1

Plan de la Lección del Instructor

Tiempo de la Actividad:180 Minutos

Grados: 4-12

Conceptos STEM Cubiertos

Fuerza

Esfuerzo

Carga

Trabajo

Movimiento

Distancia

Máquinas Simples

Ventaja Mecánica

Crear un Prototipo

Pensamiento Crítico

Multiplicación

División

Unidades de Medida

Apalancamiento

Objetivos del Aprendizaje

v2.1

Estándares Educativos

NGSS

MS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería

ITEEA

STL8- Atributos del Diseño

STL9- Diseño de Ingeniería

STL10- Invención e Innovación

HS-ETS1-4 Diseño de Ingeniería

STL11- Aplicación del Proceso de Diseño

3-5-ETS1-4 Diseño de Ingeniería

Palanca

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 2

Plan de Estudios

IntroducciónEsta lección de Kid Spark STEM-Maker está diseñada para presentar a los estudiantes una de las seis máquinas simples: la palanca. Los estudiantes se familiarizarán con el funcionamiento de una palanca aprendiendo información clave, construyendo y modificando una serie de diferentes modelos de palancas, y luego diseñando y construyendo una palanca personalizada para resolver un desafío.

Resultados del AprendizajeAplicación de Conceptos Reflexivos para la Resoluciónde Problemas:Los conceptos reflexivos de STEM se exploran a través de aplicaciones en ingeniería estructural y mecánica, y robótica de control remoto. Los estudiantes comprenden los conceptos desafiantes de STEM y pueden ver cómo funcionan en la vida real. Los estudiantes utilizan estos conceptos para crear sus propias soluciones a problemas del mundo real.

Comprender los elementos básicos y el propósito de una palanca.

Conocer la diferencia entre las palancas de 1ª, 2ª. Y 3ª. clase.

Calcular la cantidad de ventaja mecánica en una palanca.

Modificar una palanca para incrementar la ventaja mecánica.

Diseñar y construir una palanca personalizada para resolver un desafío.

Elementos de una palancaPropósito de una palancaDiferentes tipos de palancasVentaja mecánica en una palanca

1. Aprender2. Construir& Modificar

3. Diseñar &Construir

Construir una palancaRealizar una prueba de la palancaModificar la palanca para incrementar la ventaja mecánica

Diseñar y construir una palanca personalizada para resolver un desafío

IntroducciónEsta lección Kid Spark STEM-Maker utilizará los siguientes pasos para aprender acerca de las palancas.

2

Niveles de Aprendizaje

Nivel Bajo: Conocimiento del Contenido

Identificar: elementos de una palanca

Investigar: aplicaciones de las palancas en la vida real

Describir: el propósito de una palanca

Identificar: diferentes tipos de palancas

RecursosLos siguientes recursos se usarán para completar esta lección.

1. Plan de Estudios Kid Spark STEM-Maker

Palancaa. Plan de la Lección del Instructorb. Paquete del Plan de Estudios (1 por equipo)c. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (1 por equipo)

2. Módulo o Laboratorio Kid Spark(Imagen de la Derecha)

Recursos Kid Spark

Lab deLabSnapStack

*4 Estudiantes por Lab

AdvancedProjects Lab

*4 Estudiantes por Lab

RobóticaProgramable

*4 Estudiantes por Lab

o o

Prerrequisitos:Antes de participar en esta actividad, los estudiantes deben tener una comprensión básica de lossiguientes conceptos:

1. Cómo usar instrucciones gráficas paso a paso para armar un diseño.2. Cómo usar el sistema métrico.3. Usar habilidades básicas de multiplicación y división para resolver un problema.4. Habilidades de comunicación fundamentales, incluyendo la lectura y la escritura.5. Cómo usar el proceso de diseño e ingeniería para resolver un problema.

EvaluaciónLos estudiantes serán calificados en lo siguiente para esta lección.

Nivel Medio: Habilidades y Aplicación Nivel Alto: Razonamiento

Diseñar: una palanca personalizada que cree una ventaja mecánica

Describir: cómo incrementar la ventaja mecánica en una palanca

Reconocer: cuánta ventaja mecánica hay en un diseño

1. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (Hoja de Trabajo escrita: 25 puntos)

2. Desafío de Diseño e Ingeniería (Evaluación de Desempeño/Guía de Calificación: 30 puntos)

3

ProcedimientoComplete los siguientes pasos para enseñar a los estudiantes sobre las palancas. El tiempo de enseñanza variará dependiendo del grado. Los estudiantes más jóvenes pueden requerir más tiempo para comprender ciertos conceptos. Antes de iniciar la clase, el instructor debe revisar a fondo el contenido del paquete del plan de estudios.

(Paquete del Plan de Estudios - Página 4-5)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

Consejo: construya una palanca de Primera, Segunda y Tercera clase para demostrarlas a los estudiantes durante la clase.

6. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Primera Clase (20 minutos)

7. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Segunda Clase (20 minutos)

1. Formar EquiposAntes de la clase, organice a los alumnos en equipos hasta de 4 participantes. Agrupe a los alumnos que trabajarán juntos de manera efectiva.

2. Repartir los Materiales (3 minutos)Proporcione a los equipos los recursos correctos de Kid Spark, el paquete del plan de estudios y el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Pida a los estudiantes que conforme avancen en la lección vayan completando la información requerida en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante.

3. Revisar los Objetivos del Aprendizaje (2 minutos) (Plan de la Lección del Instructor – Página 1)(Paquete del Plan de Estudios – Página 1)

4. Revisar los Principales Términos (10 minutos)Pida a los alumnos para que revisen los principales términos en el paquete del plan de estudios y en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. Estos términos se usarán durante toda la lección. (Paquete del Plan de Estudios - Página 1)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 1)

5. Presentar el Contenido (10 minutos)El instructor y los estudiantes trabajan juntos para aprender sobre las palancas. (elementos, propósito, ejemplos de la vida real). Los estudiantes deben completar la información apropiada en el libro de trabajo de ingeniería del estudiante. (Paquete del Plan de Estudios - Página 3)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de primera clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la ventaja mecánica.

(Paquete del Plan de Estudios - Página 6-7)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de segunda clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la ventaja mecánica.

4

El Proceso deDiseño &

IngenieríaKid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

Consejo: Revise brevemente con los estudiantes el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark.

Consejo: Pida a los equipos que entreguen los libros de trabajo de ingeniería del estudiante resueltos mientras están presentando. Para evaluar los proyectos utilice la guía de calificación del desafío de diseño (página 5) del libro de trabajo de ingeniería del estudiante.

Consejo: Prepare objetos de corto (122 cm a 183 cm) y largo (365 cm a 57 cm) alcance para probar las catapultas. Los objetos pueden hacerse con los elementos de la clase, como por ejemplo masking tape.

Ejemplo para el Instructor:http://rokenbokeducation.org/leverteacherexample

11. Limpieza (10 minutos)Pida a los estudiantes que desarmen todos sus modelos y los empaquen correctamente en los módulos o labs.

12. Revisar la Lección (5 minutos)Utilice los últimos cinco minutos de la clase para revisar la lección.

Preguntas Orientadoras:1. ¿Cuáles son los tres propósitos de una palanca?

2. ¿Cuáles son algunos ejemplos de palancas aplicadas a la vida real?

10. Desafío de Diseño e Ingeniería (60 minutos)Revise con los estudiante el resumen del desafío de diseño y las especificaciones. Pida a los estudiantes que trabajen con el proceso de Diseño e Ingeniería Kid Spark para desarrollar, probar, afinar y explicar un prototipo funcional. Los equipos presentarán sus diseños al resto de la clase. (Paquete del Plan de Estudios - Página 11-12)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 4-5)

8. Construir, Probar y Modificar una Palanca de Tercera Clase (20 minutos)Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir una palanca de tercera clase. Que identifiquen los principales elementos de la palanca, después que prueben y modifiquen la palanca para incrementar la velocidad de salida. (Paquete del Plan de Estudios - Página 7-8)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

9. Calcular la Ventaja Mecánica (20 minutos)Trabaje con los estudiantes para calcular la ventaja mecánica en los modelos Kid Spark. (Paquete del Plan de Estudios - Página 10)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 3)

Consejo: Los estudiantes pueden volver a crear los diferentes tipos de palancas que se construyeron mientras revisan la ventaja mecánica. Desafíe a los alumnos a explicar cómo se incrementa o disminuye la ventaja mecánica en cada tipo de palanca

5

E

D

C

G

H

B

I

A

F

Palanca

Principales TérminosRelacionen los términos clave que se enumeran en el grupo de palabras con la definición correcta. Escriban la letra correcta en el espacio proporcionado.

Miembros del Equipo

1.

2.

Total de Puntos

3.

4.

/25 puntosLibro deTrabajo

/30 puntosDesafío:

A. Máquina Simple

Fuerza

Palanca

Trabajo

Ventaja Mecánica

Apalancamiento

Esfuerzo

Carga

Fulcro

B.

C.

D.

E.

F.

G.

H.

I.

Principales Términos

1. ______ La cantidad que una máquina multiplica la fuerza.

2. ______ Usar una fuerza para mover un objeto a lo largo de una distancia.

3. ______ Una máquina simple que se compone de un travesaño rígidoque oscila sobre un fulcro o punto de apoyo. Se utiliza para redirigir el movimiento, incrementar la velocidad de salida, o crear una ventaja mecánica.

4. ______ Fuerza aplicada a una máquina para hacer un trabajo.

5. ______ El objeto o peso que se va a levantar o mover.

6. ______ Tirar o Empujar.

7. ______ El punto de soporte sobre el cual oscila la palanca.

8. ______ Un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.

9. ______ La ventaja mecánica obtenida al utilizar una palanca.

v2.0

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 2

Plan de Estudios

Paquete del Plan de Estudios

6

X

X

X

Elementos de una PalancaIdentifiquen el elemento correcto y anótenlo en el espacio proporcionado

Aprender, Construir& Modificar

10. 11.

Propósito de una PalancaEn los espacios proporcionados anoten los tres propósitos de una palanca.

12.

Construir y ModificarConforme el equipo complete cada paso marquen las casillas correspondientes.

18.

19.

20.

Construir, probar y modificar una Palanca de Primera Clase

Construir, probar y modificar una Palanca de Segunda Clase

Construir, probar y modificar una Palanca de Tercera Clase

13.

14.

C.B.A.

Esfuerzo

Carga

Fulcro

Brazo de la Palanca

Tipos de PalancasRevisen las siguientes ilustraciones, después anoten en espacio proporcionado el tipo correcto de palanca.

15. 16. 17.

11.

10.

FulcroEsfuerzo

Carga

Brazo dela Palanca

Fulcro

Esfuerzo

Carga Brazo dela Palanca

Fulcro Brazo de la Palanca

Redirigir el Movimiento

Incrementar la Velocidad de Salida

Crear una Ventaja Mecánica

Palanca de 2ª. Clase Palanca de 3ª. Clase Palanca de 1ª. Clase

21. La ventaja mecánica existe cuando la fuerza ______________________ de una máquina es

_____________________que la fuerza ____________________que se le aplicó.

22. Para que una máquina cree una ventaja mecánica, debe cambiar un mayor tiempo o

____________________ para reducir el esfuerzo.

7

de salida

de entradamayor

distancia

4:1

3:1

.5:1

Comprender la Ventaja MecánicaLlenen los espacios en blanco para completar la oración.

Calcular la Ventaja Mecánica en una PalancaUtilicen la fórmula para resolver los siguientes problemas.

Ventaja Mecánica:

Ventaja Mecánica:

Ventaja Mecánica:

Ejemplo 1 – Palanca de Primera Clase

Palanca de Primera Clase

Example B

Palanca de Segunda Clase

Example B

Palanca de Tercera Clase

Distancia deSalida

Distancia deSalida

6 cm

Distancia deEntrada

Distancia deEntrada

24 cm

21 cm7 cm

Input Distance

8 cm

Output Distance

16 cm

Construir& Modificar

23. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 1.

24. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 2.

25. Determinen la ventajamecánica de la palanca en elEjemplo 3.

distancia de entrada ( al )esfuerzo fulcro

Distancia de salida ( al )carga fulcro

VentajaMecánica =

distancia de entrada ( a la )esfuerzo carga

Distancia de salida ( al )carga fulcro

VentajaMecánica =

distancia de entrada ( al )esfuerzo fulcro

Distancia de salida ( al )carga fulcro

VentajaMecánica =

Esfuerzo

Carga Brazo dela Palanca

Fulcro

Ejemplo 2 – Palanca de Segunda Clase

Ejemplo 3 – Palanca de Primera Clase

Esfuerzo

Carga

Brazo dela PalancaFulcro

Esfuerzo

Carga

Brazo dela Palanca

Fulcro

8

Diseñar y construir una catapulta.

La catapulta debe incluir una palanca que cree una ventaja mecánica.

La catapulta de incluir un broche de seguridad.

La catapulta debe incluir un calibrador de distancia.

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Varias Respuestas

El presupuesto total no debe exceder a $140X

El Proceso de Diseño &

Ingeniería Kid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

Diseñar& Construir

Desafío de Diseño e IngenieríaSigan cada paso en el proceso de diseño e ingeniería para desarrollar una solución para el desafío. Marquen la casilla a medida que terminen cada paso. Completen los espacios en blanco cuando sea necesario.

1. Identificar el Desafío

Desafío:

Desafío Secundario:

Desafío Secundario:

Desafío Secundario:

Revisar las Especificaciones:

2. Lluvia de Ideas & Soluciones

Discutir ideas del diseño.

Considerar los componentes de construcción y el costo.

3. Construir un Prototipo

Construir un prototipo funcional del diseño.

4. Probar & Mejorar el Diseño

Probar y mejorar el diseño, tanto en funcionamiento como en consistencia.

Nuevo desafío descubierto:

Revisar la guía de calificación y las especificaciones del diseño.

Considerar maneras de reducir los costos.

5. Explicar el Diseño

Prepararse para demostrar y presentar el diseño a la clase.

Revisar la guía de calificación del proyecto.

Explicar las características únicas del diseño que se incluyeron.

Describir al menos un nuevo problema/desafío descubierto durante el Paso 4(Prueba y Mejora del Diseño), y cómo rediseñó el equipo un nueva solución.

Desafío Secundario:

Especificaciones

Funcionamiento

Colaboración en Equipo

Calidad/Estéticadel Diseño

Cumple todas lasespecificaciones

No cumple con lasespecificaciones

Cumple algunasespecificaciones

Cumple con la mayoríade las especificaciones

El diseño funcionaconsistentemente bien

No cumple con lasespecificaciones

El diseño funcionaparcialmente

El diseño funciona bienen general

Cada miembro delequipo contribuyó

El equipo no trabajójunto

Algunos miembros delequipo contribuyeron

La mayoría de losmiembros del equipocontribuyeron

Excelentediseño/estética

Diseño/estéticapobre

Diseño/estéticapromedio

Buendiseño/estética

En Presupuesto($140 o Menos)

Muy por Encima delPresupuesto (+$156)

Por Encima delPresupuesto($146 – $155)

Ligeramente Arriba delPresupuesto($141 – $145)

Excelente presentación/bien explicada

No hubo presentación/explicación

Presentación/explicación regular

Buena presentación/bien explicada

Costo delMaterial

Presentación

Puntos

Total de Puntos

Avanzado5 Puntos

Eficiente4 Puntos

/30

Guía deCalificación

Parcialmente Eficiente3 Puntos

No Fue Eficiente0 Puntos

955-01219-201#HV

Diseñar& Construir

Especificaciones: ¿El diseño cumple con todas las especificaciones como se indica en el resumen del diseño?

Funcionamiento: ¿Qué tan bien funciona el diseño? Funciona de manera consistente?

Colaboración del Equipo: ¿Qué tan bien trabajó el equipo? ¿Cada alumno puede describir cómo contribuyeron?

Calidad/Estética del Diseño: ¿El diseño es de alta calidad? ¿Es estructuralmente fuerte, atractivo y bien proporcionado?

Costo del Material: ¿Cuál fue el costo total del diseño? ¿El equipo pudo mantenerse dentro o por debajo del presupuesto?

Presentación: ¿Qué tan bien comunicó el equipo a los demás todos los aspectos del diseño?

Evaluación del DesafíoCuando los equipos hayan completado el desafío de diseño e ingeniería, se debe presentar al maestro y a los compañeros de clase para su evaluación. Se calificará a los equipos según los siguientes criterios:

Total de la Columna Total de la ColumnaTotal de la Columna Total de la Columna

Total de Puntos