Piano di Lezione | Metodologia Attiva | Cinematica: Trasmissione del Movimento

Premesse: Questo Piano di Lezione Attivo presume: una lezione della durata di 100 minuti, lo studio preliminare degli studenti sia con il Libro che con l'inizio dello sviluppo del Progetto, e che una sola attività (tra le tre proposte) sarà scelta per essere svolta durante la lezione, poiché ogni attività è pensata per occupare gran parte del tempo disponibile.

Obiettivo

Durata: (5-10 minuti)

Questa fase del piano di lezione è fondamentale per fornire agli studenti le basi necessarie per approfondire il tema della trasmissione del movimento. Definendo in modo chiaro gli obiettivi, è possibile concentrare l'attenzione sugli aspetti essenziali da sviluppare, ottimizzando il tempo a disposizione durante l'attività in classe.

Obiettivo Utama:

1. Identificare e descrivere i principali sistemi di trasmissione del movimento, come cinghie, pulegge, ingranaggi e catene.

2. Utilizzare i concetti di cinematica per calcolare e prevedere il movimento trasmesso dagli ingranaggi, considerando velocità e accelerazione.

Obiettivo Tambahan:

1. Potenziare le capacità di problem solving e il pensiero critico, applicando in modo concreto i concetti teorici a situazioni reali.

Introduzione

Durata: (15-20 minuti)

L'introduzione si propone di coinvolgere gli studenti, stimolandoli a collegare le nozioni apprese a casa con situazioni reali e problematiche concrete. In questo modo, si crea un ponte tra teoria e pratica che accresce l'interesse e la rilevanza del tema, preparandoli all'applicazione sperimentale in classe.

Situazione Problema

1. Immaginate il funzionamento di una bicicletta che, cambiando marcia, deve regolare il rapporto tra la rotazione dei pedali e quella della ruota posteriore. Come coordinano i sistemi di trasmissione (catena, ingranaggio, deragliatore) il lavoro del ciclista per muovere la bicicletta?

2. Pensate a un piccolo ventilatore da tavolo: quando viene acceso, le pale iniziano a ruotare. In che modo il movimento del motore viene trasferito alle pale attraverso gli ingranaggi e qual è il ruolo dei vari ingranaggi nel controllare velocità e forza applicata?

Contestualizzazione

La trasmissione del movimento è un concetto che incontriamo quotidianamente, dal funzionamento di un orologio alle performance di una vettura di Formula 1. Ad esempio, il celebre orologio di Big Ben a Londra fa uso di un sistema di ingranaggi per muovere le lancette, evidenziandone l'importanza in termini di precisione e ingegneria. Inoltre, questi stessi principi trovano applicazione in ambiti moderni come la robotica e l’automazione, dove la precisione del movimento è cruciale.

Sviluppo

Durata: (70-80 minuti)

Questa fase ha l’obiettivo di permettere agli studenti di mettere in pratica i concetti teorici relativi alla trasmissione del movimento, con particolare attenzione agli ingranaggi. Le attività proposte consentono di consolidare la conoscenza attraverso l’esperienza diretta, stimolando il problem solving, la collaborazione e la capacità di analisi critica.

Suggerimenti per le Attività

Si consiglia di svolgere solo una delle attività proposte

Attività 1 - Ingranaggi in Azione: La Sfida dell'Orologio da Parete

> Durata: (60-70 minuti)

- Obiettivo: Approfondire le relazioni tra gli ingranaggi e comprendere come le dimensioni influenzino la velocità e la direzione del movimento.

- Descrizione: Gli studenti lavoreranno in gruppi di massimo 5 persone. Ad ogni gruppo verrà fornito un set di componenti per simulare il meccanismo di un orologio da parete, che includerà ingranaggi di diversa grandezza, una lancetta e un piccolo motore per simulare la carica meccanica. La sfida consiste nell'assemblare correttamente gli ingranaggi affinché la lancetta si muova in maniera regolare, osservando come le diverse combinazioni influiscano su velocità e direzione.

- Istruzioni:

• Organizzare i tavoli in gruppi di massimo 5 studenti e distribuire il materiale.

• Invitare ciascun gruppo a pianificare l'assemblaggio prima di iniziare la costruzione.

• Istruire gli studenti sull'uso del motore per simulare il meccanismo di carica dell'orologio.

• Guidare i gruppi nell'osservazione e registrazione delle variazioni di movimento dovute a differenti configurazioni di ingranaggi.

• Richiedere a ogni gruppo di preparare una breve presentazione che riassuma le osservazioni e le scoperte sul funzionamento dell'orologio assemblato.

Attività 2 - Gara di Auto: Velocità e Ingranaggi

> Durata: (60-70 minuti)

- Obiettivo: Applicare i principi della cinematica per capire come gli ingranaggi regolano velocità e direzione, sviluppando al contempo competenze nella misurazione e nella registrazione dei dati.

- Descrizione: In questa attività, gli studenti utilizzeranno dei kit per il montaggio di piccoli modelli di auto alimentate tramite ingranaggi. Ogni gruppo riceverà un kit contenente ingranaggi di varie dimensioni e un piccolo motore. L'obiettivo è costruire un'auto capace di dimostrare come diverse configurazioni di ingranaggi possano influenzare la velocità e la direzione del movimento.

- Istruzioni:

• Dividere la classe in gruppi di massimo 5 studenti e distribuire i kit.

• Richiedere a ogni gruppo di assemblare l'auto, collegandola al motore fornito.

• Orientare gli studenti nel testare l'auto su una pista lineare, modificando in seguito le configurazioni degli ingranaggi.

• Istruire i gruppi a misurare la distanza percorsa e il tempo impiegato in ogni configurazione.

• Infine, ogni gruppo redigerà un rapporto che riepiloghi le osservazioni e le conclusioni sull'influenza degli ingranaggi nel movimento.

Attività 3 - Officina di Biciclette: Analisi della Trasmissione a Catena

> Durata: (60-70 minuti)

- Obiettivo: Analizzare il meccanismo della trasmissione a catena nelle biciclette e riconoscere come la tensione influenzi efficacemente il movimento.

- Descrizione: Gli studenti avranno l'opportunità di smontare e rimontare una bicicletta dimostrativa per studiare da vicino il funzionamento della trasmissione a catena. Successivamente, dovranno regolare la tensione della catena e osservare come questo parametro influenzi il movimento dei pedali e della ruota posteriore.

- Istruzioni:

• Preparare delle postazioni con biciclette dimostrative e gli strumenti necessari.

• Dividere gli studenti in gruppi di massimo 5 e assegnare a ciascuno una bicicletta su cui lavorare.

• Guidare la procedura di smontaggio e rimontaggio, focalizzandosi sul funzionamento della trasmissione a catena.

• Insegnare agli studenti a regolare la tensione della catena, evidenziando l'impatto sul movimento della bicicletta.

• Terminare con una discussione di gruppo per condividere osservazioni e approfondimenti sul funzionamento della trasmissione a catena.

Feedback

Durata: (10-15 minuti)

Questa fase serve a rafforzare l'apprendimento, permettendo agli studenti di riflettere sui concetti appresi e di esprimere le proprie idee. La discussione di gruppo favorisce il confronto, chiarisce eventuali dubbi e stimola la capacità di argomentare in modo strutturato e critico.

Discussione di Gruppo

Avviare la discussione spiegando che lo scopo è condividere le esperienze, le difficoltà incontrate e le soluzioni trovate durante le attività pratiche. Incoraggiare gli studenti a collegare quanto appreso in teoria con quanto osservato in laboratorio, invitando ogni gruppo a riassumere brevemente il proprio lavoro e le principali conclusioni.

Domande Chiave

1. In che modo le diverse dimensioni degli ingranaggi hanno influito sulla velocità e direzione del movimento, secondo le vostre osservazioni?

2. Quali applicazioni pratiche, nella vita di tutti i giorni, si possono trarre dallo studio della trasmissione del movimento attraverso gli ingranaggi?

3. Come influisce la tensione della catena sul funzionamento di un sistema di trasmissione e perché è importante regolazionarla adeguatamente?

Conclusione

Durata: (5-10 minuti)

L’obiettivo è consolidare l’apprendimento, verificando che ogni studente abbia integrato in modo chiaro e coerente i concetti teorici con le esperienze pratiche, e sottolineando l’importanza dei principi della trasmissione del movimento nel mondo reale.

Sommario

Come chiusura, l'insegnante riassumerà i concetti chiave trattati, evidenziando i diversi sistemi di trasmissione del movimento studiati (cinghie, pulegge, ingranaggi e catene) e le loro applicazioni pratiche. Verrà sottolineata l'importanza di comprendere come variabili come le dimensioni e le configurazioni possano influenzare il movimento.

Connessione con la Teoria

Durante la lezione, gli studenti hanno messo in pratica i concetti teorici della cinematica, ad esempio assemblando orologi da parete o costruendo modelli di auto a ingranaggi, creando così un chiaro collegamento tra teoria e applicazione reale.

Chiusura

Infine, l'insegnante rimarcherà la rilevanza dello studio della trasmissione del movimento, evidenziando come questi concetti siano fondamentali in numerosi dispositivi e tecnologie, e sottolineando la loro importanza per future applicazioni in ambito ingegneristico, robotico e automatizzato.