Sabers del currículum

1.4 Anàlisi i disseny d’estructures per a la construcció de models. [E]

Sabers concretats

• Identificació de la funció de les estructures com a element tecnològic en el nostre entorn. [ESS]
• Reconeixement dels esforços als quals pot estar sotmesa una estructura. [ESS]
• Anàlisi de la configuració d'estructures i dels seus elements, i la relació amb les seves funcionalitats. [ESS]
• Diferenciació dels tipus d’estructures en relació amb les seves funcionalitats. [ESS]
• Disseny d’estructures d’acord amb la funcionalitat esperada. [ESS]
• Construcció d’estructures per a una aplicació concreta (com a prototip o amb funcionalitats reals).

Justificació de la proposta

Aquesta activitat és la continuació natural de l’anàlisi d’esforços (Activitat 1.4.2) i introdueix els conceptes de rigidesa, estabilitat i tipologia estructural. Es planteja a l’alumnat un problema d’observació crítica de l’entorn per descobrir la funció de les formes geomètriques. Es demostra que la configuració (forma) d’una estructura és la que permet optimitzar la resistència davant els esforços prèviament analitzats. Es fomenta l’anàlisi i la comparació de diferents solucions estructurals (CE2) abans de passar a la fase de disseny.

Descripció de l’activitat

L’alumnat inicia l’activitat amb una fase d’exploració en què se’ls planteja una pregunta d’observació: “Per què la majoria de les grues, ponts metàl·lics o torres elèctriques fan servir triangles, i, en canvi, les cases tenen marcs rectangulars?”. Els grups recullen imatges o fan esquemes de diferents estructures de l’entorn (una cadira, una prestatgeria, un pont, una grua).

A continuació, en la fase d’anàlisi (demostració pràctica), es fa una demostració de rigidesa. L’alumnat fa servir tires de paper o plastilina i escuradents (o pals de fusta) per construir un quadrat i un triangle de la mateixa mida. El professorat hi aplica una força lateral per demostrar com el rectangle es deforma fàcilment (no és rígid), mentre que el triangle és inherentment rígid i estable. Es relaciona el concepte de triangulació amb els esforços de l’activitat anterior (la compressió/tracció és més eficient que la flexió).

En la fase d’estructuració (classificació), l’alumnat fa una recerca guiada (digital) per classificar les estructures observades segons la seva tipologia: entramada (ponts, grues), massiva (preses, piràmides) i de closca (ous, avions, túnels), i associa cada tipus amb la seva funció principal (resistir vent, salvar distàncies, suportar pes).

Finalment, en la fase de síntesi, cada grup tria un objecte quotidià (p. ex.: un banc o una prestatgeria) i proposa un disseny de millora basat en la triangulació o el canvi de tipologia estructural, justificant la millora amb els conceptes de rigidesa i estabilitat. L’activitat conclou amb una reflexió guiada sobre com l’enginyeria utilitza la geometria per garantir la seguretat i l’eficiència de les estructures.

Recomanacions

El o la docent ha de fer una demostració de rigidesa clara a l’inici de l’activitat. En la pràctica de construcció amb pals, cal preguntar a l’alumnat quina forma és més difícil de deformar lateralment, en lloc de centrar-se només en la força que suporta. Això permet visualitzar el triangle com un quadrat al qual s’ha afegit una diagonal per impedir-ne la deformació lateral, vinculant directament la forma geomètrica (triangulació) amb la resistència als esforços de flexió.

Per afrontar l’ús imprecís de termes, el professorat ha de promoure la creació d’un vocabulari tècnic compartit. S’ha d’insistir en la diferenciació entre conceptes fonamentals com ara resistència (quantitat de força que suporta un material), rigidesa (capacitat d’un cos de no deformar-se per l’acció d’una força) i estabilitat (capacitat de no bolcar).

En la fase de recerca (Fase 3), per evitar l’abstracció, el professorat ha de guiar la recerca visual i contextualitzada. Cal proporcionar exemples molt clars de les tipologies: la de closca (un ou, un casc), la massiva (una piràmide, un mur de contenció) i l’entramada (un pont de gelosia, una torre elèctrica), per assegurar-se que l’alumnat les associa a la seva funció real.

Per evitar propostes de millora ineficients (com ara afegir material sense criteri), el o la docent ha d’introduir el criteri d’eficiència. El professorat ha de guiar la reflexió amb la pregunta clau: “Com podeu aconseguir la mateixa resistència o més utilitzant menys material?”. Això obliga l’alumnat a justificar el canvi de tipologia o la triangulació basant-se en l’optimització i l’estalvi, que és la base del disseny en enginyeria.

Sabers del currículum

1.4 Anàlisi i disseny d’estructures per a la construcció de models. [E]

Sabers concretats

• Identificació de la funció de les estructures com a element tecnològic en el nostre entorn. [ESS]
• Reconeixement dels esforços als quals pot estar sotmesa una estructura. [ESS]
• Anàlisi de la configuració d’estructures i dels seus elements, i la relació amb les seves funcionalitats. [ESS]
• Diferenciació dels tipus d’estructures en relació amb les seves funcionalitats. [ESS]
• Disseny d’estructures d’acord amb la funcionalitat esperada. [ESS]
• Construcció d’estructures per a una aplicació concreta (com a prototip o amb funcionalitats reals).

 Concreció proposada per a: 2n d’ESO 

Justificació de la proposta

Dins del bloc de sabers Procés de resolució de problemes i de projectes, el saber Anàlisi i disseny d’estructures per a la construcció de models permet aprofundir amb l’alumnat en el concepte d’estructura com a element bàsic que conforma molts dels objectes que trobem al nostre entorn. Un dels coneixement que cal treballar amb l’alumnat en relació amb aquestes estructures és la seva funcionalitat i, per tant, a quins esforços es poden veure sotmeses. Aquesta activitat serveix com a exploració d’aquest concepte d’esforços i de l’efecte que poden tenir en les diverses estructures.

Descripció de l’activitat

Entesa com una activitat d’exploració, l’activitat consisteix a demanar que l’alumnat provi de deformar i trencar un espagueti i que, en paral·lel, analitzi les forces que ha fet per produir aquest efecte en l’espagueti. Addicionalment, es demana a l’alumnat que pensi un possible nom per a aquest esforç (servirà per connectar amb el que anem treballant posteriorment en les fases d’introducció de nous punts de vista).

Detall de l’activitat

1. Donem un grapat d’espaguetis a l’alumnat i els fem la pregunta següent: “De quantes maneres podem deformar o trencar un espagueti?”.

1. Ompliu la taula següent

Recomanacions

Cal comprendre que es tracta d’una activitat inicial, d’exploració, i que, per tant, s’espera que les respostes de l’alumnat siguin molt descriptives i amb un llenguatge poc tecnològic. Es busca principalment que l’alumnat relacioni un tipus de deformació amb la manera com s’apliquen les forces. Cal, doncs, incidir en l’alumnat que observi aquesta relació a l’hora d’omplir la taula. Si veiem que l’alumnat no sap com procedir, podem modelitzar el que els demanem aplicant diverses forces als espaguetis per provocar deformacions diverses. Des d’una perspectiva de disseny universal de l’aprenentatge, podem permetre que l’alumnat ompli la taula de més d’una forma: amb textos, amb dibuixos, etc.