Set di base MINDSTORMS EV3

Cambi di marcia

Costruire un veicolo con marce per studiare l'impatto dell'uso di diversi gruppi di ingranaggi.

45-90 min.
Intermedio
Dagli 11 ai 14 anni
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Piano della lezione

1. Preparazione

  • Leggi il materiale per gli studenti disponibile nell'app EV3 Classroom.
  • Raccogli alcune informazioni sulle trasmissioni a ingranaggi che aiuteranno gli studenti a comprendere concetti quali moltiplicazione dei giri e demoltiplicazione dei giri.

2. Coinvolgimento (5 min.)

  • Utilizza le idee suggerite nella sezione Avvia una discussione riportata più avanti per coinvolgere gli studenti in un dibattito incentrato sulla lezione.
  • Organizza gli studenti in gruppi di due.

3. Esplorazione (20 min.)

  • Chiedi a ogni coppia di studenti di costruire il veicolo con ingranaggi.
  • Concedi loro il tempo necessario per eseguire alcuni test e verificare che il modello sia stato costruito correttamente e funzioni come previsto.

4. Spiegazione (10 min.)

  • Chiedi a ogni team di eseguire l'esperimento almeno tre volte per ognuno dei gruppi di ingranaggi suggeriti e di registrare i risultati.
  • Accertati che siano in grado di creare le proprie tabelle di test.

5. Elaborazione (10 min.)

  • Chiedi agli studenti di analizzare in che modo il rapporto di trasmissione è correlato alla distanza percorsa e alla velocità del veicolo.
  • Invita ogni team a riepilogare brevemente i risultati degli esperimenti.
  • Non dimenticare di lasciare un po' di tempo per riordinare.

6. Valutazione

  • Fornisci un riscontro su ciò che ogni studente ha realizzato.
  • Per semplificare la procedura, puoi utilizzare le sezioni di valutazione fornite.

Avvia una discussione

Procedere in salita o controvento in bicicletta è difficile. Un buon sistema di ingranaggi consente tuttavia di regolare la potenza necessaria per continuare a muoversi. Quando si viaggia su una superficie piana, si inizia con una marcia bassa per poi passare a marce e velocità più elevate.

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Avvia una discussione sui cambi di marcia ponendo domande pertinenti, quali:

  • A cosa si riferiscono termini come trasmissione e riduzione di marcia?
  • Perché i gruppi di ingranaggi sono spesso racchiusi in alloggiamenti?
  • In che modo il rapporto di trasmissione e la distanza percorsa sono correlati?
  • In quali situazioni è utile ridurre la marcia? In quali non lo è?

Suggerimenti per la costruzione

Istruzioni di montaggio

Uso del modello
Colloca il veicolo ad almeno 10 cm da una parete prestando attenzione che il sensore ad ultrasuoni sia in posizione perpendicolare alla parete. Esegui il programma e attendi che l'icona EV3 venga visualizzata sul display. Premi il pulsante centrale sul mattoncino EV3 per avviare i test. La distanza iniziale dalla parete viene misurata utilizzando il sensore ad ultrasuoni e il timer viene reimpostato. Il veicolo si allontanerà dalla parete utilizzando il motore grande per eseguire una rotazione. Vengono misurati la distanza dalla parete e il tempo trascorso, in modo da calcolare la distanza percorsa, la velocità e la velocità di rotazione. I valori calcolati rimangono visualizzati sul display finché non si preme nuovamente il pulsante centrale per prepararsi ad altri test.

Uso del sensore ad ultrasuoni
Il sensore ad ultrasuoni genera impulsi sonori che formano un cono sonoro in cui è possibile rilevare gli oggetti presenti. Quando inizia l'esperimento, non restare accanto al veicolo o all'interno del cono di rilevamento del sensore ad ultrasuoni, ma posizionati dietro al sensore.

Esecuzione dell'esperimento
Mentre gli studenti eseguono gli esperimenti, ricorda loro quanto segue:

  • La distanza percorsa (in cm), la velocità (in m/s) e la velocità di rotazione (in giri al secondo) verranno visualizzate sul display.
  • Dati quali il numero dell'esperimento, il rapporto di trasmissione, la previsione di ciò che accadrà, la distanza percorsa e la velocità devono essere registrati in una tabella di test. Assicurati di lasciare spazio sufficiente per registrare altre osservazioni.
  • Esegui l'esperimento almeno tre volte per ogni gruppo di ingranaggi e utilizza i valori medi per ottenere risultati più affidabili.
  • Fai riferimento alle immagini contenute nella sezione "Suggerimento" per istruzioni su come cambiare le combinazioni di ingranaggi.

Suggerimenti per la programmazione

Programma

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Differenziazione

Per semplificare la lezione:

  • Collabora con gli studenti per aiutarli ad analizzare in che modo il rapporto di trasmissione è correlato alla distanza percorsa e alla velocità del veicolo
  • Riduci il numero di gruppi di ingranaggi che gli studenti devono esaminare

Per portare la lezione a un livello superiore:

  • Spiega il significato dei valori medi (ad esempio, media aritmetica rispetto a mediana, suscettibilità ai valori anomali) che possono essere utilizzati per equiparare gli errori di misurazione in una serie di esperimenti
  • Incoraggia gli studenti a definire una funzione per prevedere la distanza percorsa in base al rapporto di trasmissione
  • Incoraggia gli studenti a individuare metodi che potrebbero migliorare l'accuratezza degli esperimenti

Opportunità di valutazione

Checklist di osservazione per l'insegnante
Crea una scala adeguata alle tue esigenze, ad esempio:

  1. Obiettivo parzialmente raggiunto
  2. Obiettivo completamente raggiunto
  3. Obiettivo superato

Per valutare i progressi compiuti dagli studenti, utilizza i seguenti criteri:

  • Gli studenti hanno descritto il ruolo del rapporto di trasmissione nella previsione dell'esito dei loro esperimenti.
  • Gli studenti hanno applicato processi e/o concetti matematici per determinare la relazione tra i rapporti di trasmissione e la distanza percorsa.
  • Gli studenti hanno valutato le procedure degli esperimenti e identificato variabili indipendenti, dipendenti e di controllo.

Auto-valutazione
Invita ogni studente a scegliere il livello che ritiene rappresenti la qualità del suo lavoro.

  • Bronzo: ho eseguito gli esperimenti, ma non ho descritto il ruolo del rapporto di trasmissione nella previsione dell'esito dell'esperimento.
  • Argento: con un po' di aiuto, ho descritto il ruolo del rapporto di trasmissione nella previsione dell'esito dell'esperimento.
  • Oro: ho utilizzato la mia conoscenza del ruolo del rapporto di trasmissione negli esperimenti per prevedere quale rapporto doveva essere utilizzato in un veicolo adatto a spostare carichi pesanti.
  • Platino: ho utilizzato la mia conoscenza del ruolo del rapporto di trasmissione negli esperimenti per prevedere quale rapporto doveva essere utilizzato in un veicolo adatto a spostare carichi pesanti. Ho inoltre previsto quale rapporto di trasmissione doveva essere utilizzato per realizzare un veicolo veloce.
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Miglioramento delle capacità linguistiche

Per promuovere lo sviluppo delle capacità linguistiche, invita gli studenti a:

  • Elaborare un breve report che contenga i risultati degli esperimenti e alcuni esempi reali di situazioni in cui la moltiplicazione e la demoltiplicazioni sono fondamentali
  • Creare una presentazione spiegando i risultati degli esperimenti svolti e ciò che hanno appreso

Nota: questo allungherà i tempi della lezione.

Gli studenti che hanno apprezzato questa lezione potrebbero essere interessati ai seguenti percorsi di studio:

  • Produzione e valutazione dei progetti
  • Scienze, tecnologia, ingegneria e matematica
  • Trasporti (tecnologie per il settore automobilistico)

Supporto per insegnante

Gli studenti saranno in grado di:

  • Comprendere in quali situazioni occorre aumentare o ridurre la marcia
  • Comprendere che cambiare il rapporto di trasmissione implica una variazione della velocità

Matematica
Spazio e figure

  • Visualizzare oggetti tridimensionali a partire da rappresentazioni bidimensionali

Numeri

  • Utilizzare il concetto di rapporto fra numeri o misure
  • Utilizzare scale graduate in contesti significativi per le scienze e per la tecnica

Dati e previsioni

  • Rappresentare insiemi di dati, anche facendo uso di un foglio elettronico. In situazioni significative, confrontare dati al fine di prendere decisioni utilizzando le distribuzioni delle frequenze e le frequenze relative. Scegliere di utilizzare valori medi (moda, mediana, media aritmetica) adeguati alla tipologia ed alle caratteristiche dei dati a disposizione

Relazione e funzioni

  • Interpretare, costruire e trasformare formule per esprimere in forma generale relazioni e proprietà

Tecnologia
Vedere, osservare, sperimentare

  • Accostarsi a nuove applicazioni informatiche esplorandone le funzioni e le potenzialità
  • Eseguire misurazioni

Prevedere, immaginare, progettare

  • Pianificare la realizzazione di un oggetto
  • Immaginare modifiche di oggetti e prodotti di uso quotidiano in relazione a nuovi bisogni o necessità

Intervenire, trasformare e produrre

  • Smontare e rimontare semplici oggetti
  • Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia
  • Programmare ambienti informatici ed elaborare semplici istruzioni per controllare il comportamento di un robot
  • Valutare le conseguenze di scelte e decisioni relative a situazioni problematiche

Fisica

  • Utilizzare i concetti fisici fondamentali (ad es. la velocità, etc.), in varie situazioni di esperienza. In alcuni casi raccogliere dati su variabili rilevanti di differenti fenomeni, trovarne relazioni quantitative ed esprimerle con rappresentazioni formali di tipo diverso

Italiano
Ascolto e parlato

  • Intervenire in una conversazione o in una discussione, di classe o di gruppo, con pertinenza e coerenza, rispettando tempi e turni di parola e fornendo un positivo contributo personale
  • Riferire sugli argomenti in modo chiaro

Scrittura

  • Scrivere testi digitali anche come supporto all’esposizione orale

Materiale per studenti

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