1

Plan de la Lección del Instructor

v2.1

Serie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 6

Tornillo Plan de Estudios

IntroducciónEsta lección de Kid Spark STEM-Maker está diseñada para presentar a los estudiantes una de las seis máquinas simples: el tornillo. Los estudiantes se familiarizarán con el funcionamiento de un tornillo aprendiendo información clave, construyendo y modificando un modelo de un tornillo, y luego diseñando y construyendo un tornillo personalizado 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.

Tiempo de la Actividad: 150 Minutos

Grados: 4-12

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

Comprender los elementos básicos y el propósito de un tornillo.

Calcular la cantidad de ventaja mecánica en un tornillo.

Modificar un tornillo para aumentar la ventaja mecánica.

Diseñar y construir un tornillo personalizado para resolver un desafío.

Conceptos STEM Cubiertos

Fuerza

Esfuerzo

Carga

Trabajo

Movimiento

Distancia

Máquinas Simples

Ventaja Mecánica

Crear un Prototipo

Pensamiento Crítico

Multiplicación

Divisan

Unidades de Medida

Paso

Objetivos del Aprendizaje

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

Elementos de un tornilloPropósito de un tornilloAplicaciones en la vida realVentaja mecánica en un tornillo

1. Aprender2. Construir& Modificar

3. Diseñar &Construir

Construir un tornilloProbar un tornilloModificar el tornillo para incrementar la ventaja mecánica

Diseñar y construir un tornillo personalizado para resolver un desafío

2

Niveles de Aprendizaje

Nivel Bajo: Conocimiento del Contenido

Identificar: los elementos de un tornillo

Investigar: aplicaciones del tornillo en la vida real

Enumerar: los propósitos de un tornillo

RecursosLos siguientes recursos se usarán para completar esta lección.

1. Plan de Estudios Kid Spark STEM-Maker

Tornilloa. 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: un tornillo personalizado que cree una ventaja mecánica

Describir: cómo incrementar la ventaja mecánica en un tornillo

Reconocer: cuánta ventaja mecánica hay en un diseño

1. Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante (Hoja de Trabajo escrita: 30 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 los tornillos. 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.

Consejo: lleve diferentes ejemplos de tornillos para mostrarlos a los estudiantes (tornillo para madera, perno etc…).

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 que escriban las definiciones 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 los tornillos. (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)

6. Construir , Probar y Modificar el Tornillo (30 minutos)

Pida a los estudiantes que sigan las instrucciones para construir, probar y modificar un modelo de tornillo. (Paquete del Plan de Estudios - Página 4-7)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 2)

7. Comprender y Calcular la Ventaja Mecánica (20 minutos)Trabaje con los estudiantes para que comprendan y calculen la ventaja mecánica en los modelos Kid Spark.

(Paquete del Plan de Estudios - Página 8-9)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 3-4)

4

El Proceso deDiseño &

IngenieríaKid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

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

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

Preguntas Orientadoras:

(Paquete del Plan de Estudios - Página 10-12)(Libro de Trabajo de Ingeniería del Estudiante - Página 5-6)

8. 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.

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 6) del libro de trabajo de ingeniería del estudiante.

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

1. ¿Cuáles son los dos propósitos de un tornillo?

2. ¿Cómo se llama la distancia entre los hilos de un tornillo? ¿Cómo afecta al tornillo?

5

Libro de Trabajo de Ingeniería del EstudianteSerie: Aplicaciones en Diseño e Ingeniería – Sección 6

Tornillo

A. Máquina Simple

Tornillo

Hilo del Tornillo

Paso del Tornillo

Fricción

Ventaja Mecánica

Radio

Diámetro

Circunferencia

Pi

Fuerza

Trabajo

Esfuerzo

Carga

B.

C.

D.

E.

F.

G.

H.

I.

J.

K.

L.

M.

N.

Principales Términos

v2.0

Miembros del Equipo Total de Puntos

/30 puntosLibro deTrabajo

/30 puntosDesafío:

Plan de Estudios

1.

2.

3.

4.

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.

1. ___ La distancia alrededor de un círculo.

2. ____ Usar una fuerza para mover un objeto una distancia.

3. ____ Un plano inclinado alrededor de un cilindro que convierte elmovimiento rotatorio en movimiento lineal.

4. ____ La distancia del centro de un círculo al borde exterior.

5. ____ El objeto o peso que se mueve o levanta.

6. _____ Tirar o empujar.

7. ____ número irracional e infinito (3.14 ....) que relaciona el perímetro o longitud de una circunferencia con su diámetro.

8. _____ Resistencia que encuentra una superficie u objeto mientras estánen contacto y moviéndose a través de otro.

9. ____ La distancia entre los hilos o crestas de un tornillo

10. _____Un dispositivo que transmite o modifica la fuerza o el movimiento.

11. ____La distancia entre dos puntos de un círculo pasando por su centro

12. ____Una fuerza aplicada a una máquina para hacer el trabajo.

13. ____ La cantidad que una máquina multiplica la fuerza.

14. ____ Las crestas levantadas que rodean un tornillo.

I

L

B

G

N

K

J

E

D

A

H

M

F

C

Aplicación en la Vida RealInvestiguen algunas aplicaciones del tornillo en la vida real. En el espacio proporcionado, escriban dos ejemplos que no se encuentren en el paquete del plan de estudios.

6

Cilindro Paso Hilo

Tirar o Empujar

Sostener o Sujetar

Tornillo de Arquímedes

Hélice de un Avión

X

X

14. 15.

Propósito de un TornilloAnoten los dos propósitos de un tornillo en el espacio en blanco.

17. Propósito:

18. Propósito:

19.

20.

16. 16.

14.

15.

Elementos de un TornilloIdentifique y anoten en el espacio proporcionado el elemento correcto.

Aprender, Construir& Modificar

Construir y Modificar

21.

22.

Construir y probar un modelo de tornillo.

Modificar y probar un modelo de tornillo.

7

30 cm

94.2 cm

10 cm

62.8 cm

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

____________________ para reducir el esfuerzo.

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

Construir& Modificar

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

_____________________que la fuerza ___________________que se le aplicó.

25. Calcular el diámetro de uncírculo en el ejemplo 1

26. Utilizar la fórmula paracalcular la circunferencia delcírculo en el ejemplo 1.

27. Calcular el radio de un círculoen el ejemplo 2.

28. Utilizar la fórmula paracalcular la circunferencia delcírculo en el ejemplo 2.

Ejemplo 1

Atributos de un CírculoEscriban la respuesta correcta en los espacios proporcionados

Circunferencia

Diámetro

Radio(15 cm)

Diámetro:

Circunferencia: Fórmula de la Circunferencia

C = 2 π rr = radio

Ejemplo 2

Circunferencia

Diámetro(20 cm)

Radio

Radio:

Circunferencia:

de salida

mayor de entrada

distancia

8

15:1

16:1

Ventaja Mecánica:

Ventaja Mecánica:

Ejemplo 2 – Tornillo

Example BEjemplo 1 – Tornillo

22.5 cm

1.5 cm

37.2 cm

2.5 cm

Calcular la Ventaja Mecánica en un TornilloUsa las fórmulas para resolver los problemas a continuación.

Construir& Modificar

29. Determinar la ventajamecánica del tornillo en elejemplo 1.

30. Determinar la ventajamecánica del tornillo en elejemplo 2.

Circunferencia del Tornillo

Paso del Tornillo

VentajaMecánica =

Fórmula

Circunferencia del Tornillo

Paso del Tornillo

VentajaMecánica =

Fórmula

El Proceso de Diseño &

Ingeniería Kid Spark

Identificarel Desafío

Lluvia deIdeas &

Soluciones

Construirel Prototipo

Prueba &Mejora del

Diseño

Explicar elDiseño

9

Diseñar y Construir un elevador que pueda subir una compuerta.

El elevador debe incluir un tornillo que cree una ventaja mecánica.

El elevador debe incluir un broche seguridad.

El elevador debe subir la compuerta al menos 2 cm (1 bloque) desde su base.

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Varias Respuestas

El presupuesto total no debe exceder $180.X

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:

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.

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($180 o Menos)

Muy por Encima delPresupuesto (+$196)

Por Encima delPresupuesto($186 – $195)

Ligeramente Arriba delPresupuesto($181 – $185)

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

1055-01225-201 ES

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 Columna Total de la Columna Total de la Columna

Total de Puntos