Utilizzare le idee della natura

(NOTA: questa lezione contiene una Parte A e una Parte B. Entrambi le parti sono importanti per accedere all’apprendimento completo dello standard. Se il tempo è limitato, rivedi entrambe le parti per selezionare gli elementi che soddisfano le esigenze degli alunni.)

In questa lezione, l’apprendimento chiave riguarda la tecnica di progettazione e la biomimetica, ovvero i modi in cui le persone usano le idee ricavate dall’osservazione della natura per progettare soluzioni ai problemi umani. Gli alunni progetteranno e costruiranno una di queste soluzioni.
La lezione contiene alcuni suggerimenti per dare ispirazione. Incoraggia gli alunni a progettare e costruire le proprie idee per risolvere un problema umano di loro scelta. Ribadisci che non esiste un unico modello corretto.

• Background scientifico – Imparare dalla natura: la biomimetica è il processo che consiste nel trarre ispirazione da altri esseri viventi per progettare soluzioni ai problemi umani.
  • L’ispirazione può venire dalla comprensione di come gli organismi usano i loro organi di senso o altre strutture interne ed esterne, comprese le strutture e i processi microscopici.
  • In questa lezione, gli alunni si limitano a imitare solo le strutture esterne degli animali visibili all’occhio umano.
  • Vengono forniti esempi, con la raccomandazione di condividere gli esempi relativi alla luce e al suono (per la coerenza dell’unità). Scegli il numero e il tipo di esempi che soddisfano le esigenze di apprendimento dei tuoi alunni.
  • Per supportare gli alunni nella progettazione di invenzioni, condividi anche immagini/informazioni su varie parti del corpo di animali per trarre ispirazione.
• Costruisci le conoscenze di base – Imparare dalla natura: Utilizzando i materiali scientifici di base, condividi informazioni, immagini e definizioni.
  • Le parti esterne del corpo degli animali includono corna, pelliccia, branchie, zampe, ali, becchi, occhi, piume, squame, orecchie, pungiglioni, antenne, nasi, palpebre, conchiglie, aculei e colorazioni vivaci o motivi cromatici.
  • Gli animali usano le loro parti del corpo per riprodursi, crescere e sopravvivere nel loro ambiente, ad esempio per stare al sicuro mimetizzandosi con l’ambiente circostante, proteggendo i loro corpi o tenendo lontani i predatori.
  • Le persone usano le idee estrapolate dalla natura per creare invenzioni. Esempi di luci e suoni: 1) Modellare le lampadine a LED sotto forma di lucciola, consentendo loro di produrre più luce con meno energia; 2) Progettare treni o parti di turbine eoliche in modo che siano più silenziosi modellandoli sul becco di un martin pescatore, riducendo così il rumore nel vicinato; 3) Progettare materiali sensibili alla luce che cambiano colore in base ai livelli di luce, consentendo alle macchine e alle persone di mimetizzarsi con il loro sfondo.
  • Invenzioni familiari e loro ispirazione: aeroplani – ali di uccelli; elicotteri – libellule e colibrì; caschi di protezione – gusci di tartaruga; forma sottomarina – balene; braccia artificiali – proboscidi di elefante (lezione “Strutture animali”)
  • Terminologia chiave: parti del corpo, sopravvivenza, invenzione
• Esperienza di costruzione e programmazione: esamina i suggerimenti contenuti nel Piano dell’unità. Per questa lezione, potresti anche
  • Rinforzare i concetti con tutti i tutorial nel menu Inizia dell’app SPIKE.
  • Prova una o più delle altre lezioni in “Scienze: Osservala! Sentila! Costruiscila!” per acquisire maggiore esperienza di costruzione e familiarizzare con i Blocchi icone nell’app SPIKE.
  • Chiarisci che la programmazione è facoltativa in questa lezione.
• Materiali: usando il background di cui sopra, scegli e individua informazioni, immagini o video appropriati all’età su 1) parti esterne di animali e 2) biomimetica. Per quest’ultimo, cerca esempi di biomimetica o esempi di biomimetica + luce e suono. Stabilisci come erogherai queste informazioni scientifiche agli alunni: quanti esempi, dove condividere le informazioni, quanta scelta offrire e così via. Utilizza materiali fai da te o artistici per aiutare gli alunni a migliorare i loro modelli.

PARTE A (45 minuti)

• Presenta i personaggi principali della storia e la prima sfida: Daniel, Sofie, Leo e Maria hanno scoperto che alcuni tipi di lampadina sono stati realizzati dopo che gli scienziati hanno osservato come le lucciole emettono luce. Aiutali a scoprire altre idee che l’uomo ha ricavato dall’osservazione della natura.

• PENSA – condividi gli esempi di biomimetica e le parti di animali che hai selezionato e avvia una breve discussione sugli argomenti della lezione.

  • Guardate queste immagini. In che modo gli animali usano queste parti per sopravvivere? Lo possono fare anche le persone? (Le risposte varieranno in base alle immagini biomimetiche reperite: No, le persone non possono: emettere luce propria – lucciola; volare o usare il becco per muoversi silenziosamente – uccelli; immergersi in profondità sott’acqua – balena; ritirare la loro testa in un carapace (guscio) – tartaruga.)
  • Quali sono alcune invenzioni che ti ricordano quello che gli animali possono fare? (Esempi: ali di aeroplani e pale di elicotteri per volare come un uccello o un insetto; sottomarini per immergersi come una balena; caschi per proteggere la testa come un carapace di tartaruga; lampadine che fanno luce come una lucciola; treni e turbine eoliche che si muovono silenziosamente come un uccello)
  • Guarda altre immagini. Quali parti del corpo animale mostrano? (Le risposte varieranno a seconda delle immagini di parti di animali reperite: corna, pelliccia, branchie, zampe, ali, becchi, occhi, piume, squame, orecchie, pungiglioni, antenne, nasi, palpebre, conchiglie, aculei e colorazioni vivaci o motivi cromatici)
  • Pensa alle diverse parti del corpo degli animali. Quale problema “umano” potrebbero aiutarti a risolvere? (Incoraggia gli alunni a trovare idee e quindi condividile con gli altri alunni.)

• Distribuisci un set SPIKE™ Essential e un dispositivo a ciascun gruppo.

• Mentre gli alunni lavorano, spiega che possono progettare e costruire qualsiasi soluzione a qualsiasi problema umano, ispirandosi a qualsiasi animale. La lezione “Coinvolgimento” fornisce alcuni suggerimenti. Sottolinea che non esiste un unico modello corretto e che la programmazione è facoltativa in questa lezione a progetto aperto.

• Gli alunni devono:

  • usare l’ispirazione di “Coinvolgimento” per scegliere un problema umano da risolvere e una parte del corpo animale che possa aiutarli a risolverlo.
  • Progettare la loro idea, includendo la parte del corpo dell’animale che l’ha ispirata, spiegando come il design aiuterà le persone. (Chiedi agli alunni di nominare la parte dell’animale e cerchiare, etichettare o mostrarne l’uso nella loro idea.)
  • Pensare ai migliori materiali da utilizzare.
  • Iniziare a COSTRUIRE un modello della loro idea.
  • (Facoltativo) Iniziare a PROGRAMMARE il loro modello per mostrare come funziona.

• A circa metà del tempo di lavoro, chiedi agli alunni di scambiarsi idee utilizzando una routine familiare in classe e poi di aggiornare i loro modelli con le idee scaturite dalla condivisione.

  • Testate il modello. Cambiatelo per farlo funzionare nel modo desiderato.

• Facilita il brainstorming sui modi per combinare materiali ed elementi LEGO® nelle idee di design degli alunni. Incoraggia gli alunni a usare la loro fantasia in termini dei problemi per cui progettano e dei materiali che scelgono.

• Riunisci gli alunni per la condivisione.

• Chiedi a ogni gruppo di condividere e spiegare la loro soluzione in costruzione (modelli e schizzi), tra cui:

  • Il problema che vogliono risolvere e perché vogliono risolverlo.
  • Quale parte del corpo animale hanno usato come ispirazione e come l’animale la usa.
  • Come vogliono che la loro invenzione funzioni. (Gli alunni possono descrivere verbalmente o mostrare visivamente come funzioneranno le loro soluzioni, ma non è necessario completare un modello funzionante.)
  • Se il design funziona o se si deve cambiare.
  • Sfide di progettazione per le quali vorrebbero essere aiutati.

Se desideri continuare con la Parte B – Spiega, chiedi agli alunni di non smontare i loro modelli oppure concedi loro del tempo per ricostruirli.

PARTE B (45 minuti)

• Ripeti i passaggi della Parte A – Spiega, chiedendo ad altri gruppi di dimostrare e spiegare ciò che hanno appreso.

• Gli alunni devono:

  • (10 min.) Continuare a riassemblare e testare i modelli fino a quando non funzionano come previsto.
  • (15 min.) Dimostrare la loro invenzione e mostrare come risolve uno o più problemi umani usando un’idea presa da una parte del corpo di un animale.

• (5 min.) Invita gli alunni a condividere conoscenze, idee o abilità che:

  • Li hanno aiutati a completare la sfida.
  • Hanno appreso mentre costruivano.

• Chiedi agli alunni di rimuovere i set e sgomberare le aree di lavoro.

• Poni domande guida per sollecitare i pensieri e le decisioni degli alunni durante l’ideazione, la costruzione e la programmazione.

Checklist di osservazione

• Rivedi gli obiettivi di apprendimento (riquadro Supporto per l’insegnante).

• Usa la checklist per osservare i progressi degli alunni:

  • La loro descrizione e il loro design identificano esempi di come gli animali usano le loro strutture esterne per sopravvivere (utilizzando le informazioni scientifiche fornite).
  • Il loro design risolve un problema umano e contiene una caratteristica che imita una specifica parte del corpo di un animale. (Gli alunni possono descrivere verbalmente o mostrare visivamente come funzioneranno le loro soluzioni, ma non è necessario completare un modello funzionante.)
  • Descrivono i materiali utilizzati e le caratteristiche del loro design.

Auto-valutazione

Invita ogni alunno a scegliere il mattoncino che ritiene rappresenti meglio il suo lavoro.

• Mattoncino blu: ritengo di essere in grado di seguire le istruzioni per creare un programma.
• Mattoncino giallo: sono in grado di seguire le istruzioni per creare un programma.
• Mattoncino verde: sono in grado di seguire le istruzioni per creare un programma e posso anche aiutare un amico a farlo.

Feedback tra compagni

Chiedi agli alunni di discutere, nell’ambito dei loro piccoli gruppi, le loro esperienze di lavoro di squadra.
Incoraggiali a usare espressioni quali:

• Mi è piaciuto quando hai...
• Mi piacerebbe saperne di più su come hai...

Per semplificare la lezione:

• Riduci le scelte o sottoponi un problema umano specifico e collegalo a una specifica struttura esterna animale. Sottolinea che gli alunni possono creare la loro soluzione senza utilizzare l’Hub o la programmazione.
  Per aumentare il livello di difficoltà:
• Chiedi agli alunni di PROGRAMMARE il loro modello per mostrare come funziona la loro invenzione. Se lo desideri, invitali a estendere la sfida “Elaborazione” combinando due o più strutture per risolvere più problemi.

• Chiedi agli alunni di sviluppare il loro design (da “Esplorazione”) in un volantino o in una pubblicità per la loro invenzione. Chiedi loro di usare frecce, cerchi ed etichette per spiegare come funziona l’invenzione. Possono anche aggiungere alcune parole o una frase che dica alle persone perché dovrebbero usare l’invenzione.

Se facilitata, questa lezione durerà più a lungo dei 45 minuti standard.