Modelo 4: Distanciómetro

Medición y topografía

Grado escolar

5-7

Tiempo requerido

2-4 clases dobles

Nivel de dificultad

Modelo: medio, Programación: medio a difícil

Modellart

Dispositivo móvil de medición de distancias para objetivos cercanos y lejanos

DESCRIPCIÓN DEL MODELO / TAREA

Los alumnos (SuS) planifican y realizan un telémetro portátil. El aparato debe poder utilizarse para distancias pequeñas y medianas. Tres LED de colores muestran la distancia medida por el aparato en forma de impulsos de colores (unidades, decenas y centenas). Los datos pueden visualizarse de nuevo tras el proceso de recuento utilizando otro botón. El usuario suma los valores mostrados a una distancia total. El aparato se reinicia cuando se realiza una nueva medición. También se pueden registrar distancias más cortas o más largas mediante un simple rediseño o reprogramación. Como tarea de diferenciación desafiante, los alumnos pueden trabajar en la lectura, el almacenamiento temporal y la nueva visualización de los resultados de la medición pulsando un botón.

USO COTIDIANO

Registrar y emitir distancias no es un tema desconocido para los alumnos, como tampoco lo es contar utilizando un generador de impulsos (suele ser familiar por el velocímetro de la bicicleta). El efecto del generador de impulsos puede observarse incluso en los juguetes de los niños pequeños (por ejemplo, un pato que se tambalea).
El tema constituye una buena base para la orientación preprofesional en el campo de la codificación. Esto es cada vez más importante en muchas profesiones (técnicas) modernas.

Preguntas guía

¿Dónde se utilizan los telémetros en la vida cotidiana? (Comunicación)
¿Cómo o con qué medios técnicos sencillos se puede medir una distancia? (Comunicación)
¿Qué problemas pueden surgir durante el uso? (Pensamiento crítico)
¿Cómo debe construirse el distanciómetro en relación con la carcasa y la programación asociada (distancia al dispositivo de medición) para registrar puntos de medición exactos? (creatividad y colaboración)

Relación con las asignaturas

Informática

Fundamentos de programación, bucles temporales

Matemáticas

Factores de conversión, conversión de números de diferentes sistemas numéricos

Tecnología

Tecnología de la construcción, teoría de los engranajes

Física

Ruta, distancias

Plan de clases

Discusión de la lección (sin app)

Escenarios de consulta en los que se requiere la medición de distancias.
Determinar la precisión de las mediciones de distancia (1 m, 10 m, 100 m).
Averiguar qué sensores pueden utilizarse para medir distancias (por ejemplo, en dispositivos de uso cotidiano).
Presentación de la tarea.
Calcular la relación de transmisión necesaria para el rodete suministrado. Para ello, se registra la circunferencia de rodadura de la rueda y se explica la frecuencia de impulsos del generador de impulsos.

Asistencia en caso necesario

Mostrar sensores, actuadores y componentes (rodete para medir la circunferencia) del kit de construcción, utilizar medios de presentación si es necesario.

Discusión de la lección

El profesor especifica el procedimiento utilizando los pasos de trabajo de la app.

Trabajo en pareja o individual (con la aplicación)

Los alumnos se familiarizan con la aplicación y descargan la tarea correspondiente.
Los alumnos trabajan en una tarea para configurar el sistema y calcular el contador de distancias.

Trabajo opcional en pareja o en grupo (sin app)

Los alumnos esbozan un posible sistema
Los alumnos discuten los resultados y acuerdan un diseño.

Trabajo en pareja o individual

Los alumnos utilizan la aplicación para construir el telémetro. La aplicación les guía a través del programa en pequeños pasos.

Trabajo en pareja o en grupo

Los alumnos escriben el programa del telémetro. La aplicación les guía a través del programa en pequeños pasos.
La aplicación ofrece ayuda
El programa se transfiere al controlador RX

Trabajo en pareja o en grupo

Puesta en funcionamiento del telémetro
Hay que encontrar y subsanar posibles fallos de funcionamiento en la secuencia de funciones. Se ofrece ayuda en la aplicación.
Se pueden realizar posibles optimizaciones en el hardware (por ejemplo, montaje de las ruedas, rodillos giratorios) y en la programación

Opcional: Presentación y asignación de las diferenciaciones
En la aplicación se ofrece la posibilidad de diferenciación para los alumnos rápidos:

Diferenciación 1: La rueda contadora puede marcarse para poder reconocer la posición inicial. Los LED también se pueden etiquetar (en etiquetas adhesivas). Esto facilita la lectura de las unidades. Debe proporcionarse material para ello.
Diferenciación 2: El sistema puede programarse para que la distancia más pequeña se reduzca a 2 cm (se reduzca a la mitad) pulsando el cambio de borde de positivo a negativo.
Diferenciación 3: El sistema puede diseñarse con una ampliación de la caja de cambios para que también puedan determinarse distancias mayores (por ejemplo, 2,1 km).
Diferenciación 4: El sistema puede utilizar un botón adicional para reproducir y mostrar los resultados de medición previamente guardados con solo pulsar un botón a través de los tres LED.

El resto del procedimiento se realiza mediante la aplicación.

Debate en sesión plenaria

Debriefing del proyecto en clase.
Se reconocen y discuten los puntos fuertes y débiles de las soluciones individuales de los grupos o de los distanciómetros para distancias cortas o largas.

Información y consejos

Indicaciones metodológico-didácticas

Nota didáctica

Debido a la complejidad del modelo, es aconsejable trabajar en el medidor de recorrido sólo al final de la unidad didáctica correspondiente. Las habilidades de programación requeridas son bastante complejas, y los conocimientos en los que se basa la programación (ver Habilidades de programación) ya deberían haber sido aprendidos y aplicados en otros modelos. Por esta razón, no hay instrucciones de programación paso a paso en la parte para los alumnos; el cálculo primario de los factores de medida y la posterior conversión de números de diferentes sistemas numéricos son relativamente exigentes para los alumnos. Por esta razón, la sección Ss se centra más en las conversiones necesarias y en el control de impulsos y bordes.

Opciones de diferenciación

Los LED pueden rotularse con marcas para facilitar la lectura de las unidades. La posición inicial en la rueda también puede marcarse con un marcador de color.
Si es necesario, pueden medirse distancias más pequeñas o más largas cambiando la programación o el hardware.
Los resultados de la medición pueden almacenarse temporalmente en una variable. Mediante un algoritmo de conversión, los valores medidos pueden recodificarse en múltiplos de 2, 10 y 100 consultando el valor medido y visualizarse mediante un LED tras pulsar el segundo botón. Este programa es muy complejo debido a la recodificación, las divisiones con resto, el uso de variables de recuento y la necesaria llamada a una subrutina, y sólo debería darse a alumnos avanzados como tarea de diferenciación.

Competición

Los distanciómetros con mayor precisión de medición deben determinarse en una aplicación práctica en condiciones de competición.
Pueden realizarse diversas mediciones de distancias conocidas y normalizadas, por ejemplo, 400 m de carrera en el campo de deportes.

Aspectos motivacionales
Registrar datos analógicos, convertirlos en datos digitales y emitir los resultados es muy motivador para los alumnos. Convertir una cantidad en otra supone un cierto reto. El tema proporciona una buena base para la codificación, cada vez más importante en muchas profesiones.

Material adicional

Si es necesario, utiliza un objeto real para introducir el tema:

Ayudas visuales en forma de simples rodillos o ruedas para mostrar la distancia recorrida en una revolución.
En caso necesario, diversos telémetros comerciales que puedan accionarse manualmente, por ejemplo, velocímetro de bicicleta con sensor Hall.
Opcional: Medios de dibujo (papel, pizarra o superficie de proyección).

Instrucciones de construcción

Esquema eléctrico

Funciones del modelo y sus soluciones técnicas

Función del sensor de distancia

Solución técnica

Inicio del proceso de medición

Recorrido de la distancia a medir

Registro de una distancia/recorrido

Generador de impulsos en la rueda contadora emite los datos

Salida de la distancia registrada «4 cm

Salida de color del LED verde

Salida de la distancia medida «16 cm

Salida de color del LED amarillo

Salida de la distancia detectada «64 cm

Salida en color del LED rojo

Salida de resultados

Salida del LED al pulsar el botón

Nueva medición

Reiniciar el sistema

Lista de materiales

Lista de materiales Circuito básico del sensor de posición

Sensores

Función

1 impulsor en un eje

Detección de la distancia

1 pulsador

Contador de impulsos

Diferenciación 4: 1 pulsador

Almacenamiento intermedio y posterior recuperación de los resultados de la medición mediante 2º pulsador

Actuadores

Función del actuador

1 LED, verde

Salida para unidades de 2², p. ej. 4 cm o múltiplos de las mismas
Diferenciación 2:
Unidades de 2, p. ej. 2 cm o múltiplos de 2
Diferenciación 3:
Indicación del resultado de la medición para múltiplos de 2 cm

1 LED, amarillo

Salida para unidades de 2⁴, por ejemplo, 16 cm o sus múltiplos
Diferenciación 2:
Unidades de 10, por ejemplo, 100 cm o sus múltiplos
Diferenciación 3:
Visualización del resultado de la medición para múltiplos de 10 cm

1 LED, rojo

Salida de unidades de 2⁶, por ejemplo 64 cm o sus múltiplos
Diferenciación 2:
Unidades de 100, por ejemplo, 100 cm o sus múltiplos
Diferenciación 3:
Visualización del resultado de la medición para múltiplos de 100 cm

Diferenciación 3:
Engranaje en el mientras

Ampliación de las posibles distancias de medición / resultados de medición