Desafío de la torre alta

Materiales (por equipo)

• 1 pelota de golf o pelota de tamaño / peso similar

Proceso

Pruebe la resistencia de cada estructura colocando la bola en la torre en un punto no más del 20% por debajo de la altura superior de la torre.

Grandes torres del mundo

Burj Khalifa: Grandes torres del mundo

Reto de Diseño

Formas parte de un equipo de ingenieros que se ha enfrentado al desafío de construir la torre más alta posible que soporte el peso de una pelota de golf durante 2 minutos.

Criterios

• La torre debe soportar el peso de una pelota de golf durante 2 minutos.
• El peso de la pelota de golf debe apoyarse cerca de la parte superior de la torre, con la parte inferior de la pelota no más del 20% por debajo de la altura superior de la torre.

Limitaciones

• Solo se pueden usar 50 pajitas, 50 limpiapipas y 25 sujetapapeles para el diseño.
• No se puede utilizar cinta para conectar los materiales.
• Diseñe una solución en el tiempo dado.

1. Divida la clase en equipos de 2-4.
2. Reparta la hoja de trabajo Torre alta: aplicación de tecnología para resolver problemas, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
3. Discutan los temas de la sección Conceptos Básicos.
4. Revise las secciones de Proceso de Diseño de Ingeniería, Desafío de Diseño, Criterios, Limitaciones y Materiales. Si el tiempo lo permite, revise las “Aplicaciones al Mundo Real” antes de realizar el desafío de diseño.
5. Antes de instruir a los estudiantes para que comiencen a hacer una lluvia de ideas y esbozar sus diseños, pídales que consideren lo siguiente:
   ● ¿Cuáles son las diferentes formas en que puede doblar o cambiar la forma de sus materiales?
   ● ¿Cuál es la forma más fuerte?
   ● ¿Cómo podría reforzar los materiales para hacerlos más fuertes?
   ● ¿Cómo conectará sus materiales sin cinta?
6. Proporcione a cada equipo sus materiales.
7. Explique que los estudiantes deben desarrollar una torre a partir de elementos cotidianos y que la torre debe soportar el peso de una pelota de golf durante 2 minutos. El peso de la pelota de golf debe apoyarse cerca de la parte superior de la torre, con la parte inferior de la pelota no más del 20% por debajo de la altura superior de la torre.
8. Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir (se recomienda 1 hora).
9. 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.
10. Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para su torre. 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.
11. Los equipos construyen sus diseños.
12. Pruebe los diseños de la torre colocando una pelota de golf cerca de la parte superior de la torre, con la parte inferior de la pelota a no más del 20% por debajo de la altura superior de la torre.
13. Los equipos deben documentar la altura de su torre y cuántos materiales utilizaron para construir su torre.
14. Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
15. Para obtener más contenido sobre el tema, consulte las secciones "Aplicaciones al Mundo Real" y "Explora Más".

Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)

1. Describe la forma o construcción de la torre que era la más alta y ganó el desafío. ¿En qué se diferenciaba esta torre de la tuya, si la tuya no ganó?
2. Si tuvieras la oportunidad de hacer este proyecto nuevamente, ¿qué habría hecho tu equipo de manera diferente?
3. ¿Crees que esta actividad fue más gratificante para hacer en equipo, o hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué?
4. Si pudiera haber usado un material adicional (cinta, pegamento, palos de madera, papel de aluminio, como ejemplos), ¿cuál elegiría y por qué?
5. ¿Crees que una vez que se diseña y aprueba un edificio para su construcción, muchos aspectos cambian durante el proceso de construcción? ¿Por qué o por qué no?
6. ¿Cuánto tiempo crees que tomará antes de que se construya un edificio que supere el
   altura del Burj Khalifa? ¿Dónde crees que se construirá? ¿Por qué?

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.

• certificados: Inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades importantes en ingeniería (ver infografía).
• Hábitos de la Mente de Ingeniería (HMI): Seis formas únicas de como piensan los ingenieros.
• Proceso de diseño de ingeniería (EDP): El proceso que utilizan los ingenieros para resolver problemas.
• Criterios: Condiciones que debe cumplir el diseño como su tamaño total, etc.
• Limitaciones: Limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
• Prototipo: Un modelo de trabajo de la solución a probar.
• Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
• Peso: La fuerza ejercida sobre el objeto por la gravedad. (Unidades: lbs / Newtons).
• Porcentaje: Parte de un todo expresada en centenas (½ = 50%).

Enlaces a Internet

• Grandes torres del Burj Khalifa
• Diseño y construcción de torres
• Torre CN

Lectura Recomendada

• ¿Cuán alto es alto?: Comparación de edificios (ISBN: 978-1432939557)
• Diseño de edificios altos con hormigón armado (ISBN: 978-1439804803)
• Tecnología de construcción para edificios altos (ISBN: 978-9812818614)

Actividad de Escritura

Escribe un ensayo o un párrafo sobre cómo los avances de la ingeniería llevaron al crecimiento explosivo de los edificios verticales a principios del siglo XX.

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)
• Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación Estándares de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (edades 4-9)

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

• 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.

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

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

• Características y cambios en las poblaciones.
• 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 (10-14 años)

ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación

Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar

• 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

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 una comprensión de la historia de la ciencia.

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.

ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas 

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

• Salud personal y comunitaria
• El crecimiento de la población
• Calidad del medio ambiente
• Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales

Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 2-5 (Edades 7-11)

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.

Movimiento y estabilidad: fuerzas e interacciones

• 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 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-ETS1-1. 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.

Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 6-8 (Edades 11-14)

Diseño de ingeniería 

• 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 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.

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 6: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la sociedad en el desarrollo y uso de la tecnología.
• Estándar 7: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de la influencia de la tecnología en la historia.

Diseño

• Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del 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.

El mundo diseñado

• Estándar 20: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de construcción.

Planificación y trabajo en equipo de ingeniería

Formas parte de un equipo de ingenieros al que se ha enfrentado el desafío de construir la torre más alta que puedas construir con solo 50 pajitas, 50 limpiapipas y 25 sujetapapeles.

No necesita utilizar todos los materiales, pero su torre debe soportar el peso de una pelota de golf durante dos minutos. La pelota de golf debe estar apoyada cerca de la parte superior de la torre, con la parte inferior de la pelota a no más del 20% por debajo de la altura superior de la torre.

Fase de planificación y diseño

Piense en las diferentes formas en que puede doblar o cambiar la forma de pajitas, limpiapipas y sujetapapeles. Puede cortar estos elementos, pero no puede usar cinta u otros materiales para conectarlos. En el cuadro de abajo, dibuja tu plano para la torre.

Fase de Construcción

Construya su torre y pruébela para ver si puede soportar la pelota de golf. Luego, responda las siguientes preguntas:

1. ¿Qué tan similar fue su diseño a la torre real que construyó?

2. Si descubrieron que necesitanan hacer cambios durante la fase de construcción, describan por qué su equipo decidió hacer revisiones.

3. ¿Utilizó todas las piezas que se le proporcionaron? ¿Alguna de las partes se usó solo para aumentar la altura de la torre?

Presentación y medición

Presente su torre a la clase y pídale a su maestro que mida la altura de la torre. Tenga en cuenta que la pelota de golf debe estar apoyada cerca de la parte superior de la torre, con la parte inferior de la pelota a no más de un 20% por debajo de la altura superior de la torre. Si la bola es inferior al 10% desde la parte superior, su torre será descalificada. Complete el cuadro a continuación para su torre:

Evaluación

Complete las preguntas de evaluación a continuación:

1. Describe la forma o construcción de la torre que era la más alta y ganó el desafío. ¿En qué se diferenciaba esta torre de la tuya, si la tuya no ganó?

2. Si tuvieras la oportunidad de hacer este proyecto nuevamente, ¿qué habría hecho tu equipo de manera diferente?

3. ¿Crees que esta actividad fue más gratificante para hacer en equipo, o hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué?

4. Si pudiera haber utilizado un material adicional (cinta, pegamento, palos de madera, papel de aluminio, como ejemplos), ¿cuál elegiría y por qué?

5. ¿Crees que una vez que se diseña y aprueba un edificio para su construcción, muchos aspectos cambian durante el proceso de construcción? ¿Por qué o por qué no?

6. ¿Cuánto tiempo crees que pasará antes de que se construya un edificio que supere la altura del Burj Khalifa? ¿Dónde crees que se construirá? ¿Por qué?

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