural.
Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.

Explora Más

Enlaces a Internet

Lectura Recomendada

Ingeniería de riego (ISBN: 1408626241)
Riego: sus principios y práctica como rama de la ingeniería (ISBN: 1408626306)

Actividad de Escritura

Escriba un ensayo o un párrafo sobre cómo el riego está afectando la vida en Sudáfrica, donde la “pobreza de agua” está muy extendida. Aproximadamente un tercio de los 36 millones de habitantes del país no tienen un suministro adecuado de agua potable.

Alineación del plan de estudios

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.

ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de

Propiedades de objetos y materiales

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.
Habilidades para distinguir entre objetos naturales y objetos hechos por humanos.

ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

Tipos de recursos
Cambios en los entornos
Ciencia y tecnología en desafíos locales

ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

La ciencia como esfuerzo humano

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.

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

ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

Poblaciones, recursos y entornos
Riesgos y beneficios
Ciencia y tecnología en la sociedad

Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (edades 10-14)

ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

La ciencia como esfuerzo humano

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
Interacciones de energía y materia.

ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

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

Salud personal y comunitaria
Recursos naturales
Calidad del medio ambiente
Amenazas naturales e inducidas por el hombre
Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales

ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de

La ciencia como esfuerzo humano
Perspectivas historicas

Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 3-5 (Edades 8-11)

Movimiento y estabilidad: fuerzas e interacciones

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

3-PS2-1. Planificar y realizar una investigación para proporcionar evidencia de los efectos de fuerzas equilibradas y desequilibradas en el movimiento de un objeto.

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 de éxito / 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 5-8 (Edades 11-14)

Tierra y actividad humana

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

MS-ESS3-3. Aplicar principios científicos para diseñar un método para monitorear y minimizar el impacto humano en el medio ambiente. *

Diseño de ingeniería

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

MS-ETS1-1 Definir los criterios y limitaciones de un problema de diseño con suficiente precisión para asegurar una solución exitosa, teniendo en cuenta los principios científicos relevantes y los impactos potenciales en las personas y el medio ambiente natural que pueden limitar las posibles soluciones.
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.

Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 9-12 (Edades 14-18)

Diseño de ingeniería

Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:

HS-ETS1-2. Diseñe una solución a un problema complejo del mundo real dividiéndolo en problemas más pequeños y manejables que se pueden resolver mediante ingeniería.

Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades

La naturaleza 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.

Tecnología y Sociedad

Estándar 4: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.
Estándar 5: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos de la tecnología en el medio ambiente.
Estándar 7: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de la influencia de la tecnología en la historia.

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 11: Los estudiantes desarrollarán habilidades para aplicar el proceso de diseño.
Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.

El mundo diseñado

Estándar 15: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar biotecnologías agrícolas y afines.

Hoja de Trabajo del Estudiante

Implicaciones éticas

El riego puede conducir el agua a los campos, ayudar a los cultivos a superar la sequía, proporcionar agua potable y apoyar la eliminación de desechos.

Pero, ¿cómo deciden los ingenieros y otros qué uso del agua es el más importante? ¿Cuáles son las consideraciones éticas que deben revisarse para lograr un equilibrio de equidad?

Por ejemplo, ¿qué pasa si un agricultor encamina un río para abastecer sus propios cultivos y al hacerlo evita que sus vecinos reciban agua del río?

Los ingenieros se enfrentan continuamente a consideraciones éticas al construir estructuras, diseñar sistemas y mejorar productos.

Pregunta:

¿Puede pensar en un ejemplo de cómo un equipo de ingenieros podría tener que abordar consideraciones éticas relacionadas con el medio ambiente al construir un sistema de riego? ¿Qué crees que tendría que investigar el equipo antes de comenzar la construcción?

Diseñe su propio sistema de riego

Usted es parte de un equipo de ingenieros a los que se les ha encomendado el desafío de desarrollar un sistema de riego que transportará dos vasos de agua a una distancia de tres pies y dividirá el agua en dos contenedores de destino separados. Si su sistema funciona, terminará con exactamente una taza de agua en cada uno de sus contenedores de destino. ¡Cómo logras la tarea depende de tu equipo!

Etapa de Planificación

Reúnase en equipo y discuta el problema que necesita resolver. Luego, desarrolle y acuerde un diseño para su sistema de riego. Se le han proporcionado muchos elementos que puede utilizar para construir su sistema. En equipo, elaboren un plan y dibujen su diseño en el cuadro a continuación. Asegúrese de indicar los materiales que prevé utilizar. Presente su diseño a la clase. Puede optar por revisar el plan de sus equipos después de recibir comentarios de la clase.

Materiales necesarios:

Fase de Construcción

Construye tu sistema de riego. Durante la construcción, puede decidir que necesita elementos adicionales o que su diseño debe cambiar. Esto está bien, simplemente haga un nuevo boceto y revise su lista de materiales. Es posible que desee intercambiar artículos con otros equipos o solicitar materiales adicionales a su maestro.

Fase de prueba

Cada equipo probará su sistema de riego para ver cómo funciona. Tendrá tres oportunidades para probar su sistema. Al final de cada prueba, medirá la cantidad de agua en cada uno de los contenedores de destino. Recuerde, su objetivo es terminar con una taza de agua en cada uno. Tu mejor intento será el que cuente. Asegúrese de ver las pruebas de los otros equipos y observe cómo funcionaron sus diferentes diseños.

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: