Simulaciones NGSS ingeniería, tecnología y aplicaciones científicas

Explore nuestra colección de simulaciones interactivas de ingeniería y tecnología alineadas con las Expectativas de rendimiento de la escuela secundaria.

Simulaciones alineadas con las Expectativas de NGSS :

HS-ETS1-1

Analizar un desafío global importante para especificar criterios y restricciones cualitativas y cuantitativas para soluciones que tengan en cuenta las necesidades y deseos de la sociedad.

• Simulación de infraestructura hídrica urbana - Una simulación interactiva que desafía a los estudiantes a actuar como planificadores urbanos que se enfrentan a una población creciente y una crisis hídrica. Defina las restricciones (presupuesto, impacto ambiental) y los criterios (capacidad objetivo), y luego gestione proyectos de infraestructura para equilibrar las necesidades sociales a lo largo del tiempo.

  Recursos e implementación para la simulación de infraestructuras hídricas urbanas

• Laboratorio de calidad del aire urbano - Los estudiantes actúan como ingenieros municipales que enfrentan peligrosa contaminación urbana por PM2.5. Definen criterios cuantitativos (ICA objetivo) y restricciones (presupuesto), seleccionan intervenciones de ingeniería reales y simulan 5 años de implementación de políticas. Animación de lienzo en vivo, gráfico de tendencia de PM2.5 y métricas de compensación social.

  Recursos e implementación del Laboratorio de calidad del aire urbano

HS-ETS1-2

Diseñar una solución a un problema complejo del mundo real dividiéndolo en problemas más pequeños y manejables que puedan resolverse mediante la ingeniería.

• Laboratorio de diseño de nevera de vacunas de Puerto Rico - Una simulación de ingeniería de cadena de frío en la que los estudiantes dividen un problema de respuesta a un corte de energía por huracán en subproblemas más pequeños, comparan diseños de subsistemas con evidencia y justifican compensaciones mientras mantienen las vacunas seguras para una clínica móvil de Puerto Rico.

  Recursos e implementación del Laboratorio de diseño de nevera de vacunas de Puerto Rico

• Laboratorio de diseño para isla de calor en el patio escolar - Una simulación de diseño de ingeniería en la que el estudiantado divide un problema peligroso de isla de calor en el campus en subproblemas más pequeños, compara estrategias de enfriamiento con evidencia y justifica compensaciones entre temperatura, presupuesto y accesibilidad.

  Recursos e implementación del Laboratorio de diseño para isla de calor en el patio escolar

• Diseño y optimización de vehículos eléctricos - Una simulación interactiva que permite a los usuarios optimizar los parámetros de los vehículos eléctricos (capacidad de la batería, aerodinámica, masa, velocidad) para maximizar la autonomía y la eficiencia. Se alinea con NGSS Estándares de diseño de ingeniería HS-ETS1. Incluye registro y exportación de datos para consulta y análisis por parte de los estudiantes.

  Recursos e implementación para el diseño y la optimización de vehículos eléctricos

HS-ETS1-3

Evaluar una solución a un problema complejo del mundo real basándose en criterios priorizados y compensaciones que tengan en cuenta una serie de restricciones, incluyendo el costo, la seguridad, la confiabilidad y la estética, así como los posibles impactos sociales, culturales y ambientales.

• Resiliencia costera: manglares vs. malecones - Una simulación interactiva de diseño de ingeniería que explora estrategias de resiliencia costera contra marejadas ciclónicas en Puerto Rico, comparando las ventajas y desventajas entre la restauración de manglares y los malecones de hormigón.

  Evaluación: Diseño de ingeniería | 5/5 estrellas

  ### Descripción general Esta simulación interactiva permite a los estudiantes actuar como planificadores costeros en Puerto Rico. Su tarea consiste en equilibrar un presupuesto para construir malecones de concreto o restaurar bosques de manglares para defender una ciudad costera contra las marejadas ciclónicas. La simulación rastrea dinámicamente la resiliencia ante tormentas, el daño acumulado a la infraestructura y un índice de biodiversidad ecológica a lo largo del tiempo. ### Evaluación dimensional y declaraciones de evidencia * **Prácticas científicas y de ingeniería (PCE):** * *Construcción de explicaciones y diseño de soluciones:* Los estudiantes diseñan y evalúan activamente soluciones a un problema complejo del mundo real (inundaciones costeras). Deben sopesar criterios priorizados (presupuesto, disipación de olas) y compensaciones (defensa inmediata con malecones frente a crecimiento de manglares retrasado pero ecológicamente beneficioso). * *Uso de matemáticas y pensamiento computacional:* Los estudiantes rastrean métricas numéricas (presupuesto en dólares, porcentaje de resiliencia e índice de biodiversidad) para comprender la eficacia de sus decisiones de diseño a lo largo de años simulados. * **Ideas centrales disciplinarias (DCI):** * *ETS1.B: Desarrollo de posibles soluciones:* La simulación requiere que los estudiantes evalúen soluciones competitivas basadas en restricciones (costo) y criterios (seguridad, impacto ambiental). * *LS2.C: Dinámica, funcionamiento y resiliencia del ecosistema (a través de la alineación HS-LS2-7):* La simulación modela explícitamente cómo las decisiones de ingeniería humana (muros de contención frente a manglares) impactan la biodiversidad y la estabilidad del ecosistema costero. * **Conceptos transversales (CCC):** * *Sistemas y modelos de sistemas:* Los estudiantes interactúan con un modelo de un sistema costero, observando cómo los cambios en una parte (estructuras de defensa) impactan todo el sistema (daños a la ciudad, ecología) durante un evento de tormenta. * *Estabilidad y cambio:* La simulación rastrea la estabilidad de la ciudad frente a cambios repentinos y violentos (huracanes) y el cambio lento del crecimiento de los manglares y la degradación del muro de contención. ### Elementos de acción de IA para la mejora (con directivas de código explícitas) * **Implementar daños localizados por tormentas:** Actualmente, los daños por tormentas afectan a la "ciudad" como una métrica global basada en la disipación total. En `simulateStorm()` , calcule la propagación de las olas a través de las columnas de la cuadrícula para que las secciones desprotegidas de la ciudad sufran daños específicos y localizados. * **Agregar variable de aumento del nivel del mar:** Introduzca una variable ambiental en `advanceAño()` que aumente lentamente el `maxNeededDefense` con el tiempo, modelando el cambio climático y obligando a los estudiantes a mejorar continuamente sus defensas. ### Lista de verificación de implementación - [x] La simulación implementa correctamente el ciclo de diseño de ingeniería. - [x] La interfaz de usuario es accesible y muestra claramente las métricas relevantes. - [x] Incluye variables tanto para el impacto humano (presupuesto, daños) como para el impacto ecológico (biodiversidad). - [ ] Se agregaron cálculos de daños por tormentas localizados basados en cuadrículas. - [ ] Se incorporaron dinámicas de aumento del nivel del mar a largo plazo.

• Simulación de optimización de turbinas eólicas - Una simulación de ingeniería que desafía a los usuarios a optimizar los parámetros de las turbinas eólicas para maximizar la producción de energía.

  Recursos e implementación para la simulación de optimización de turbinas eólicas

• Optimización de la energía eólica marina en New London - Un desafío de ingeniería adaptado para Connecticut. Los estudiantes diseñan un conjunto de turbinas eólicas para maximizar la conversión de energía mientras navegan por complejas restricciones del mundo real, como equilibrar la producción de energía con la interrupción de las rutas marítimas comerciales locales, el impacto en las migraciones de aves de Long Island Sound y la estética visual para los residentes costeros. (También se alinea con HS-PS3-3)

  Optimización e implementación de la energía eólica marina en New London Resources

  • Tarea de optimización de la energía eólica marina ( Descargar .md )
    • Preseleccionador de tareas ( Descargar .md )
    • Evaluador de tareas ( Descargar .md )

HS-ETS1-4

Utilizar una simulación por ordenador para modelar el impacto de las soluciones propuestas a un problema complejo del mundo real con numerosos criterios y restricciones sobre las interacciones dentro y entre los sistemas relevantes para el problema.

• Simulación de microrred resiliente de Puerto Rico - Diseñar una microrred comunitaria resiliente para sobrevivir a un corte de red de varios días durante un evento de huracán simulado equilibrando la generación solar, el almacenamiento en baterías y las restricciones de reducción de carga.

  Recursos e implementación para la simulación de microrredes resilientes en Puerto Rico

• Simulación de optimización de reentrada de naves espaciales - Una simulación interactiva que desafía a los usuarios a diseñar un vehículo de reentrada equilibrando la masa, el diámetro del escudo, el ángulo y el material para sobrevivir a la entrada atmosférica contra las estrictas restricciones de la sesión informativa de la misión, mientras reflexionan sobre las limitaciones del modelo.

  Recursos e implementación de la simulación para la optimización de la reentrada de naves espaciales

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