Meccanica per tutti Diventa un progettista di macchinari · Meccanica per tutti Diventa un...

Il presente documento è stato prodotto in conformità al contratto CE n. 288989 È proprietà dei Partner del progetto ENGINEER e la sua distribuzione o riproduzione non sarà consentita senza la previa

autorizzazione formale.

Meccanica per tutti

Diventa un progettista di macchinari Meccanica

Energia

Unità per studenti dai 9 agli 11 anni

2 Il presente documento è stato prodotto in conformità al contratto CE n. 288989

È proprietà dei Partner del progetto ENGINEER e la sua distribuzione o riproduzione non sarà consentita senza la previa autorizzazione formale.

Introduzione

"Meccanica per tutti" è una delle dieci unità didattiche per la scuola primaria e secondaria di I grado

sviluppate per supportare l'apprendimento delle scienze attraverso svariate sfide di progettazione sul

tema dell'ingegneria. Le sfide riprendono il modello di apprendimento basato sull’indagine Engineering is

Elementary®, ("L’ingegneria è elementare"), sviluppato con successo dal Museo della Scienza di Boston.

Ciascuna unità affronta un diverso ambito scientifico e un diverso settore dell’ingegneria, richiede solo

materiali economici e ha l’obbiettivo di supportare lo studente nell’esplorazione scientifica e nella

progettazione di tipo problem-solving. Le unità sono state sviluppate per incuriosire una grande varietà

di studenti e per mettere alla prova gli stereotipi sull'ingegneria e sugli ingegneri, migliorando l’interesse

sia degli studenti che delle studentesse verso la scienza, la tecnologia e l'ingegneria.

Il nostro approccio pedagogico

In ogni unità le attività sono organizzate seguendo le 5 fasi del processo di progettazione ingegneristico:

formula domande, immagina, pianifica, realizza e migliora. Prestare attenzione a queste 5 fasi aiuta gli

insegnanti a formulare domande, e gli studenti a stimolare la propria creatività rimanendo liberi di

sviluppare le proprie abilità di problem-solving, testare le possibili alternative, interpretare i risultati e

valutare le soluzioni. I compiti e le sfide sono stati progettati per poter avere molteplici soluzioni e per

evitare le "risposte giuste". In particolare, gli ideatori delle unità, hanno cercato di evitare situazioni che

enfatizzassero la competizione, che può scoraggiare alcuni studenti, cercando però di mantenere viva la

motivazione a voler risolvere un problema. Un obiettivo importante in tutte le unità è quello di

massimizzare le opportunità di lavorare in gruppo per favorire gli studenti nell’apprendere lavorando

insieme e nel comunicare efficacemente le proprie idee. Mentre esaminano un nuovo problema, è

fondamentale per gli studenti discutere le proprie idee, individuare le conoscenze necessarie, condividere

i risultati ottenuti, progettare le soluzioni e quindi migliorarle.

Come sono organizzate le unità

Ogni unità inizia con una lezione generale preparatoria, comune a tutte le dieci: la lezione 0. Gli

insegnanti che scelgono di utilizzare più di un’unità dovranno cominciare con questa lezione la prima

volta e con la lezione 1 nelle unità successive. La lezione 1 introduce un contesto narrativo o un problema

che prepara a quello che avviene in seguito: la lezione 2 che è incentrata sull'esplorazione dell’ambito

scientifico che gli studenti devono approfondire per risolvere il problema. Nella lezione 3 gli studenti

progettano e realizzano la soluzione proposta. Infine la lezione 4 dà agli studenti l'opportunità di

valutare, presentare e discutere quello che hanno fatto.

Ciascuna unità è comunque unica, alcune sono più impegnative in termini di comprensione scientifica, e

quindi il tempo richiesto per ciascuna può variare. Nella presentazione di ogni unità sono riportati i tempi

indicativi e le età di riferimento degli studenti. Le unità sono progettate per essere flessibili e gli

insegnanti possono scegliere quali attività preferiscono svolgere; le unità offrono inoltre la possibilità agli

insegnanti di differenziare le attività in modo da dare spazio a un’ampia gamma di abilità.



Assistenza per gli insegnanti

Ciascuna unità è stata scritta per fornire un appropriato supporto scientifico, tecnico e pedagogico a

insegnanti con diversi livelli di esperienza e competenza. Ogni lezione fornisce suggerimenti e consigli

per favorire l’apprendimento basato sull'indagine, l'organizzazione e la preparazione della classe. Le

attività scientifiche e di costruzione sono illustrate con fotografie. Le note di pedagogia scientifica in

Appendice spiegano e discutono la scienza trattata nell'unità e come facilitare la comprensione dei

concetti fondamentali per studenti di quella fascia d'età. Le schede didattiche forniscono anche le

risposte e possono essere fotocopiate.



Sommario

Introduzione ............................................................................................................................................... 2

Presentazione dell’unità .............................................................................................................................. 6

Risorse ....................................................................................................................................................... 7

Lezione 0 – Progettare una busta ............................................................................................................... 11

0.1 Introduzione - 10 minuti - attività in piccoli gruppi e discussione con l'intera classe ............................. 12

0.2 Attività 1 - Che cosa è una busta? - 5 minuti - in piccoli gruppi .............................................................. 12

0.3 Attività 2 - Abbinare le buste agli oggetti - 15 minuti - piccoli gruppi e discussione in classe ............... 13

0.4 Attività di approfondimento - facoltativa - 10-30 minuti - in piccoli gruppi .......................................... 13

0.5 Conclusione - 10 minuti - discussione con l'intera classe ....................................................................... 14

0.6 Risultati dell'apprendimento - per valutazione opzionale ...................................................................... 15

Lezione 1 – Qual è il problema ingegneristico? ............................................................................................ 16

1.1 Attività introduttiva - creare il contesto - discussione in classe - 10 minuti ........................................... 17

1.2 Definire un oggetto usando un meccanismo - lavoro di gruppo - 25 minuti .......................................... 17

1.3 Presentazione di gruppo e determinazione dei concetti didattici chiave - 25 minuti ............................ 17

1.4 Conclusione - plenaria - 10 minuti .......................................................................................................... 18

Lezione 2 – Cosa dobbiamo sapere? ........................................................................................................... 19

2.1 Attività introduttiva - riprendere la lezione precedente - discussione dell’intera classe - 15 minuti ..... 20

2.2 Cosa succede dentro un oggetto meccanico? - lavoro di gruppo - 20 minuti ........................................ 20

2.3 Alla scoperta delle camme! - lavoro di gruppo - 80 minuti .................................................................... 20

2.4 Attività di approfondimento: alla scoperta degli ingranaggi! - lavoro di gruppo - 80 minuti ................. 21

2.5 Conclusione - plenaria - 5 minuti ............................................................................................................ 22

Lezione 3 – Costruiamo! ............................................................................................................................ 23

3.1 Attività introduttiva - ripasso della lezione precedente - discussione in classe - 10 minuti ................... 24

3.2 Giocattoli meccanici - lavoro di gruppo - 60 minuti ................................................................................ 24

3.3 Attività di approfondimento - il contatore - lavoro in gruppo - 80 minuti ............................................. 24

3.4 Conclusione - plenaria - 30 minuti .......................................................................................................... 25

Lezione 4 – Come abbiamo fatto? .............................................................................................................. 26

4.1 Attività introduttiva - discussione in classe - 15 minuti ............................................................................. 27

4.2 Miglioramenti - lavoro di gruppo - 60 minuti ............................................................................................. 27

4.3 Conclusione - plenaria - 25 minuti ............................................................................................................. 27

Processo di progettazione ingegneristico ....................................................................................................................... 28

La storia per creare il contesto ....................................................................................................................................... 29

Schede Didattiche e schede delle risposte ..................................................................................................................... 31

Scheda Didattica 1 Lezione 0 - Ingegneria? ...................................................................................................... 32

Scheda Didattica 1 Lezione 0 - Ingegneria? - Note pedagogiche per l'insegnante........................................... 33

Scheda Didattica 1 Lezione 1 - Trovare un oggetto meccanico........................................................................ 34

Scheda delle risposte Scheda Didattica 1 Lezione 1 - Trovare un oggetto meccanico ..................................... 35

Scheda Didattica 1 Lezione 2 - Definire un oggetto meccanico ....................................................................... 37






Scheda delle risposte - Scheda Didattica 1 Lezione 2 - Definire un oggetto meccanico .................................. 41




Scheda Didattica 2 Lezione 2 - Giochiamo con le camme! (1/3) ...................................................................... 45


Scheda delle risposte - Scheda Didattica 3 Lezione 2 - Giochiamo con le camme! (2/3) ................................. 48


Scheda delle risposte - Scheda Didattica 4 Lezione 2 - Giochiamo con le camme! (3/3) ................................. 51

Scheda Didattica 5 Lezione 2 - Giochiamo con gli ingranaggi! ......................................................................... 52

Scheda delle risposte - Scheda Didattica 5 Lezione 2 - Giochiamo con gli ingranaggi! .................................... 53

Consigli per la costruzione di oggetti meccanici ............................................................................................................. 55

Come costruire un giocattolo meccanico ......................................................................................................... 55

Come costruire il contatore? ............................................................................................................................ 59

Modello per la ruota per il conteggio di unità ................................................................................................. 61

Note scientifiche per gli insegnanti sulla meccanica ...................................................................................................... 62

Alcune idee dei bambini sulla meccanica ....................................................................................................................... 64

Partner... ....................................................................................................................................................................... 66



Presentazione dell’unità

Durata: 6 ore e 40 minuti (400 minuti)

Gruppo target: studenti di 9, 10 e 11 anni

Descrizione: partecipando alla sfida "MECCANICA PER TUTTI, diventa un progettista di macchinari", gli studenti

diventano ingegneri e imparano le basi della meccanica con un’attenzione particolare alla trasmissione e alla

trasformazione del moto. Nel corso di questa unità gli studenti impareranno a maneggiare oggetti reali per

descrivere elementi semplici della meccanica, come ad esempio camme, leve, ingranaggi, e a usarli come strumenti

per capire come funziona un oggetto. Gli studenti useranno materiali semplici per testare le loro ipotesi e le loro

idee e per poi apportare dei miglioramenti. Lavoreranno in gruppo e presenteranno e discuteranno tutte le loro

proposte. Questo processo è un modo per risvegliare negli studenti l’interesse per la scienza e l’ingegneria, a

prescindere da qualunque difficoltà si possa incontrare. Le attività sono collegate ad una storia e gli studenti devono

essere in grado di venire a capo della sfida. La lezione di valutazione finale permette agli studenti di stabilire se

hanno creato un oggetto che funziona oppure no.

Ambito scientifico: quest’unità fa riferimento all’ambito scientifico dei macchinari creati dall’uomo.

Settore ingegneristico: quest’unità presenta il settore dell’ingegnera meccanica.

Obiettivi: in quest’unità gli studenti impareranno

come applicare alcuni elementi chiave dell’ingegneria di base alla creazione di giocattoli meccanici;

a capire e apprezzare la scienza delle forze e del movimento coinvolte in questo progetto;

ad applicare il processo di progettazione ingegneristico per superare sfide di tipo ingegneristico.

Le lezioni in quest’unità:

La lezione generale preparatoria mira a far comprendere quanto l’ingegneria sia fondamentale nella vita di tutti i giorni, anche se non sempre è evidente. La lezione 1 introduce il problema ingegneristico, il suo contesto e il processo di progettazione ingegneristico.

Con la lezione 2 si entra nella fase "formula domande" del processo di progettazione ingegneristico, che conduce a

un’indagine sulla meccanica. Potete decidere se costruire un contatore e studiare gli ingranaggi oppure costruire

giocattoli meccanici e studiare le camme. Questa lezione offre agli studenti l’opportunità di acquisire le conoscenze

necessarie per realizzare il proprio macchinario.

Nella lezione 3 gli studenti sono coinvolti in modo attivo nell’applicazione del processo di progettazione

ingegneristico per risolvere il problema, ovvero progettare e costruire dei piccoli oggetti meccanici (giocattoli o

contatore). Gli studenti possono cominciare con una delle soluzioni suggerite nella guida per insegnanti o

inventarne uno, testando diversi materiali.

La lezione 4 è il momento di valutare il processo che ha portato alla realizzazione dei giocattoli meccanici o del

contatore e gli studenti dovranno dimostrare di avere rispettato tutti requisiti e descrivere che tipo di miglioramenti

hanno apportato.



Risorse Elenco di tutti i materiali e le quantità necessarie per 30 studenti .

Materiale Quantità

totale

Lezione 0 Lezione 1 Lezione 2 Lezione 3 Lezione 4

Forbici

30 1 30 30 30

Elastici di gomma

40 30 20 20

Colla stick

30 30 30 30

Patafix

13 3 5 5

Bastoncini lunghi in legno

100 40 30 30

Cannucce

100 50 30 20

Scotch

3 1 1 1

Una pistola per colla a caldo

1 1 1 1

Un punteruolo o trapano a mano

5 5 5 5

Scatola di polistirolo 15 15 15

Matite

30 30 30 30 30



Materiale Quantità

totale Lezione 0 Lezione 1 Lezione 2 Lezione 3 Lezione 4

Filo

1 ½ ½

Scatole di cartone 30 15 15

Taglierina per l’insegnante (non

indispensabile)

1 1 1

Tappi

20 10 10

Cartone X X X X

Plastilina (tipo"Play-doh")

X X X

Carta X X X

1. Questi materiali sono necessari per le dimostrazioni.

Materiale Quantità


Bicicletta

1 1 1

Orologio

1 1

Mattarello

1 1

Cavatappi

1 1 1



Materiale Quantità


Ombrello

1 1

Forbici

1 1

Penne e matite

2 2

Compasso

4 1 4 4

Cartella

1 1

Giocattolo meccanico

1 1 1 1 1

Macchina fotografica

1 1

Gru giocattolo

1 1

Camion dei pompieri giocattolo

1 1

Una lampada con il meccanismo

interno visibile

1 1



Potete portare anche degli oggetti non meccanici, come una palla, una scarpa, un libro, una candela, una forchetta

ecc.

Questi materiali sono facoltativi. Introducendone alcuni, la discussione con gli studenti diventerà ancora più

interessante.

Materiale Quantità


Macchina da scrivere manuale

1 1

Microscopio

1 1

Macchina da cucire

1 1

Centrifuga per insalata

1 1

Frusta per uova

1 1

Set di ruote (tipo Lego)

10 set 10 set



Lezione 0 – Progettare una busta

Che cos’è l'ingegneria?

Durata: potete scegliere quanto tempo dedicare a questa lezione in base al livello di esperienza degli studenti.

L'introduzione, le attività principali e le conclusioni richiederanno fino a 40 minuti; per eventuali attività di

approfondimento saranno necessari altri 10-30 minuti.

Obiettivi: in questa unità gli studenti impareranno che

gli ingegneri progettano soluzioni ai problemi utilizzando una serie di tecnologie diverse;

le tecnologie da impiegare per risolvere un determinato problema dipendono dal contesto e dai materiali

disponibili;

gli oggetti costruiti sono stati progettati per risolvere problemi;

gli ingegneri possono essere sia uomini che donne.

Risorse (per 30 studenti)

8 blocchetti di post-it

8 set di almeno 5 tipi diversi di buste

8 set di almeno 5 oggetti diversi

8 set di confezioni/imballi (per le attività di

approfondimento opzionali)

Cartoncino, carta, colla, forbici (per le attività

di approfondimento opzionali)

Preparazione

Raggruppate una serie di buste e confezioni

diversi

Stampate copie della Scheda Didattica 1

Raccogliete le immagini per l'attività

introduttiva

Metodo di lavoro

Piccoli gruppi

Discussione con l'intera classe

Contesto e background

Questa lezione è comune a tutte le unità ed è volta a incoraggiare gli

studenti a riflettere su cosa sia la tecnologia e a superare gli stereotipi

sugli ingegneri (in particolare quelli di genere) e sull’ingegneria.

Il suo scopo è stimolare la consapevolezza che gli oggetti costruiti sono

stati progettati per un particolare scopo e che la tecnologia in senso lato

riguarda qualsiasi oggetto, sistema o processo che è stato progettato e

modificato per risolvere un certo problema o soddisfare una necessità

particolare.

Gli studenti hanno la possibilità di riflettere su questo concetto

discutendo insieme su quale problema si propone di risolvere un

determinato oggetto tecnologico (nel caso specifico, una busta). In questa lezione gli studenti discuteranno della

varietà di tecnologie che vengono utilizzate per progettare una busta per un uso specifico.

Altro obiettivo di questa lezione è quello di evitare giudizi di valore in merito a tecnologie più avanzate, o "high

tech", rispetto a quelle meno avanzate, o "low tech", e incoraggiare gli studenti a rendersi conto che quello che

conta è che una certa tecnologia sia appropriata a un particolare contesto: la gamma dei materiali disponibili

determinerà il tipo di tecnologia che l’ingegnere utilizza per risolvere un determinato problema.

12 This

Il presente documento è stato prodotto in conformità al contratto CE n. 288989 Documento distribuito con licenza Creative Commons Attribuzione - Non commerciale 4.0 Internazionale.

0.1 Introduzione- 10 minuti - attività in piccoli gruppi e discussione con l'intera classe

Dividete la classe in gruppi di 4 studenti ciascuno e date ad ogni gruppo un blocchetto di

post-it. Chiedete ai gruppi di discutere tutti gli aspetti che associano ai termini "ingegneria" e

"tecnologia". Assicuratevi che, durante la discussione, ciascun membro dei vari gruppi

contribuisca scrivendo almeno un'idea sul post-it.

Invitate tutti i gruppi ad attaccare i post-it su un cartellone e a spiegare brevemente le loro

scelte al resto della classe. Conservate la lista di idee per una revisione al termine della

lezione.

Assistenza ulteriore per la discussione

Questa parte della lezione può essere ampliata mostrando agli studenti immagini di esempi

stereotipici e insoliti di ingegneria, e chiedendo loro poi di raggruppare le immagini a seconda

che le associno o no all’ingegneria. Per quest’attività potete utilizzare la Scheda Didattica 1

oppure potete disporre le immagini su un tavolo, in modo da farle vedere a tutta la classe. Fate

lavorare gli studenti a coppie e fategli decidere quali immagini pensano che siano associate

all'ingegneria e quali no, facendogli motivare la loro decisione. A questo punto ogni coppia di

studenti deve confrontarsi con un’altra coppia e discutere di eventuali differenze o punti in

comune delle proprie idee. Potete usare queste idee come punto di partenza per una discussione

con l’intera classe; è necessario incoraggiare gli studenti ad ampliare il loro modo di pensare in

merito a cosa sia l’ingegneria e quali possano essere i soggetti coinvolti.

0.2 Attività 1 - Che cos’è una busta? - 5 minuti - in piccoli gruppi

Organizzate gli studenti in piccoli gruppi per discutere su cosa sia una busta e quali sono i

suoi aspetti costitutivi. Per facilitare la discussione, presentate una serie di esempi di buste

che servono a coprire e/o proteggere oggetti o materiali per un determinato scopo (vedi

immagini).

Una parte importante di quest’attività è quella di incoraggiare gli studenti a rendersi conto che

vi sono numerose interpretazioni del concetto di busta. Nelle immagini sono presenti alcuni

esempi che possono mettere in discussione l'idea di "busta": essi comprendono interpretazioni

più ampie su cosa sia effettivamente una busta, in altre parole qualcosa che "ospita",

"protegge", "tiene fermo", "copre", "nasconde" o persino "rivela" una serie di oggetti diversi.


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0.3 Attività 2 - Abbinare le buste agli oggetti - 15 minuti - piccoli gruppi e discussione in classe

Dividete la classe in gruppi di 4 studenti ciascuno e date loro una serie di buste e oggetti che

potrebbero essere inseriti nelle buste. Chiedete agli studenti di scegliere quali sono le buste

più adatte agli oggetti e di spiegare il perché.

Gli oggetti in questione possono essere un paio di occhiali, un certificato, una fotografia che non

deve essere piegata, un gioiello fragile, un DVD, una serie di documenti riservati, un paio di

forbici. La gamma di oggetti e di buste può variare in base al contesto e alle disponibilità.

Le domande seguenti possono essere utili per guidare la discussione:

─ In quale materiale è realizzata la busta?

─ Quali elementi di fissaggio e chiusura sono utilizzati nella busta?

─ Per quale serie o quali tipi di oggetti si potrebbe utilizzare la busta?

─ Con quali altri materiali potrebbe essere fabbricata?

Ciascun gruppo riferirà poi le proprie idee alla classe.

A questo punto potete scegliere di guidare la discussione e di illustrare le varie tecnologie

utilizzate per la realizzazione ogni tipo di busta, compresi i tipi di strutture, i fissaggi e le

chiusure utilizzate (per es. fissaggi riutilizzabili o permanenti, aree rinforzate, materiali interni

ed esterni, sigilli degli spigoli). Questa è un'attività di valutazione attraverso cui ci si può

riallacciare al processo di progettazione ingegneristico: la discussione potrebbe comprendere

una riflessione riguardo al processo in cui sono coinvolti gli ingegneri quando creano un oggetto

destinato a risolvere un problema particolare.

0.4 Attività di approfondimento - facoltativa - 10-30 minuti - in piccoli gruppi

1. Date agli studenti una serie di buste e chiedete loro di valutarne la progettazione in

termini di adeguatezza allo scopo (vedi figura).

Si potrebbe fare un confronto tra le

varie buste in base ai tipi di fissaggi e

di rinforzi utilizzati e in base ai tipi di

materiali utilizzati (per es.

l'imbottitura a bolle d'aria,

l’assorbenza, la robustezza, o la

resistenza allo strappo).

Si potrebbe integrare quest’attività

esaminando diversi tipi di

confezioni/imballi in relazione alla

presenza di alette e in quale modo

esse vengono utilizzate per ridurre (o

eliminare del tutto) la presenza di

sostanze adesive nel processo di produzione. Nelle 3 immagini seguenti si vedono esempi di

confezioni senza adesivi: la loro realizzazione prevede quindi l’utilizzo di un solo materiale dato

che come elementi di fissaggio vengono usati tagli e pieghe.



2. Organizzate gli studenti in piccoli gruppi per progettare e/o realizzare una busta adatta a

contenere un particolare oggetto. I componenti dei vari gruppi dovranno attingere alle loro

conoscenze in materia di materiali e processi produttivi per realizzare esempi di progetti

alternativi. I progetti possono essere valutati in seguito discutendone con l’intera classe.

0.5 Conclusione - 10 minuti - discussione con l'intera classe

Attraverso una discussione con tutta la classe, riprendete i post-it utilizzati in precedenza (e,

se è il caso, i raggruppamenti di immagini abbinate o meno al concetto di ingegneria) e

analizzate insieme agli studenti in che modo sono eventualmente cambiate le loro

convinzioni iniziali. Chiedete loro quindi di riflettere su quale sia il ruolo dell’ingegnere e cosa

sia la tecnologia.

─ Fate notare agli studenti che la maggior parte degli oggetti che utilizziamo è realizzata

per adempiere a uno scopo ben preciso e che gli ingegneri utilizzano una serie di abilità

diverse per trovare soluzioni ai problemi.

─ Ciò comporta la necessità di riflettere sulle soluzioni per risolvere determinati problemi:

alcune funzionano, altre hanno meno successo; il processo di progettazione

ingegneristico comprende la fase di valutazione e di miglioramento.

─ Ciò che veramente conta non è che la tecnologia sia "low tech" o high tech", quanto che

sia appropriata – gli ingegneri devono prendere in considerazione il loro contesto e le

loro risorse.

─ Vi sono molti settori ingegneristici e molti tipi di persone differenti, provenienti da tutto

il mondo, tanto uomini quanto donne possono essere ingegneri.



Si possono individuare svariate definizioni per i termini "ingegnere" e "tecnologia"; questi termini

sono spesso utilizzati in modo interscambiabile: l’ingegneria può essere considerata come

l'utilizzo della tecnologia per la risoluzione di problemi. Parlando del rapporto tra ingegneria,

scienza e tecnologia, si incoraggiano gli studenti a riflettere su come gli ingegneri, nel processo

di realizzazione degli oggetti per trovare soluzioni a determinati problemi, utilizzino una serie di

tecnologie (compresi fissaggi e rinforzi, tipi di materiali e componenti diversi), e saperi scientifici

diversi. Questa è un’opportunità per iniziare una discussione su come e da chi sono fatti gli

oggetti, e quali sono gli aspetti coinvolti nel processo di ricerca di soluzioni di problemi.

0.6 Risultati dell'apprendimento - per valutazione opzionale

Al termine di questa lezione gli studenti dovrebbero essere in grado di:

─ Riconoscere come vengono utilizzati in modi diversi un'ampia gamma di sistemi,

meccanismi, strutture, fissaggi e chiusure nella realizzazione di manufatti per risolvere

problemi.

─ Comprendere che la tecnologia appropriata dipende spesso dal contesto e dai materiali

disponibili.

─ Riconoscere che gli ingegneri si avvalgono di svariate abilità per individuare le soluzioni

ai problemi.

─ Riconoscere che ci sono diversi tipi di persone con interessi e capacità differenti possono

diventare ingegneri.



Lezione 1 – Qual è il problema ingegneristico?

Alla scoperta della sfida

Durata: 70 minuti

Obiettivi: in questa lezione gli studenti impareranno

a capire come le macchine trasformano le forze in movimento;

che il processo di progettazione ingegneristico è alla base della progettazione;

a lavorare insieme in maniera collaborativa ed efficace.


30 copie della Scheda Didattica 1

Alcuni oggetti portati dall’insegnante o

dagli studenti stessi. Alcuni sono facoltativi

ma sono un’opportunità per incoraggiare

lo scambio di idee.

Preparazione a cura dell’insegnante

Preparate le Schede Didattiche.

Chiedete agli studenti che ognuno porti un

giocattolo.

Leggete la storia e decidete se adattarla.

Decidete se usare la costruzione del contatore

come attività di approfondimento.

Metodo di lavoro

Plenaria per creare il contesto

Lavoro in gruppi per gli esperimenti

Plenaria per discutere dei risultati ottenuti durante gli esperimenti

Concetti chiave di questa lezione

La meccanica è presente in moti oggetti della vita di tutti i giorni.

Gli studenti stabiliscono una regola e insieme devono essere in grado di definire un oggetto meccanico.

Gli studenti lavorano in gruppo a un’indagine scientifica.


Vengono introdotti la sfida, il contesto e il processo di

progettazione ingegneristico. Presentate la sfida raccontando

la storia. Gli studenti valutano che tipo di concetti devono

conoscere per poter affrontare la sfida.

Devono essere in grado di definire un oggetto meccanico

aiutandosi con l’analisi degli oggetti portati da loro o

dall’insegnante.



1.1 Attività introduttiva - creare il contesto - discussione in classe - 10 minuti

Leggete la storia per creare il contesto (in Appendice). Eccone un riassunto: il signor De

Giocattoli ha un negozio di giocattoli. Riceve una lettera da Alfredo, suo figlio che vive

lontano da casa, che chiede al papà di aiutarlo a creare dei giocattoli meccanici per alcuni

bambini poveri. Purtroppo il signor De Giocattoli non sa come fare e decide di organizzare

qualcosa di particolare: chiedere ai bambini della sua cittadina di realizzare giocattoli per

altri bambini; i giocatoli dovranno ispirarsi a storie conosciute. L’idea del signor De Giocattoli

riscuote un enorme successo tanto che il negozio è troppo piccolo per accogliere tutti i

partecipanti: può ospitare infatti 10 persone per volta al massimo. Per trovare una soluzione,

il signor De Giocattoli chiede ai bambini un po' più grandi di progettare un sistema

meccanico che riesca a contare le persone che entrano nel suo negozio e indichi quando il

negozio è pieno.

Sottolineate come nelle prossime 4 lezioni si costruiranno davvero dei giocattoli meccanici

per il negozio del signor De Giocattoli. Spiegando che la classe ha due compiti da svolgere

prima di cominciare a progettare i giocattoli: il primo è capire cosa contraddistingue un

giocattolo meccanico dagli altri; il secondo, comprendere cosa rende questo giocattolo un

giocattolo meccanico.

1.2 Definire un oggetto usando un meccanismo - lavoro di gruppo - 25 minuti

In quest’unità gli studenti potranno realizzare un giocattolo meccanico, quindi è importante

che prima comprendano cosa sia un oggetto meccanico. Discutete con loro per stabilire

quali tra i giocattoli che hanno portato sono meccanici e quali no. Portate anche voi qualche

oggetto meccanico da casa, nascondetelo in classe prima dell’arrivo degli studenti e poi

chiedete loro di pensare a quali oggetti di uso quotidiano potrebbero essere meccanici.

Dovranno cercare gli oggetti nascosti e spiegare perché pensano che siano meccanici

Concedete loro del tempo per questa attività: è importante che capiscano come identificare

un oggetto meccanico, è la prima volta che gli viene chiesto di identificare oggetti come ad

esempio camme, ingranaggi e assali. Probabilmente a questo stadio non conosceranno

ancora i termini tecnici ma devono essere incoraggiati a pensare alle parole che potrebbero

usare per identificare le parti meccaniche degli oggetti che hanno scoperto. Iniziate

utilizzando le parole usate da loro per poi arrivare ai termini tecnici.

La classe è divisa in gruppi da 5, misti tra maschi e femmine e con studenti con diversi livelli

di conoscenza.

Quando un gruppo individua un oggetto deve compilare la Scheda Didattica della Lezione 1

per presentarlo al resto della classe (nome, scopo dell’oggetto e spiegazione su cosa rende

l’oggetto meccanico, utilizzando la terminologia corretta). Questo vi darà l’opportunità di

spiegare loro le diverse componenti meccaniche.

1.3 Presentazione di gruppo e determinazione dei concetti didattici chiave - 25 minuti

Gli studenti devono identificare le parti comuni a tutti gli oggetti meccanici che osservano e

devono provare a descriverli. Annotate su un poster le descrizioni proposte dagli studenti,

spiegando come mai un oggetto è meccanico oppure non lo è.



Questa parte dell’attività è un’occasione per stabilire i concetti chiave usando la prima fase

del processo di progettazione ingegneristico in quanto gli studenti cominciano a formulare

domande in merito a cosa faccia funzionare un oggetto meccanico.

Concetti didattici chiave che devono essere acquisiti dagli studenti e che devono essere

rafforzati dall’insegnante:

Un oggetto meccanico non è necessariamente totalmente meccanico: può essere elettrico e

avere delle parti meccaniche. Per poter identificare con precisione le parti meccaniche dobbiamo

"entrare nell’oggetto e studiarlo" per capire come funziona. Una parte meccanica è spesso

costituita da una macchina, e le macchine sono composte da ingranaggi, catene (come nella

bicicletta) camme, leve o pulegge.

Questa macchina è una connessione tra la mano e il piede (moto iniziale) e il moto finale.

Usando una bicicletta, non si spinge direttamente sulla ruota, ma sui pedali, che muovono una

catena che collega le due ruote: in questo modo avviene la trasmissione del moto. Le macchine

semplici trasmettono il moto iniziale alla posizione finale, dove viene usato il movimento.

Un oggetto meccanico può essere tutto l’oggetto completo di cui la macchina semplice fa parte

(ad esempio la bicicletta, dove la macchina è la parte che comprende la catena e magari anche

gli ingranaggi), o solo una parte di esso (il disco dei vecchi telefoni).

1.4 Conclusione - plenaria - 10 minuti

Fate il punto e ripetete i concetti più importanti affrontati durante questa lezione:

Un’oggetto meccanico può essere utilizzato per trasmettere la forza e trasformare il

moto.

Gli studenti sono in una fase molto importante del processo di progettazione

ingegneristico in quanto stanno formulando le domande su come progettare i loro

giocattoli meccanici.

Hanno imparato alcune parole importanti che li aiuteranno nel loro compito – camme e

ingranaggi.

Hanno lavorato bene in gruppo e si sono interessati all’unità.



Lezione 2 – Cosa dobbiamo sapere?

Scopriamo la meccanica

Durata: 120 minuti


a conoscere le forze e osserveranno che ingranaggi e le camme possono sia trasformare che trasmettere il

moto;

che la forma delle parti meccaniche (il tipo di camma e/o la dimensione delle ruote dentate negli

ingranaggi) influenza il moto.


30 copie delle Schede Didattiche 1, 2 e 3

Un cacciavite

Una bicicletta

Alcuni giocattoli meccanici

Per studiare le camme

Cartone

30 paia di forbici

Alcuni elastici

30 tubetti di colla stick

Patafix

Bastoncini lunghi in legno

50 modelli di camme (vedi Appendice)

50 cannucce

Carta

Scotch

Per studiare gli ingranaggi

Alcuni kit di ruote. Consigliamo di usare i Lego

(vedi Appendice).

Per costruire la ruota dentata

Tappi di plastica di dimensioni diverse


Cartone

Bastoncini di cartone o chiodi

5 punteruoli o trapani a mano

Scatola di polistirolo

Preparazione a cura del’insegnante

Testare gli esperimenti

Preparare e organizzare i materiali

Preparare le Schede Didattiche

Metodo di lavoro

Lavoro di gruppo per l’indagine

Plenaria per discutere dei risultati


La fase "formula domande" del processo di progettazione

ingegneristico porta a un’indagine dei principi della

meccanica. Sperimentando, gli studenti, "entrano"

all’interno degli oggetti meccanici e scoprono come le

dimensioni e la forma delle ruote dentate negli ingranaggi

e/o delle camme influiscono sulla trasmissione del moto.

Potete scegliete il contenuto della Lezione 2: se realizzare

un contatore e scoprire gli ingranaggi o se realizzare un

giocattolo meccanico e scoprire l’uso delle camme.



2.1 Attività introduttiva - riprendere la lezione precedente - discussione dell’intera classe - 15

minuti

Fate un breve riassunto della lezione 1 e ricordate agli studenti il problema ingegneristico da

risolvere; chiedete loro di riprendere i punti chiave stabiliti nel corso della prima lezione per

ricordare quali sono oggetti meccanici e quali no. Questo li aiuterà nel lavoro che faranno in

questa lezione. Per assicurarvi gli studenti abbiano chiara la terminologia da usare, come ad

esempio camme, ingranaggi, leve e manovelle, mostrate loro un esempio di oggetto

meccanico. L’ideale sarebbe mostrare agli studenti un oggetto meccanico abbastanza

grande, come ad esempio una lampada di tipo anglepoise con le parti meccaniche a vista,

oppure , se la classe ha accesso a internet, potete mostrare uno dei video del sito in lingua

inglese www.howstuffworks.com, così gli studenti possono "entrare" dentro un oggetto

meccanico e vedere come funziona.

2.2 Cosa succede dentro un oggetto meccanico? - lavoro di gruppo - 20 minuti

Fate lavorare gli studenti in gruppi, meglio se da 4. Distribuite a ogni gruppo una copia della

scheda didattica 1, lezione 2. Gli studenti esaminano le immagini, individuano la parte

meccanica dell’oggetto e la indicano colorandola. Potete scegliere di distribuire tutti e 4 gli

oggetti oppure di distribuirne solo alcuni (il cavatappi, la bicicletta o alcuni giocattoli). Se

possibile, ogni gruppo dovrebbe avere anche l’oggetto vero e proprio abbinato alla scheda

didattica, così da poterlo toccare con mano e vedere come funziona.

Alla fine dell’attività ogni gruppo spiegherà agli altri il funzionamento degli oggetti.

Potete decidere di unire le attività 2.3 e 2.4 in base al tempo a disposizione e alle attitudini degli

studenti in materia di camme e ingranaggi; oppure potete decidere di fare solo una delle due

attività. L’attività 2.4 riguarda gli esperimenti sugli ingranaggi: questa parte porta alla

realizzazione di un contatore. L’attività 2.3 invece prevede la creazione di un giocattolo

meccanico. L’attività 2.4 è più difficile della 2.3 ma aggiunge delle conoscenze importanti sulla

meccanica

2.3 Alla scoperta delle camme! - lavoro di gruppo - 80 minuti

Lo scopo di quest’attività illustrare le basi della meccanica attraverso la realizzazione di una

camma. Il primo compito da affidare agli studenti sarà quello di realizzare una camma

seguendo la scheda didattica 2 lezione 2. Vi consigliamo di guidare gli studenti e di seguire

insieme a loro la creazione della camma semplice passo dopo passo. Una volta realizzata la

camma semplice e compresa la relazione tra il movimento rotatorio dell’assale e il

movimento dell’albero al quale è attaccata la bandierina, gli studenti potranno condurre

degli esperimenti usando altri tipi di camme con forme diverse - vedi appendice. Gli studenti

possono sperimentare camme di forme diverse - scheda didattica 3 lezione 2 e modelli di

camme.

Gli studenti toccano con mano le camme per capire come viene trasmesso e trasformato il

moto. Dopo avere risolto le due sfide della scheda didattica 2, devono utilizzare una camma

semplice per stabilire due regole. Prima di fare l’esperimento chiedete agli studenti cosa

pensano che succederà.

1. Dove è meglio mettere la camma, per il tipo di moto desiderato?

2. Quale forma di camma è più appropriata per il tipo di moto desiderato?



Scoprire di più: superate le sfide!

Per verificare se gli studenti hanno capito bene in che modo la camma trasmette o trasforma

il moto, metteteli alla prova: per scoprire come funzionano le camme devono costruire un

meccanismo e poi devono utilizzarlo per sperimentare camme di forme diverse. Devono

prendere nota di tutti i risultati perché saranno necessari per una sfida successiva (scheda

didattica 3 e 4 )

Gli studenti devono immaginare e realizzare delle forme di camma per trovare uno o più

modi per:

o Far alzare il rullo il più possibile.

o Far alzare il rullo 8 volte mentre la camma fa una rivoluzione completa.

o Far girare il rullo il più velocemente possibile.

Ogni sfida verrà spiegata nell’appendice.

2.4 Attività di approfondimento: alla scoperta degli ingranaggi! - lavoro di gruppo - 80 minuti

Per scoprire come funzionano gli ingranaggi portate un orologio in classe e apritelo per

mostrare i meccanismi al suo interno, muovendo le componenti per mostrare bene la

trasmissione del moto.

Gli studenti devono toccare con mano gli ingranaggi per capire bene come si trasforma e

trasmette il moto. Useranno poi due ruote dentate di dimensioni differenti per stabilire

tre regole base. Suggeriamo di trascrivere i risultati sulle schede didattiche

1. Per trasmettere il moto le ruote dentate devono toccarsi l’una con l’altra.

2. Per accelerare il moto la ruota finale deve essere più piccola di quella iniziale.

3. Per rallentare il moto la ruota finale deve essere più grande di quella iniziale.

Scoprire di più: superate le sfide!

Per verificare che gli studenti abbiano capito bene le diverse funzioni degli ingranaggi

(trasmissione, trasformazione, accelerazione e rallentamento del moto) metteteli alla prova.

Potete usare dei kit speciali (ad esempio materiale educativo come i Lego) con elementi

meccanici semplici. Consigliamo di scegliere kit con ruote di diverse dimensioni; se possibile,

è ancora meglio utilizzare ruote di colori diversi. Potete anche decidere di far costruire agli

studenti le ruote dentate: trovate le spiegazioni in appendice.

Date ad ogni gruppo un kit e stabilite delle regole/vincoli (usare solo 2 ruote, o usare le ruote

più grandi….).

Chiedete quindi agli studenti di mostrare uno o più modi per:

o Trasmettere il moto.

o Trasformare il moto.

o Accelerare il moto.

o Rallentare il moto.

o Trasformare un moto regolare in un moto irregolare.

o Indovinare la direzione della ruota.

Ciascuna di queste sfide è descritta in appendice e troverete una sola soluzione per ciascuna

sfida, ma gli studenti potrebbero trovarne altre ugualmente valide. Lo scopo è quello di

assicurarsi che le varie funzioni degli ingranaggi siano chiare agli studenti. Se vedete che gli

studenti sono a proprio agio con la prima sfida, date loro un limite di tempo così da renderle

più interessanti. Gli studenti dovranno stabilire le regole per ciascuna sfida.




La lezione si conclude con una sintesi di ciò che i gruppi hanno stabilito. Chiedete a ogni

gruppo di presentare al resto della classe la soluzione trovata per ciascuna sfida. Poiché

alcune regole verranno usate nella lezione 3, suggeriamo di trascriverne un riassunto alla

lavagna per ricordarle agli studenti:

In materia di ingranaggi:

1. Per trasmettere lo stesso moto da una prima a una terza ruota, la prima ruota e l’ultima

ruota devono avere le stesse dimensioni.

2. Per rallentare il moto, la ruota finale deve essere più grande della prima.

3. Per trasformare un moto regolare in uno irregolare, la forma della ruota deve essere

modificata. Gli studenti seguiranno questa regola per immaginare un tornello. La seconda

ruota deve girare dopo un giro della prima.

In materia camme:

1. Il rullo è in moto costante se la forma della camma è circolare.

2. Il rullo si alza e si abbassa se la camma è a forma di pera, chiocciola, o circolare eccentrica.

Il numero dei denti della camma influisce sul moto del rullo.

3. Per accelerare il rullo, la camma deve essere il più vicina possibile.

Alla fine della lezione, gli studenti saranno in grado di:

o Collegare a un determinato moto, la meccanica utilizzata.

o Scegliere gli elementi meccanici migliori a seconda del tipo di moto desiderato.

o Capire che le regole scritte alla lavagna sono importanti: non si devono preoccupare se

non le hanno ancora capite esattamente, perché le sperimenteranno durante la

costruzione (lezione 3).



Lezione 3 – Costruiamo!

Progetta il tuo oggetto meccanico (il giocattolo o il contatore)

Durata: 100 minuti (più 80 per l’attività di approfondimento)

Obiettivi: durante questa lezione gli studenti imparerann0 a

adottare il processo di progettazione ingegneristico per realizzare un oggetto meccanico;

applicare i concetti scientifici quali forze e movimento a un progetto ingegneristico;

costruire un oggetto meccanico funzionante per una valutazione successiva.


15 modelli per creare l’oggetto. Suggeriamo di

costruire 1 oggetto per gruppo di 2 o 3

studenti.

Per il contatore:

30 modelli di ruote

Cartone

Bastoncini di legno (assale)

30 paia di forbici

Plastilina (tipo "Play-doh")

30 cannucce

15 scatole (suggeriamo quelle in polistirolo)

30 matite



Filo

tutto il materiale richiesto dagli studenti per

realizzare le macchine

Per il giocattolo meccanico:

Scatole di cartone

Bastoncini di legno (assale)

Carta


30 paia di forbici


Scotch

Un taglierino per l’insegnante (non essenziale)

Tappi

Elastici


Cannucce

Modelli della forma delle camme

Patafix

Cartone

30 matite


Preparate i materiali.

Preparate alcuni modelli di contatore (o di

giocattoli).

Metodo di lavoro

Lavoro di gruppo


Immaginare una macchina e pianificare la sua costruzione.

Presentare le proprie idee agli altri studenti.


In questa lezione gli studenti attraversano le fasi "immagina",

"pianifica", "realizza" e "migliora". Useranno anche i concetti

scientifici studiati per superare la sfida.


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3.1 Attività introduttiva - ripasso della lezione precedente - discussione in classe - 10 minuti

Riprendete quello che gli studenti hanno imparato nel corso della lezione 2 sulla relazione tra

forza e movimento e sul ruolo che gli ingranaggi e le camme hanno nel controllo del

movimento. Fate discutere gli studenti sulle regole stabilite e spiegate la sfida che devono

affrontare. Ricordate loro il processo di progettazione ingegneristico composto da 5 fasi che

costituiranno la struttura della lezione:

- "Formula domande": ricordate agli studenti la storia e la sfida che devono superare.

- "Immagina": gli studenti suggeriscono alcune idee. Possono disegnare degli schemi per

tenerne nota.

- "Pianifica": partendo dai loro schemi, gli studenti raccolgono i materiali di cui hanno

bisogno.

In realtà queste tre fasi possono fondersi, ma devono comunque essere tutte presenti.

- "Realizza": gli studenti creano il loro prototipo.

La quinta fase "Migliora" può essere affrontata durante la conclusione della lezione 4.

3.2 Giocattoli meccanici - lavoro di gruppo - 60 minuti

Fase 1: formula domande - Esplorare e smontare dei giocattoli per vedere come sono

fatte e unite tra loro le componenti

Portate un giocattolo meccanico e mostrate come funziona. Fate delle domande tipo: "Che

tipo di movimento è presente in questo giocattolo?; Come gira/si muove questa parte?; Cosa

la fa muovere?". Dopo che gli studenti hanno espresso le loro idee mostrategli l’interno del

giocattolo e il suo funzionamento.

Fase 2: immagina - brainstorming

Chiedete agli studenti di citare delle favole famose come ad esempio: Cappuccetto Rosso o

Cenerentola. Poi scegliete, o lasciate scegliere agli studenti, una storia. A questo punto gli

studenti devono immaginare un giocattolo meccanico che abbia come protagonista un

personaggio della storia scelta. Suggeriamo di formare gruppi di 4 studenti ciascuno. Ogni

gruppo dovrà immaginare il movimento che vogliono realizzaare per il loro giocattolo e

farne un disegno. Chiedete loro di elencare tutti i materiali di cui hanno bisogno per

realizzare il giocattolo.

Fase 3: realizza - realizzare il giocattolo

Preparate i materiali elencati all’inizio della lezione; potete anche aggiungerne altri

specificatamente richiesti dagli studenti. Ogni fase per la realizzazione dei giocatoli è

spiegata in appendice.

Fase 4: migliora - presentazione del prototipo e sua valutazione

Questa è una parte importante del processo di progettazione ingegneristico nella quale gli

studenti valutano la buona riuscita delle loro creazioni ingegneristiche.

3.3 Attività di approfondimento - il contatore - lavoro in gruppo - 80 minuti

Quest’attività è più complessa, ed è un’attività complementare per studenti più grandi o di

livello più avanzato.



Fase 1: formula domande + immagina - brainstorming

Chiedete agli studenti di descrivere un contatore. Possono fare riferimento a esempi che

trovano a casa, a scuola, nei negozi ecc. Devono spiegare cosa si più fare con un contatore:

aggiungere e sottrarre. Alla fine della sessione di brainstorming, ricordate loro la sfida:

realizzare un contatore per il negozio del signor De Giocattoli. Per fornirgli idee ulteriori,

potete integrare questa lezione con una visita a un museo della tecnologia.

Fase 2: realizza - realizzare il contatore

Ogni passaggio è spiegato in appendice.

Fase 3: migliora - presentazione del prototipo e sua valutazione


Alla fine della lezione 3 gli studenti valutano i loro modelli e fanno emergere eventuali

problemi. I miglioramenti verranno apportati nel corso della lezione 4. Le fasi pianifica e

realizza sono esplicitamente collegate al processo di progettazione ingegneristico.

Ogni gruppo presenta i propri prototipi alla classe e prende nota di eventuali proposte di

miglioramento suggerite dai compagni; queste proposte verranno portate avanti nella

prossima lezione.



Lezione 4 – Come abbiamo fatto?

Abbiamo superato la sfida?

Durata: 100 minuti


come migliorare le loro creazioni;

a valutare e analizzare il prodotto per migliorarlo.


Oggetti meccanici costruiti nel corso della

lezione 3

Matite

Carta

Colla

Forbici

I materiali necessari per i miglioramento.

Dipende dai miglioramenti decisi dagli

studenti.


Raccogliere le creazioni degli studenti.

Preparare i materiali da loro chiesti

Metodo di lavoro

Lavoro di gruppo

Plenaria


Valutare e analizzare il prodotto per migliorarlo.

Discutere il processo di progettazione ingegneristico.


In questa lezione vengono valutati il procedimento seguito e

il prodotto finito. Gli studenti hanno superato la sfida?

Come hanno applicato i concetti scientifici che hanno

appreso precedentemente e come hanno lavorato

utilizzando il processo di progettazione ingegneristico? È

anche l’occasione per presentare le proprie creazioni alla

classe ed essere fieri di quello che si è imparato e realizzato.



4.1 Attività introduttiva - discussione in classe - 15 minuti

Insieme agli studenti riassumete i traguardi raggiunti nel corso della lezione 3. Sulla base

delle osservazioni fatte nella lezione precedente, ciascun gruppo definisce il progetto per

migliorare il proprio giocattolo

4.2 Miglioramenti - lavoro di gruppo - 60 minuti

Gli studenti devono apportare dei miglioramenti alle loro macchine (giocattoli o contatore)

indicando i materiali dei quali hanno bisogno. Devono inoltre avere la possibilità di

scambiarsi idee o suggerimenti per poter sviluppare nuove idee:

Per il giocattolo meccanico:

1. utilizzare delle forme più spesse per la camma in modo che non scivoli via;

2. utilizzare un bastoncino più sottile per far si che si muova liberamente all’interno della

cannuccia;

3. usare una scatola più grande per aggiungere personaggi alla storia;

4. testare opzioni diverse cambiando alcuni movimenti;

5. utilizzare un materiale diverso per la camma o provare a utilizzare una pistola per colla a

caldo per fissare le camme al posto del Patafix.

Per il contatore:

1. utilizzare ruote più grandi per migliorare le connessioni tra loro;

2. colorare le ruote per renderle più visibili;

3. scrivere in grande i numeri sulle ruote per renderli più visibili;

4. utilizzare un materiale diverso dal polistirolo per offrire un supporto migliore;

5. mettere dei bastoncini dentro i denti in cartone per rinforzarli.

Oggi gruppo deve decidere quali suggerimenti adottare per migliorare la propria creazione.

Una volta raccolte le idee, i gruppi cominciano a costruire le nuove macchine seguendo le

fasi descritte nella lezione 3 e, contemporaneamente, apporteranno i miglioramenti

stabiliti. Potete concedergli un po’ più di tempo.


Una volta migliorate le proprie macchine, gli studenti le presentano agli altri gruppi. Alla fine

di questa lezione discutete con loro di ciò che hanno imparato, del processo di progettazione

ingegneristico e delle sue cinque fasi: "Formula domande", "Immagina", "Pianifica",

"Realizza" e "Migliora".



Processo di progettazione ingegneristico



La storia per creare il contesto

Siamo a Balocco, una piccola cittadina famosa per qualcosa di particolare…Sapete di cosa si tratta?

Nooo?! Che strano! È molto conosciuta per un negozio assai speciale: il negozio del signor De

Giocattoli.

Il signor De Giocattoli ha il lavoro più bello del mondo: è un inventore di giocattoli. Ma non è tutto:

lui è anche il miglior inventore di giocattoli! Suo papà era inventore di giocattoli, e lo era anche suo

nonno.

Il signor De Giocattoli crea nuovi giocattoli per tutte le occasioni: non fa in tempo a passare il Natale

che deve già farsi venire nuove idee per il capodanno…e in pochi giorni. Il signor De Giocattoli ha

sempre realizzato giocattoli da solo, ed è talmente creativo che abbiamo perso il conto delle sue

invenzioni. Ma c’è un problema! Oggi, incredibilmente, è a corto di idee.

"Ho creato così tanti giocattoli… e adesso, che fallimento! Non ho più l’ispirazione". Il signor De

Giocattoli è immerso nei sui pensieri, quando sente qualcuno bussare alla porta: è il postino.

"Buongiorno signore! Ho alcune lettere per lei!"

Sono arrivate tre lettere e ce n’è una molto diversa dalle altre. Il signor De Giocattoli riconosce

immediatamente il francobollo: viene da un luogo molto lontano. Suo figlio, che ovviamente è un

inventore di giocattoli, ha lasciato Balocco per aiutare i bambini più bisognosi e nella sua lettera ha

una richiesta molto speciale:

"Caro papà

Sono qui ormai da sei mesi…ci sono giorni in cui non è facile, sai, ma mi sento fortunato a poter aiutare

la gente del posto, anche con le poche risorse a disposizione. Gli insegno tutto quello che posso e li aiuto

a costruirsi le case… ma adesso vorrei fare qualcosa di più. Vorrei rendere migliore la vita dei bambini, o

almeno più divertente! Qui non hanno giocattoli e neppure i soldi per comprarli così giocano solo con le

cose che trovano in giro…Immagino che hai capito cosa sto per chiederti. Riusciresti a fare qualche

giocattolo per i bambini di qui? Sai benissimo in che condizioni si trovano…ho fiducia in te…Grazie!

Alfredo"

Il signor De Giocattoli è pensieroso…come può riuscire ad aiutare suo figlio se non ha più

l’ispirazione? Fissa guardando nel vuoto la sua tazza di caffè…poi…all’improvviso… ecco l’idea!

"Se sono giocattoli per bambini, perché non farli progettare ad altri bambini?!"

Subito il signor De Giocattoli pensa a un concorso…D’altronde tutti i bambini sognano di diventare

inventori di giocattoli proprio come lui! È la prima volta che viene organizzato qualcosa del genere

all’interno del suo negozio! Il signor De Giocattoli inizia subito a preparare dei volantini e dei

manifesti: tutto deve essere pronto per il giorno seguente, così riuscirà a realizzare i giocattoli per il

suo negozio e quelli per aiutare suo figlio.

Il giorno dopo il negozio ha un aspetto completamente diverso! Tutti i bambini della città accorrono

per leggere il manifesto appeso sulla vetrina.

"GRANDE CONCORSO: crea un giocattolo per aiutare i bambini che non ne possono avere. Devi

essere creativo."

I bambini sono molto incuriositi e vogliono saperne di più.

"Signor De Giocattoli, come possiamo partecipare a questo concorso? Qual è il premio? Non saremo

mai capaci di inventare dei giocattoli belli come quelli che fa lei!"

"Non preoccupatevi. La cosa più importante è che vi divertiate…solo così riuscirete ad inventare

giocattoli che faranno divertire altri bambini! Il migliore verrà esposto nel mio negozio!"



Ma ci sono alcune regole:

Regola numero 1: i giocattoli devono essere ecologici, funzionare senza batterie e senza essere

attaccati alla presa di corrente.

Regola numero 2: i giocattoli devono muoversi.

Regola numero 3: i giocattoli devono essere realizzati con materiali riciclati – cartone, tappi,

cannucce…Quindi il giocattolo che dovete immaginare deve avere queste caratteristiche.

Ma che succede…oh no…ora il signor De Giocattoli ha un altro problema da risolvere! Il suo negozio

è molto piccolo…e lui è molto preoccupata:

"Qui dentro non possono entrarci più di 10 persone, e non posso stare tutto il giorno davanti

all’ingresso per dire ai bambini che devono aspettare… devo escogitare un sistema…"

Visto il successo del concorso, decide di lanciare una nuova sfida:

"Posso organizzare un nuovo concorso rivolto ai bambini più grandi! Gli chiederò di inventare un

sistema che mi permetterà di sapere quante persone ci sono in negozio e mi avviserà quando il

negozio è pieno."

Il giorno seguente, un altro cartellone appare sulla vetrina del negozio del signor De Giocattoli…Ora

tocca a voi aiutarlo!



Schede Didattiche e schede delle risposte



Scheda Didattica 1 Lezione 0 - Ingegneria?



Scheda Didattica 1 Lezione 0 - Ingegneria? - Note pedagogiche per

l'insegnante

Le immagini riportate nella Scheda Didattica servono a favorire la discussione tra gli studenti su cosa

sia l'ingegneria, cosa facciano gli ingegneri e chi potrebbe essere coinvolto nei vari settori

dell'ingegneria.

Le immagini del ragno e della lumaca presentano alcuni spunti interessanti: gli studenti potrebbero

infatti riconoscere che il ragno, tessendo la sua ragnatela, svolga un vero e proprio lavoro

ingegneristico. Da questo si può arrivare ad altri esempi di applicazioni "ingegneristiche" del mondo

animale (ad esempio il castoro che costruisce una diga). È interessante sottolineare che è opinione

comune pensare che l'ingegneria si riferisca solo agli oggetti costruiti, invece possiamo imparare

tanto anche dallo studio della natura e dell'ambiente: per esempio, il materiale che utilizzano i ragni

per tessere le ragnatele è stato copiato dall’uomo per realizzare un materiale molto resistente - il

Kevlar - che possiede molte qualità utili. Allo stesso modo la lumaca ha sviluppato una strategia utile

per spostarsi sopra le superfici ruvide e proteggere dai danni il proprio corpo molle; sarebbe quindi

interessante domandarsi se questo accorgimento potrebbe risultare utile per risolvere qualche

problema nel mondo umano (come ad esempio è successo con il Velcro, che è stato inventato

prendendo spunto dalle proprietà dei fiori di bardana).

Anche i giocattoli possono essere considerati dei manufatti ingegneristici, dato che non sono altro

che l’insieme di diversi meccanismi; tuttavia è interessante chiedersi di quali materiali potrebbero

essere fatti e chi effettivamente li costruisce. Questi interrogativi potrebbero generare una

discussione sulla parità dei generi (molti studenti della classe potrebbero infatti pensare che i

designer di giocattoli per bambini siano uomini).

Allo stesso modo potrebbe esserci il pregiudizio che i capi d'abbigliamento realizzati a maglia e i cibi

pronti siano fatti solo da donne e che non siano invece prodotti dell'ingegneria.

Alcune immagini di sculture e opere d'arte potrebbero essere percepite come non ingegneristiche e

prive di un reale scopo pratico. Ciò solleverà la questione sui collegamenti tra l'ingegneria e l'arte e

se sussista o meno la necessità che ci sia uno scopo pratico per definire ingegneristici degli oggetti

costruiti.

Le immagini sono finalizzate a stimolare il coinvolgimento e il dialogo sull'ingegneria; ciò potrebbe

portare a una discussione su tutto ciò che è legato al concetto di ingegneria, e a questo punto

potreste decidere di presentare il processo di progettazione ingegneristico.



Scheda Didattica 1 Lezione 1 - Trovare un oggetto meccanico

Nome:

Data:

Conosci tutti gli oggetti meccanici che ci circondano? L’insegnante ha

nascosto degli oggetti meccanici in classe. Trovali! Buona fortuna!

Di cosa hai bisogno?

Il tuo spirito di osservazione

Al lavoro!

1. Scrivi il nome degli oggetti che hai trovato.

……….……………………………………………………….………………………………………………

2. Descrivi la loro funzione.

……….……………………………………………………….…………………………………………………

…….……………………………………………………….……………………………………………………

3. Spiega perchè sei sicuro che si tratti di un oggetto meccanico.

……….……………………………………………………….…………………………………………………

…….……………………………………………………….……………………………………………………

….……………………………………………………….……………………………………………………….

……………………………………………………….……………………………………………………….…

…………………………………………………….……………………………………………………….……

………………………………………………….……………………………………………………….………

……………………………………………….……………………………………………………….…………



Scheda delle risposte Scheda Didattica 1 Lezione 1 - Trovare un oggetto

meccanico

Nome:

Data:

Conosci tutti gli oggetti meccanici che ci circondano? L’insegnante ha

nascosto degli oggetti meccanici in classe. Trovali! Buona fortuna!


Il tuo spirito di osservazione

L’immagine è solo un esempio che raffigura come "nascondere" gli oggetti meccanici in classe.

Al lavoro!

1. Scrivi il nome degli oggetti che hai trovato.

Elenca tutti gli oggetti meccanici che si trovano nell’immagine .

1. l’orologio

2. l’ombrello

3. la bicicletta

4. la gru giocattolo

5. il compasso

6. la porta

7. il microscopio

8. il cane giocattolo

9. le forbici

10. la fotocamera

11. lo zaino

12. la finestra



2. Perché gli oggetti nella figura sono meccanici?

Oggetto Meccanico? Spiegazione

La bicicletta Si Si spingono i pedali e grazie alla catena e agli ingranaggi della catena il

pedale fa girare le ruote.

L’orologio Si Le lancette girano grazie a degli ingranaggi interni e a una batteria.

L’ombrello Si Per aprire l’ombrello si spinge un pulsante.

La porta Si La porta ruota attorno ad un assale e quando si vuole aprire la porta si

gira la maniglia.

La finestra Si Pr chiudere o aprire la finestra si deve usare una maniglia e poi spingere

il pannello di vetro.

Lo zaino Si Per aprire o chiudere lo zaino si usa la cerniera.

Il cane giocattolo Si Ci sono delle ruote e grazie alla forza muscolare il cagnolino si muove.

C’è una trasmissione di moto.

Le forbici Si C’è una trasmissione di moto perché le lame si muovono grazie alla forza

che viene trasmessa dalla mano.

La gru giocattolo Si C’è una manovella e grazie a questa e ad una puleggia il gancio sale e

scende.

Il microscopio Si Per mettere a fuoco si solleva e abbassa il piano girando una manovella.

Il compasso Si Per distanziare tra loro le due aste del compasso bisogna muovere la

rotellina che si trova in mezzo.

La macchina

fotografica

Si Il funzionamento è quasi tutto elettronico, ma la parte che riguarda

l’obiettivo è meccanica.

3. Altri oggetti

Oggetto Meccanico? Spiegazione

Macchina da

scrivere

Si Ci sono degli ingranaggi al suo interno.

Pattino a rotelle Si Dentro le ruote di un pattino a rotelle ci sono cuscinetti a sfere.

Frusta meccanica Si Girando la manovella gli ingranaggi trasmettono il moto alle fruste.

Cavatappi Si Ci sono due leve, una ad ogni lato del cavatappi.

Macchina da cucire Si All’interno della macchina da cucire ci sono camme e pulegge

Centrifuga per

insalata

Si All’interno della centrifuga ci sono degli ingranaggi.

Calcolatrice

elettronica

No

Penna Si e no Per far uscire la punta in alcune penne bisogna spingere un pulsante.

Palla No

Occhiali da sole No



Scheda Didattica 1 Lezione 2 - Definire un oggetto meccanico

Nome:

Data:

Ecco un oggetto meccanico. Non preoccuparti, non è una trappola.

Riesci a capire e a descrivere come funziona?


Un oggetto portato da te o dall’insegnante

Al lavoro!

1. Scrivi il nome dell’oggetto.

……….……………………………………………………….………………………………………………

2. Descrivine la funzione.

……….……………………………………………………….………………………

3. Disegna l’oggetto (o solo le sue parti meccaniche). Guardiamo dentro l’oggetto. Hai trovato

parti meccaniche? Se si, evidenziale come segue:

a. in rosso, le leve

b. in verde, gli ingranaggi

c. in blu, le camme

d. in arancione, le manovelle




Nome:

Data:





Al lavoro!


……….……………………………………………………….………………………………………………


……….……………………………………………………….………………………





c. in blu, le camme




Scheda delle risposte - Scheda Didattica 1 Lezione 2 - Definire un oggetto

meccanico Nome:

Data:





Al lavoro!

1. Scrivi il nome dell’oggetto

Un cavatappi


Il cavatappi è usato per togliere i tappi di sughero dalle bottiglie.

3. Disegna l’oggetto (o solo le sue parti meccaniche). Guardiamo dentro l’oggetto. Hai trovato parti

meccaniche? Se si, evidenziale come segue:

- in rosso, le leve

- in verde, gli ingranaggi

- in blu, le camme: non ci sono camme

- in arancione, le manovelle: non ci sono manovelle

ingranaggi

leva




meccanico Nome:

Data:





Al lavoro!


Una bicicletta


La bicicletta si usa per gli spostamenti (è un mezzo di trasporto)



- in rosso, le leve: non ci sono leve

- in verde, gli ingranaggi

- in blu, le camme: non ci sono camme

- in arancione, le manovelle

ingranaggi

Una manovella

“speciale” per i piedi




meccanico Nome:

Data:





Al lavoro!


Un giocattolo


Serve per giocare: quando giriamo la manovella, l’immagine va su e giù.

3. Disegna l’oggetto (o solo la(e) sua(e) parte(i) meccanica(che)). Guardiamo dentro l’oggetto. Trovi

alcune parti meccaniche? Se si, segnale (se possibile) come segue:

- In rosso, le leve: non ci sono leve

- in verde, gli ingranaggi: non ci sono ingranaggi

- in blu, le camme


camme

manovella




meccanico Nome:

Data:


Riesci a capire e descrivere come funziona?



Al lavoro!


Un giocattolo

2. Descrivine la funzione:

Serve per giocare: quando spingiamo il giocattolo, le ruote dentate disegnate vanno su e giù.



- in rosso, le leve: non ci sono leve

- in verde, gli ingranaggi: non ci sono ingranaggi

- in blu, le camme


3 camme manovella



Scheda Didattica 2 Lezione 2 - Giochiamo con le camme! (1/3)

Nome:

Data:

Molti giocattoli meccanici sono fatti di camme. Di sicuro li conoscete: sono quelli in cui, se li spingete in un punto , alcune loro parti vanno su e giù. Esaminiamole per vedere come funzionano!


Un pezzo di cartone (40 cm x 50 cm) o una scatola di cartone

Cartoncino

Colla

Forbici

Bastoncini di legno

Patafix

Elastico

Al lavoro! 1. Realizzare un meccanismo a camme

Usa una scatola di cartone o disegnane un modello su un pezzo di cartone per realizzare un cubo di 10 cm di lato. Taglialo e piega le alette laterali.

Misura e fai tre buchi distanti 5 cm da un lato e 2 cm dall’altro. Ecco l’immagine .

Costruisci il cubo attaccando con la colla le alette. Altrimenti puoi usare le graffette.

Disegna una ruota di 2 cm di diametro e ritagliala. Attacca la ruota all’estremità di un bastoncino di legno: questo sarà il tuo rullo.



Infila la camma sul bastoncino più grosso e infila quest’ultimo attraverso i fori fatti nella scatola. Fissa la camma in posizione utilizzando il Patafix in modo che giri solamente quando gira l’assale. Infila il rullo attraverso il foro nella parte superiore dell’involucro in modo che la ruota si appoggi alla camma. Per essere sicuri di ottenere il moto corretto suggeriamo di usare una cannuccia.

Ecco la nostra creazione.

Prova la forma della camma Per essere sicuri che il meccanismo sia corretto provate una camma di forma circolare.




Nome:

Data:

Scopriamo camme di forme diverse!


Un pezzo di cartone (40 cm x 50 cm) o una scatola di cartone

Cartoncino

Colla

Forbici

Bastoncini di legno

Patafix

Elastico

Al lavoro! Osserva il movimento ottenuto a seconda delle diverse forme di camma. Prova forme diverse e trascrivi i risultati.

Cosa succede con… Disegna la camma Il risultato è…

Camma circolare

Camma circolare ma

eccentrica

Camma a forma di

pera

Camma ellittica

Camma a chiocciola

Camma a stella

La tua camma!



Scheda delle risposte - Scheda Didattica 3 Lezione 2 - Giochiamo con le camme!

(2/3)

Nome:

Data:

Scopriamo camme di forme diverse!

Prova forme diverse e trascrivi i risultati

Cosa succede con… Disegna la camma Il risultato è…

Camma circolare La bandierina gira ma non va su o giù .

Camma circolare ma

eccentrica

La bandierina gira e va su e giù. Il

movimento è regolare e la velocità

costante.

Camma a forma di

pera

La bandierina gira e va su due volte

quando la camma fa un giro completo. Il

movimento è regolare ma la velocità

non è costante.

Camma ellittica

La bandierina gira e va su due volte

quando la camma fa un giro completo. Il

movimento è regolare.

Camma a chiocciola

La bandierina gira, si alza lentamente e

poi va giù all’improvviso quando il rullo

supera il punto più alto.

Camma a stella

La bandierina gira e va su quattro volte

quando la camma fa un giro completo.

Va giù all’improvviso tutte le volte.

La tua camma!



Modelli di camme

Le dimensioni di queste camme sono adatte a scatole cubiche delle dimensioni di 10 cm per lato.




Nome:

Data:

Hai fatto il meccanismo a camme. Facciamo gli esperimenti per superare le sfide!


Il meccanismo costruito con la Scheda Didattica 2

Cartone

Colla

Forbici

Bastoncini di legno

Forme di camme

Patafix

Elastico

Al lavoro! 1. Immagina la forma che deve avere la tua camma per far alzare il rullo il più possibile.

Disegnala.

2. Immagina la forma che deve avere la tua camma per far alzare il rullo 8 volte mentre la camma fa un giro completo. Disegnala.

3. Immagina un sistema per far girare la bandierina il più veloce possibile. Disegnalo.



Scheda delle risposte - Scheda Didattica 4 Lezione 2 - Giochiamo con le camme!

(3/3)

Nome:

Data:

Hai fatto il meccanismo a camme. Facciamo gli esperimenti per superare le sfide!

Al lavoro!

1. Immagina la forma che deve avere la tua camma per far alzare il rullo il più possibile. Disegnala.

La camma deve avere una parte più grande dell’altra. La seconda immagine mostra come trasformare

la forma della camma per far sollevare il più possibile il rullo.

Nota: i due schemi sembrano uguali

2. Immagina la forma che deve avere la tua camma per far alzare il rullo 8 volte mentre la camma fa un

giro completo. Disegnala.

3. Immagina un sistema per far girare la bandierina il più veloce possibile. Disegnalo.

Dipende dalla posizione della camma e del rullo. Più vicina è la camma al rullo, più la

bandierina gira velocemente.



Scheda Didattica 5 Lezione 2 - Giochiamo con gli ingranaggi!

Nome:

Data:

Per far girare le ruote abbiamo bisogno di un motore, ovvero di energia. E per trasformare il movimento dobbiamo usare delle ruote della dimensione giusta. Costruiamo gli ingranaggi!


Un kit di ruote dentate di colori e forme diverse.

Al lavoro! 1. Scegli una ruota e fissala. 2. Confronta la velocità delle ruote e trascrivi i risultati nella tabella.

La ruota fissata è… Disegna il tuo esperimento Quale ruota gira più

veloce?

La più piccola fra le due

La più piccola in assoluto

Delle stesse dimensioni

La più grande



Scheda delle risposte - Scheda Didattica 5 Lezione 2 - Giochiamo con gli

ingranaggi!

Nome:

Data:

Per far girare le ruote abbiamo bisogno di un motore, ovvero di energia. E per trasformare il movimento dobbiamo usare delle ruote della dimensione giusta. Costruiamo gli ingranaggi!

1. Suggeriamo di utilizzare material tipo "Lego", con ruote dentate di colori e forme diverse. Potete

anche usare altri materiali industriali o costruirle insieme agli studenti.

Contenuto di un kit:

- 1 ruota rosa col suo assale

- 2 piattaforme grigie e 2 pezzi grigi per

assemblarle

- 1 manovella rossa

- 1 ruota piccolo rossa

- 1 ruota blu

- 2 ruote gialle

- 7 assi

La ruota fissata

è…

Disegna il tuo esperimento Quale ruota gira più

veloce?

La più piccola fra le due

La ruota più piccola gira

più velocemente di

quella fissata.

La più piccola in assoluto

La ruota più piccola in

assoluto gira più

velocemente di quella

fissata.

Delle stesse dimensioni

Due ruote delle stesse

dimensioni girano a

velocità uguale.

La più grande

La ruota più grande gira

più lentamente di quella

fissata.



Gli studenti devono notare che:

la ruota grande gira più lentamente dell’altra. La dimensione di una ruota è importante per la velocità:

se è più grande ci sono più denti e quindi la ruota gira più lentamente. Al contrario, se la ruota è più

piccola ci sono meno denti e la ruota gira più velocemente..

2. Se preferite realizzare voi le ruote dentate ecco spiegato il procedimento.

Parte 1: raccogliete il materiale

Di cosa avete bisogno?

- cartone ondulato

- forbici

- scatola di polistirolo

- coperchi di plastica di dimensioni diverse

- una pistola per colla a caldo

- un trapano a mano

- bastoncini

Parte 2: realizzate la ruota dentata

- Staccate il primo strato dal cartone per ottenere una superficie

"dentata".

- Fate un foro nel coperchio di plastica con il trapano a mano

- Usate la pistola per colla a caldo per attaccare la striscia di

cartone attorno alla circonferenza del coperchio di plastica

La ruota dentata è pronta! Gli studenti possono usare coperchi di

plastica di diverse dimensioni per ottenere altre ruote dentate di

dimensioni diverse !

Parte 3: fissaggio della prima ruota

A/ mettete in ordine le ruote dalla più piccola alla più grande.

B/ scegliete una ruota di dimensioni medie. Fissatela ad una

scatola di polistirolo con un chiodo o un bastoncino. Questa

ruota ha la stessa funzione della ruota fissa gialla nel kit.

Parte 4: realizzare gli ingranaggi

Lo scopo di questa parte è quello di esaminare la velocità di ogni ruota. Suggeriamo di cominciare gli

esperimenti con le ruote più grandi.

Fissatene due, l’una vicina all’altra, per trasmettere il moto. Fate il disegno dell’esperimento e indicate i

risultati osservati nella tabella.

Ecco un esempio di un ingranaggio che devono realizzare gli studenti.

Vista dall’alto

Vista dal basso



Consigli per la costruzione di oggetti meccanici

Come costruire un giocattolo meccanico

Preparate il materiale per gli studenti e chiedete loro di portare dei materiali da casa (cannucce, plastilina o

pongo tipo Play-doh, cartone – definite voi il tipo di cartone che serve; scatole di cartone).

Potete decider di lasciar scegliere a ogni gruppo che tipo di giocattolo costruire oppure di far costruire lo

stesso giocattolo a tutti i gruppi.

Il giocattolo può essere fatto in modi diversi, le nostre sono semplici proposte che non devono essere

seguite necessariamente, ma suggeriamo di leggerle per aiutare gli studenti a realizzare i propri giocattoli.

Di cosa avete bisogno?

- Una scatola (come una scatola di scarpe)

- Cartone (per realizzare la scatola in caso non ne abbiate una già pronta, e per realizzare le camme)

- Cannucce

- Bastoncini di legno

- Scotch

- 2 elastici

- Una pistola per colla a caldo

- Patafix

Fase 1: quale storia e quali personaggi?

a. Per prima cosa gli studenti devono scegliere una storia alla quale

ispirarsi per realizzare il giocattolo - ricordiamo che il signor De

Giocattoli aveva chiesto ai bambini di immaginare dei giocattoli per

raccontare storie.

b. In seguito gli studenti sceglieranno un personaggio principale e lo

disegneranno sul cartoncino, oppure possono fotocopiarlo e

attaccarlo al cartoncino.

Noi abbiamo scelto Timon de "Il Re Leone" (©Walt Disney Pictures).

Fase 2: definire il moto meccanico

Dopo aver scelto i personaggi, gli studenti devono definire il tipo di movimento, devono quindi utilizzare

ciò che hanno appreso nel corso della Lezione 2 per decidere la forma della camma di cui hanno bisogno.

Prima devono realizzarla, poi la proveranno e infine potranno migliorarla.

Nel nostro caso abbiamo deciso far fare il seguente movimento a Timon: ad ogni giro completo della camma,

lui si solleverà una volta, e nel mentre girerà su se stesso. Per questo abbiamo scelto

una camma a forma di pera.

Fase 3: assemblare e organizzare le idee

Per organizzarsi meglio suggeriamo che gli studenti disegnino uno schema di ciò

che vogliono realizzare per decider dove vogliono posizionare i personaggi sulla

scatola e dove posizionare il meccanismo. Poiché lavorano in gruppo sarà più

semplice compilare la lista dei materiali necessari.



Fase 4: realizzare il giocattolo

È il momento di realizzare il giocattolo.

1. La prima cosa da preparare è la scatola. Potete usare una scatola di

scarpe e tagliarla a metà; se non ne avete una potete tagliare 4 quadrati

di cartone da 10 cm per lato e realizzarne una.

2. Il personaggio deve essere fissato su un bastoncino di legno.

Abbiamo usato un po’ di scotch, ma si può usare anche una pistola per colla

a caldo per fissarlo meglio.

3. Segnate sulla scatola il punto dove verrà posizionato il personaggio.

4. Controllatene il meccanismo.

5. Fate un buco nella scatola su entrambi i lati per far entrare

l’asse principale.

6. Disegnate la camma scelta durante la fase 2. Ritagliatela e fissatela

sull’asse.

Nel nostro caso ne abbiamo scelta una a forma di pera.

7. Sistemate il personaggio e controllate dall’interno della scatola che

sia fissato bene.

Abbiamo messo una cannuccia attorno al bastoncino per assicurarci

che il personaggio stesse diritto. È stata fissata alla base della scatola

usando la pistola per colla a caldo.



8. Fissate il rullo con il Patafix o la pistola per colla a caldo, ma

attenzione! Deve essere a contatto con la camma per poter

trasmettere il movimento.

Fase 5: provare e migliorare

Adesso gli studenti metteranno alla prova i loro giocattoli e controlleranno

che, quando l'asse ruota, il movimento sia corretto. Possono apportare dei miglioramenti e fare delle

modifiche se necessario. Se tutto fila liscio suggeriamo di fissare ancor meglio il meccanismo (la camma,

l’asse e il rullo).

Per fissarli consigliamo l’uso di elastici o cartone.



Se tutto è corretto gli studenti possono cominciare a lavorare ad un secondo personaggio seguendo lo

stesso procedimento.

Fase 6: decorare il giocattolo

Se gli studenti hanno spazio a sufficienza, all’interno della scatola

possono aggiungere uno sfondo.

Noi lo abbiamo aggiunto attorno alla scatola.



Come costruire il contatore? Preparate il materiale per gli studenti e chiedete loro di portare dei materiali da casa (cannucce, plastilina

o pongo tipo Play-doh, cartone – definite voi il tipo di cartone che serve; scatole di polistirolo).

Potete decider di lasciar scegliere a ogni gruppo che tipo di contatore costruire oppure di far costruire lo

stesso contatore a tutti i gruppi.

La macchina può essere fatta in modi diversi, qui ne verranno illustrati due. Non è necessario utilizzare

entrambi con gli studenti, ma possono fornire spunti utili per aiutarli a realizzare i propri contatori.

1. Prima possibilità

Di cosa abbiamo bisogno?

o 2 modelli di ruote

o 2 bastoncini di cartone

o 1 cannuccia

o Pezzi di argilla modellabile (per far stare in posizione orizzontale il bastoncino di cartone)

o Pezzi di cartoncino per fare il tornello

o Una scatola fatta di polistirolo

o Patafix

La costruzione avviene in tre fasi. Le descriviamo.

Fase 1: costruire le ruote

Distribuite il cartone e i modelli per le ruote.

Gli studenti devono:

1. attaccare due ruote di carta al cartoncino

2. ritagliare le ruote

3. fare un piccolo foro al centro delle due ruote, grande

abbastanza da inserire il bastoncino di cartone ma non troppo

largo così che la ruota sia fissata saldamente

4. scrivere i numeri da 0(10) a 9 su una delle due ruote

5. fissare la ruota alla scatola di polistirolo .

La macchina è fatta con due ruote della stessa dimensione. Potete anche portare un numero maggiore di

modelli e lasciar decidere agli studenti la dimensione che vogliono utilizzare.

Fase 2: la ruota per contare il numero di presenti

Il gruppo sceglie un’altra ruota e scrive sopra (come nell’immagine sotto) "occupato" e "libero". Si possono

usare diverse forme: un quadrato, un triangolo o un cerchio. Qui è stato scelto un cerchio.



Fase 3: come connettere le due ruote?

Per prima cosa gli studenti devono provare ad immaginare un modo per collegare le ruote. Poi devono

adattare la posizione del tornello per far sì che la seconda ruota si muova solo se la prima passa da 9 a 10.

Se gli studenti riescono a superare questa sfida facilmente gli si può chiedere di aggiungere un altro

tornello che permetta anche di sottrarre oltre che aggiungere.

Prima possibilità per connettere le due ruote:

Poi il contatore è finito!

Seconda possibilità per connettere le due ruote:

Non serve creare entrambi i modelli, ma è importante che analizziate bene questi esempi per poter aiutare

gli studenti con idee e consigli.



Modello per la ruota per il conteggio di unità Potete cambiarne le dimensioni.



Note scientifiche per gli insegnanti sulla meccanica

Concetti scientifici base della Lezione 2

Le forze possono essere trasmesse da un punto all’altro in oggetti in movimento e in oggetti statici.

Le forze possono cambiare la velocità* di un oggetto (accelerarlo o rallentarlo)

Le forze possono cambiare la direzione di un oggetto

*in senso vettoriale

Nel corso della Lezione 2 gli studenti imparano come delle macchine semplici possano essere utilizzate per la

trasmissione, la trasformazione, l’accelerazione e la decelerazione del moto. È importante che gli studenti tocchino

con mano come le forze agiscono nei diversi contesti e abbiano l’opportunità di prevedere i risultati e di discuterne.

Figura 1. Usare gli ingranaggi per trasmettere il moto

Trasmissione del moto

Nello schema riportato sopra, la forza che viene applicata sulla manovella mette in movimento la ruota e questa forza

viene trasmessa attraverso gli ingranaggi. È utile far fare delle previsioni agli studenti in merito alla direzione (in

senso orario o antiorario) che avranno le ruote una volta che viene applicata la forza alla manovella. Se la ruota con la

manovella viene spinta in senso antiorario in quale direzione gireranno le altre ruote?

Cambiare la velocità del moto trasmesso

Gli ingranaggi nell’immagine sopra sono di dimensioni diverse. Mentre la ruota motrice compie un giro completo, la

ruota più piccola farà più di un giro completo. Se la ruota motrice gira a una velocità costante le altre ruote più piccole

presenti nel sistema gireranno più velocemente, quindi il moto viene accelerato. Sarebbe una sfida interessante

chiedere agli studenti di pensare un modo per rallentare il moto nello stesso sistema: la ruota motrice dovrebbe

essere la ruota più piccola in modo che il rapporto tra il numero di giri delle due ruote sia esattamente l’inverso.

Mentre la ruota più piccola compie un giro completo, quella più grande fa una rivoluzione solo parziale. Se la ruota più

piccola si muove ad una velocità costante, le altre ruote nel sistema gireranno più lentamente e il moto sarà

rallentato. Gli studenti possono esaminare diversi sistemi di ingranaggi e prevedere in quale sistema il moto sarà

accelerato e in quale rallentato.

Figura 2. Usare gli ingranaggi per trasformare il moto

assale

manovella

ruota dentata

sistema di ingranaggi



Ci sono molti modi in cui gli ingranaggi delle macchine semplici possono essere usati per trasformare il moto.

Nell’esempio in Figura 2 il sistema di ingranaggi trasforma il moto rotatorio in un moto lineare. Quando l’ingranaggio

dentato circolare ruota, la barra lineare dentata si muove da destra a sinistra a seconda che la ruota si muova in senso

orario o in senso antiorario. I sistemi di ingranaggi di questo tipo possono essere usati in diversi modi per muoversi in

direzione verticale o orizzontale. La barra ad esempio potrebbe essere fissata all’estremità superiore di una porta

scorrevole che potrebbe in questo modo aprirsi e chiudersi. Altrimenti potrebbe essere fissata in verticale alla parete

di una chiusa per controllare il livello dell’acqua (come nelle paratoie apribili dei canali).

Figure 3. Usare le camme per trasmettere e trasformare il moto

Le camme sono molto più facili da realizzare e sono dei meccanismi efficaci per la trasmissione e la trasformazione

del moto. Quest’unità offre agli studenti la possibilità di essere creativi nell’uso e nell’applicazione delle camme

studiando l’effetto che diversi tipi di camme hanno nella trasmissione e nella trasformazione del moto. Nell’esempio

in figura, quando la camma gira, il rullo si alza e si abbassa seguendo il profilo della camma. Il tubicino all’interno del

quale scorre il rullo permette a quest’ultimo di muoversi liberamente. Il movimento del rullo dipende dal profilo della

camma, come gli studenti sperimentano nel corso della Lezione 2. Come accade per il movimento dell’ingranaggio in

Figura 2, l’impulso motore rotante della camma viene trasformato nel movimento lineare del rullo e del tubicino

attraverso il quale il rullo scorre.

.



Alcune idee dei bambini sulla meccanica

Le convinzioni che i bambini hanno sul mondo della natura derivano dalle loro esperienze quotidiane, che possono

non rappresentare il punto di vista riconosciuto dalla scienza, ma che provengono da ragionamenti di buon senso

basati sull'osservazione e sull'interazione. Offrire ai bambini l’opportunità di mettere in discussione il loro modo di

pensare proponendo loro un'attività pratica, modificherà in maniera più efficace le loro convinzioni piuttosto che

impartendo una serie di nozioni teoriche, ciò non di meno costituisce un importante e arduo compito pedagogico. È

molto impegnativo per gli studenti di tutti i livelli e di tutte le età accettare idee nuove riguardo un particolare

fenomeno, specialmente quando queste sembrano contraddire ragionamenti di buon senso. Nonostante la ricerca ci

abbia fornito un’idea più chiara di ciò che probabilmente pensano i bambini in materia di alcuni settori scientifici,

resta il fatto che spesso hanno difficoltà ad articolare il loro pensiero; per questo bisogna essere molto cauti a

formulare delle ipotesi sul loro modo di ragionare. Proprio per questo è fondamentale offrire ai bambini l'opportunità

di mettere in discussione il loro modo di pensare attraverso l’attività pratica.

Il processo ingegneristico sviluppato nella presente unità, dà agli studenti la possibilità di immaginare soluzioni

creative per risolvere la sfida ingegneristica. Vengono incoraggiati a presentare e discutere il loro approccio e valutare

in maniera critica le creazioni dei loro compagni, facendo delle osservazioni e dando dei consigli di miglioramento.

Avvicinandosi alla meccanica in questo modo, gli studenti sviluppano una comprensione delle forze. Spesso hanno

difficoltà a spiegare cosa siano le forze, ma riescono a riconoscere cosa fanno le forze agli oggetti. Lo sanno per

esperienza che le forze fanno muovere gli oggetti, accelerandoli o rallentandoli. Sanno che per far muovere un

oggetto statico devono applicare una forza. Nella comprensione delle forze gli oggetti in movimento e gli oggetti

statici presentano difficoltà diverse.

Forze in equilibrio: strutture statiche

Spesso i bambini credono che non ci siano forze che agiscono sugli oggetti statici e non riconoscono che le forze sono

necessarie per mantenere gli oggetti in posizione statica. È utile dare loro la possibilità di effettuare esperimenti di

tipo tattile per vedere che ci sono forze che agiscono sugli oggetti non in movimento, così da mettere alla prova le

loro convinzioni. Sicuramente è d’aiuto osservare l’equilibrio in una serie di oggetti, cambiare il proprio baricentro per

sentire come agiscono le forze o anche sperimentare la forza di galleggiamento che agisce su un pallone quando

viene spinto sott’acqua. Non è l’assenza di forze a far sì che un oggetto rimanga in posizione statica, al contrario:

l’oggetto rimane in quella posizione perché le forze che agiscono su di esso sono bilanciate. Un esempio ancora più

chiaro si vede giocando al tiro alla fune quando, nonostante tutte e due le squadre stiano esercitando una forza

tirando, non c’è alcun movimento in nessuna delle direzioni se le forze sono uguali e bilanciate. È inoltre difficile

rendersi conto che le forze che agiscono su una struttura statica si trasmettono all’interno della stessa, proprio perché

la trasmissione delle forze è difficile da visualizzare negli oggetti statici. Anche in questo caso, se possibile è

importante mostrare o far sentire ai bambini le forze che agiscono nelle strutture statiche, magari sperimentando il

bilanciamento del peso in modellini di ponte in miniatura o altre strutture.

Forze bilanciate: oggetti in movimento

Esercitare una forza su un oggetto statico per farlo muovere può indurre gli studenti a pensare che, dopo che si

imprime una forza a un oggetto per metterlo in movimento, quest’oggetto continuerà a muoversi finché la forza non

si esaurisce. Se si lancia una palla verso l’alto ad esempio, potrebbero pensare che la forza che hanno impresso alla

palla rimanga con essa finché non si esaurisce (pensano quindi che la forza venga consumata dal moto dell’oggetto

invece di agire su di esso). Questo è un concetto abbastanza intuitivo portato dall’osservazione che però contrasta

con la scienza. Le forze non fanno parte degli oggetti, piuttosto agiscono su di essi. Le forze che agiscono su un

oggetto che si muove in linea dritta e mantiene costante la propria velocità sono bilanciate. Capire questo concetto

non è immediato perché a volte è difficile riconoscere quali forze agiscono sull’oggetto in movimento e se l’oggetto

mantenga costante o meno la propria velocità. Quando le forze che agiscono su un oggetto in movimento non sono



bilanciate l’oggetto accelera o rallenta, o cambia direzione. Per aiutare la comprensione potete portare agli studenti

qualche esempio pratico della vita di tutti i giorni. Sanno bene ad esempio cosa succede quando si percorre una

discesa in bicicletta: bisogna premere costantemente sui freni per imprimere una forza di attrito sulle ruote e far

rallentare la bicicletta. Questo esempio è molto efficace perché fa capire che per far rallentare un oggetto in

movimento bisogna imprimere una forza (costantemente) e la cosa vale anche per farlo accelerare: ci deve essere una

forza che agisce su di esso di continuo. Quando si percorre in bicicletta una superficie piana è necessario pedalare di

continuo per mantenere costante l’accelerazione. Un oggetto in caduta libera è continuamente soggetto alla forza di

gravità che lo attira verso il basso accelerandone la caduta; ciò significa che l’oggetto continuerebbe ad accelerare

sempre di più finché non tocca il suolo, ma questo non succede perché entra in gioco un’altra forza, la resistenza

dell’aria, che bilancia gli effetti della spinta gravitazionale. Per comprendere questo concetto può essere d’aiuto

prendere in esame il volo di un paracadutista.

La presente unità offre agli studenti una serie di esperimenti per mettere alla prova le loro idee sulle forze in diversi

contesti. Si può sfruttare questa opportunità per fargli capire ancora meglio come gli ingegneri usano le loro

conoscenze nel campo delle forze per progettare e realizzare semplici macchinari per svolgere determinati compiti.

Nell’affrontare queste sfide gli studenti possono ampliare i loro orizzonti su come vengono trasmesse le forze, su

come macchinari semplici possono trasformare il movimento per particolari scopi e come tali meccanismi facciano

accelerare o rallentare il movimento. Nella maggior parte degli esempi presenti in quest’unità la possibilità di

realizzare e toccare con mano i loro modellini permetterà agli studenti di capire come e dove agiscono le forze.



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Condervatoire National des Art et Métiers - musée des arts et métiers

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Ci sono 10 Unità disponibili nelle seguenti lingue:

Le Unità sono disponibili alla pagina: www.engineer-project.eu fino al 2015

e su: www.scientix.eu

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