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Pensamiento creativo para máquinas simples.

wilson.ramirez 8 Views

Desde la antigüedad, el ser humano ha buscado formas de aprovechar las fuerzas de la naturaleza para facilitar sus tareas. La energía del agua, en particular, ha sido una fuente inagotable de inspiración. Desde los antiguos molinos de agua hasta las modernas centrales hidroeléctricas, la creatividad humana ha sido esencial para transformar esta fuerza en energía útil. A lo largo de la historia, ingenieros e inventores han aplicado el pensamiento creativo para diseñar máquinas simples, como la palanca, rueda, que amplifican la fuerza del agua y la convierten en energía. Además, el pensamiento creativo también ha sido fundamental en el diseño de máquinas simples , desde las herramientas más básicas hasta los equipos industriales más complejos. Estas máquinas, basadas en principios físicos sencillos, son la base de la tecnología moderna y han revolucionado la forma en que vivimos y trabajamos.”

Pensamiento creativo para máquinas simples

El pensamiento creativo para maquinas simples es una habilidad esencial en el siglo XXI. Según Jones y Smith (2021), fomentar esta habilidad en los estudiantes es fundamental para desarrollar competencias clave como la resolución de problemas y la innovación. En este sentido, la enseñanza de las máquinas simples ofrece un contexto ideal para estimular la creatividad del estudiantes y explorar, diseñar y construir dispositivos sencillos que aplican principios físicos básicos (García, 2018).

Elementos que facilitan la innovación

Las máquinas simples dentro del pensamiento creativo, involucra elementos como la palancas, poleas y ruedas, son herramientas que facilitan la realización de tareas y están presentes en nuestra vida cotidiana. Al introducir a los estudiantes en el estudio de estas máquinas, se les brinda la oportunidad de:

  • Explorar y experimentar: En donde los estudiantes pueden manipular materiales, probar diferentes configuraciones y observar los resultados de sus acciones, tal como lo sugieren las investigaciones de Chen y Lee (2019).
  • Diseñar y construir: Proponer desafíos que requieran la creación de dispositivos que cumplan con ciertos criterios, lo que fomenta la generación de ideas originales y la búsqueda de soluciones innovadoras (Wang et al., 2020).
  • Diseñar y construir: Se les puede proponer desafíos que requieran la creación de dispositivos que cumplan con ciertos criterios, lo que fomenta la generación de ideas originales y la búsqueda de soluciones innovadoras (Wang et al., 2020).
  • Resolver problemas: Al enfrentarse a obstáculos y desafíos durante el proceso de diseño y construcción, los estudiantes desarrollan habilidades para identificar problemas, analizar alternativas y encontrar soluciones efectivas (Polya, 1945).
  • Colaborar: El trabajo en equipo promueve la comunicación, la negociación y la capacidad de integrar diferentes perspectivas, enriqueciendo el proceso creativo (Vygotsky, 1978).

Resolver problemas: Al enfrentarse a obstáculos y desafíos durante el proceso de diseño y construcción, los estudiantes desarrollan habilidades para identificar problemas, analizar alternativas y encontrar soluciones efectivas (Polya, 1945).

De acuerdo con lo anterior, dentro de las clases de física de grado cuarto se realizó una actividad de aprendizaje con los estudiantes basada en retos, en ese sentido se solicitó a los estudiantes que realizarán unos engranajes con materiales de fácil acceso como: cartón corrugado, tapas de plástico, cartón paja,

Tipos de maquinas y sus diferentes utilidades en el pensamiento creativo.

maquina simple 1: 

Construcción de un engranaje  cuyo objetivo es  explorar el principio de funcionamiento de los engranajes y su papel fundamental en la transformación de movimiento que utilizamos a diario, desde juguetes hasta maquinaria industrial. Para esta construcción los estudiantes de grado cuarto utilizaron los siguientes materiales :  cartón corrugado, tapas plásticas de diferentes tamaños y palillos.

Elaboración de montaje: los estudiante de grado 4° trabajaron en  grupos colaborativos de cuatro integrantes , cada uno cumplía con parte del material y una función dentro del reto. 

Los estudiantes inician su proceso de indagación  a partir de las siguientes interrogantes clave:

Relación entre el tamaño de las tapas para el funcionamiento del engranaje:

¿Cómo influyen los movimientos de las tres tapas al hacer girar una de ellas?

¿Existe una relación directa entre el tamaño de un engranaje y su velocidad de giro?

¿Qué elementos  influyen en el sentido de giro de cada engranaje?

¿Qué pasa si hacemos girar una rueda más grande o más pequeña? ¿Las otras ruedas girarán más rápido o más despacio?

Si hacemos girar una rueda muy rápido, ¿qué le pasará a las otras 2  ruedas? ¿Girarán también muy rápido o más despacio?

Si cambiamos la rueda que empezamos a girar, ¿Cómo cambia el movimiento de las otras 2 ruedas? ¿Girarán más rápido, más despacio o en la dirección contraria?

¿Crees que el tamaño de una rueda afecta a la velocidad de las otras ruedas? ¿Por qué?

A partir de sus indagaciones iniciales, los estudiantes pasarán a una fase de observación detallada. Los conocimientos adquiridos en esta etapa sirvieron como base para la construcción de un modelo experimental que les permitió verificar sus hipótesis y comprender de manera práctica los conceptos.

Los estudiantes emplearon un cuadro de recolección  de datos para registrar las preguntas orientadoras y describir el funcionamiento del engranaje, facilitando así su análisis y comprensión.

máquina 2 : 

El Tornillo de Arquímedes tiene como objetivo  diseñar y construir un sistema de riego que utilice un tornillo de Arquímedes para entender cómo se puede elevar el agua.

Para iniciar este montaje se proporcionó a los estudiantes la siguientes preguntas orientadoras 

¿Alguna vez han visto una fuente? ¿Cómo creen que llega el agua hasta arriba?

¿Por qué creen que el agua es importante para las plantas?

¿Cómo podemos hacer llegar el agua a lugares altos sin usar una bomba?

Con mucha imaginación, los estudiantes transformaron una simple botella de plástico, cartulina y un palo de balsa en un asombroso tornillo de Arquímedes.

Una vez construido el tornillo de Arquímedes, los estudiantes organizaron una exposición para compartir sus conocimientos con el resto de la clase. A través de este modelo , dibujos y explicaciones claras, demostraron cómo comprendieron el funcionamiento de esta antigua máquina y su aplicación en la vida cotidiana.

En conclusión, se demuestra cómo este antiguo dispositivo puede ser aplicado de manera práctica para resolver problemas modernos, como el diseño de un sistema de riego eficiente. Al construir y analizar el funcionamiento del tornillo de Arquímedes, los estudiantes no solo comprenden los principios físicos que permiten elevar el agua a diferentes alturas, sino que también adquieren habilidades en la resolución de problemas y en la aplicación de conceptos teóricos a situaciones reales. Este proyecto ilustra la importancia de la innovación y el pensamiento crítico al utilizar tecnologías históricas para desarrollar soluciones sostenibles en la actualidad

Máquina 3:

Molino hidráulico el objetivo de la construcción de este modelo  es poder experimentar de primera mano cómo la fuerza del agua se transforma en movimiento. Es una forma divertida de poner en práctica lo que aprendes sobre energía y mecánica

Preguntas orientadoras.

  1. ¿Qué función cumple cada material (tazas, cucharas? , tubo, CD) en el molino hidráulico?
  2. ¿Por qué es importante que las cucharas estén distribuidas uniformemente en el CD?
  3. ¿Qué tipo de pegamento o fijación sería más adecuado para asegurar las partes del molino?
  4. ¿Cómo se debe ensamblar el eje central para que el molino pueda girar correctamente?

Materiales necesarios

  • 1 CD (base)
  • 6 cucharas plásticas (palas del molino)
  • 1 tubo de plástico(eje central
  • 1 taza plástica grande (base
  • Pegamento fuerte o silicona caliente.
  • Tijeras o cúter.
  • Agua para probarlo.

Pasos prácticos

  1. Preparar la base del molino con la intención de dar sentido a la indagación, el mismo se realizará colocando una  la taza plástica invertida y perforar su base.
  2. Crear las aspas del molino las mismas darán fuerza y sentido al molino así mismo se pegaran las cucharas plásticas en el CD de manera uniforme, formando un círculo y se colocara  la parte cóncava.
  3. Montar el CD en el eje central el mismo se realizará  un agujero en el centro del CD y deslízalo por el tubo. se usará pegamento para asegurarlo.
  4. Ajustar la estructura es la forma segura de ajustar el  molino para que de esta manera pueda equilibrarse y  que todas las cucharas estén firmes.
  5. Una vez terminada se probará el molino y se vierte el  agua desde una altura para que las cucharas reciban el impacto y hagan girar.

En conclusión el trabajo sobre el molino hidráulico permite a los estudiantes experimentar directamente cómo la energía del agua se convierte en movimiento, lo que facilita la comprensión de conceptos clave sobre energía y mecánica. A través de la construcción de este modelo, los estudiantes no solo aplican teorías aprendidas en el aula, sino que también desarrollan habilidades prácticas para diseñar y experimentar con sistemas energéticos. Este tipo de proyectos refuerza el aprendizaje activo, promoviendo la curiosidad y la creatividad mientras se profundiza en el funcionamiento de la energía renovable y los principios mecánicos.

Máquinas simples desde el pensamiento creativo.

“Las máquinas simples, a pesar de su aparente sencillez desde el pensamiento creativo, son herramientas fundamentales que transforman la manera en que interactuamos con nuestro entorno. Al modificar la magnitud o dirección de una fuerza, facilitan enormemente la realización de tareas, desde las más cotidianas hasta las más complejas. Su estudio no solo es esencial para comprender el funcionamiento de numerosos dispositivos, sino que también fomenta el desarrollo de habilidades cognitivas como el pensamiento crítico y la resolución de problemas.

Características de las máquinas simples.

Capacidad de amplificarlas: facilitan enormemente la realización de diversas tareas. Una de sus características más notables es la capacidad de amplificar la fuerza aplicada, lo que conocemos como ventaja mecánica. Gracias a esta propiedad, podemos levantar objetos pesados con un esfuerzo mucho menor al que necesitaríamos sin la máquina. La ventaja mecánica se calcula como la relación entre la fuerza que la máquina ejerce sobre la carga (fuerza de salida) y la fuerza que nosotros aplicamos a la máquina (fuerza de entrada). Por ejemplo, en una palanca, la longitud de los brazos determina la ventaja mecánica: cuanto más largo sea el brazo donde aplicamos la fuerza, mayor será la capacidad de levantar objetos pesados.

Aumento de fuerza: un principio fundamental de la física, la conservación de la energía, establece que estas máquinas no pueden crear energía. La energía total de un sistema aislado permanece constante a lo largo del tiempo, aunque puede transformarse de una forma a otra. Por ejemplo, al aplicar una fuerza sobre un objeto y desplazarlo, se realiza un trabajo que se convierte en energía cinética o potencial. Sin embargo, la eficiencia de estas máquinas se ve limitada por factores como la fricción, que disipa parte de la energía en forma de calor. La eficiencia se define como la relación entre el trabajo útil realizado y el trabajo total suministrado.

En esencia, las máquinas simples son herramientas que nos permiten transformar la fuerza y el movimiento, pero no pueden crear energía de la nada. La ventaja mecánica nos proporciona una manera de amplificar la fuerza, pero la conservación de la energía nos recuerda que siempre habrá pérdidas debido a factores como la fricción.

Según Serway y Jewett (2004), la conservación de la energía es un principio fundamental en física y se aplica a todos los sistemas, incluyendo las máquinas simples.

Aplicaciones: Las máquinas simples se encuentran en todas partes, desde herramientas simples hasta maquinaria industrial compleja. Por ejemplo, una bicicleta utiliza ruedas, palancas y poleas para facilitar el movimiento.

Según Hewitt (2011), las máquinas simples son la base de muchos dispositivos más complejos y su comprensión es fundamental para entender el funcionamiento de la tecnología moderna..

Tipos de máquinas simples:

Estas máquinas simples, a pesar de su aparente sencillez, son la base de numerosos dispositivos más complejos que utilizamos a diario. Desde una simple rampa hasta una grúa, todas estas máquinas comparten un principio común: la capacidad de modificar la fuerza o el movimiento para realizar un trabajo de manera más eficiente. Entré las máquinas simples más comunes encontramos:

La importancia del pensamiento creativo en la ingeniería.

El pensamiento creativo en la ingeniería es un componente esencial que permite la innovación, la resolución de problemas complejos y la mejora continua de procesos y productos. En un mundo cada vez más tecnológico, los ingenieros deben ser capaces de integrar soluciones creativas a los desafíos técnicos y sociales que enfrentan, lo que va más allá de simplemente aplicar principios científicos y matemáticos. La creatividad no solo permite pensar de manera divergente, sino también adaptar y mejorar los diseños de acuerdo con las necesidades cambiantes de la sociedad.

Según Van Horne (1982), el pensamiento creativo es una habilidad que puede ser cultivada y es fundamental en la ingeniería, ya que proporciona a los profesionales la capacidad de abordar problemas desde diferentes perspectivas. Este enfoque no solo implica la invención de nuevas tecnologías, sino también la capacidad para optimizar y adaptar las existentes. La creatividad es, por lo tanto, una habilidad que debe integrarse en la formación de los ingenieros, permitiéndoles ir más allá de las soluciones convencionales y pensar en formas innovadoras de abordar los retos. Además, Herbert A. Simon (1996) sostiene que la creatividad en la ingeniería está estrechamente vinculada con la toma de decisiones en contextos de incertidumbre.

Beneficios del pensamiento creativo en el diseño de máquinas simples

El pensamiento creativo en el diseño de máquinas simples tiene múltiples beneficios, tanto a nivel práctico como educativo, ya que fomenta la innovación, la resolución eficiente de problemas y el aprovechamiento de recursos. Además, estimula el aprendizaje de conceptos básicos de física y mecánica, desarrollando habilidades técnicas y prácticas que se pueden aplicar en contextos reales. A nivel personal, fortalece y enriquece competencias blandas como la creatividad, curiosidad, la comunicación y el trabajo en equipo,Según Guilford (1950), el pensamiento creativo se basa en la capacidad de generar ideas nuevas y útiles, un aspecto fundamental para innovar en el diseño de máquinas simples. Asimismo, De Bono (1992) resalta que la creatividad lateral permite abordar problemas desde perspectivas no convencionales, lo que es clave en la construcción de dispositivos mecánicos con recursos limitados.

Conclusiones 

El proyecto de engranajes realizado por los estudiantes de cuarto grado ha sido una experiencia educativa enriquecedora que combinó teoría, práctica, creatividad y colaboración. Los estudiantes adquirieron una comprensión profunda de los conceptos de física y mecánica, especialmente en cuanto a la transmisión de movimiento y fuerza a través de los engranajes. Además, pudieron observar cómo el tamaño de los engranajes influye en su velocidad de giro. La indagación guiada por preguntas clave facilitó el desarrollo de habilidades de pensamiento crítico, resolución de problemas y trabajo en equipo, mientras que la construcción de modelos experimentales permitió la aplicación práctica de los conocimientos teóricos.

Este proyecto también ofrece un amplio potencial para futuras ampliaciones y exploraciones interdisciplinarias. Los estudiantes podrían investigar diferentes tipos de engranajes y sus aplicaciones industriales, así como explorar el diseño de mecanismos más complejos. Además, se podría vincular el estudio de los engranajes con áreas como las matemáticas, cálculo de relaciones de transmisión, las artes, a través del diseño creativo de engranajes, y la tecnología, mediante la simulación y el prototipado digital. Entre las posibles extensiones del proyecto, se incluyen la construcción de modelos como un reloj de engranajes o un molino de viento.

Créditos

Autor: Licenciada en Biología, Nazly Ardila, Licenciada en Biología, Liseth Moreno, Licenciada en física, Adriana Escobar y Licenciado en Química Wilson Ramirez

Editor: Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCDECCOL

Universidad: Universidad central

Referencias


García, J. (2018). La enseñanza de las máquinas simples: Un enfoque constructivista. Revista de Didáctica de las Ciencias Experimentales, 32(1), 75-89.

Jones, L., & Smith, M. (2021). Fostering creativity in the classroom. Educational Psychology Review, 33(3), 521-545.

Polya, G. (1945). How to solve it: A new aspect of mathematical method. Princeton University Press.

Vygotsky, L. (1978). Mind in society: The development of higher psychological processes. Harvard University Press.

Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2004). Physics for scientists and engineers (6th ed.). Brooks/Cole.

Norman, D. A. (2013). The design of everyday things: Revised and expanded edition. Basic Books.

Video  elaboración de un molino hidráulico? | liseth Moreno [Video].https://www.youtube.com/shorts/XMqYIs87tvs

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