
Waves of Polymathy: Exploring and Applying Various Wave Properties
Grade 8, Science
Description of Unit
In this task, eighth-grade students will research the three main categories of waves (longitudinal,
transverse, and surface) and explore various applications to sound, light, electromagnetism, oceans,
weather patterns, earthquakes, radio frequencies, and more. During this exploratory process, students
will begin to identify connections and similarities among the different types of wave properties. Students
will then research career fields that work with waves. They will hone in on one particular application of
wave properties, do extensive research in that field, identify a career that uses the wave property (e.g.
radiology, telecommunications, music), and either create or enhance an existing wave technology to make
it more effective for the career.
This guide links the Waves of Polymathy: Exploring and Applying Various Wave Properties unit to the Texas Essential Knowledge and Skills (TEKS) for eighth graders. Waves of Polymathy is a science unit that allows students to use introductory wave theory to explore multiple real-world applications. For example, students will learn how electromagnetic waves vary in frequency and how this allows for radio transmissions and x-ray machines. The following document includes the applicable TEKS and the details of the Waves of Polymathy: Exploring and Applying Various Wave Properties unit. The final section of this document presents the applicable Texas College and Career Readiness Standards adopted by the Texas Higher Education Coordinating Board (THECB) on January 24, 2008.
Descripción de la unidad
En esta tarea, los estudiantes de octavo grado investigarán las tres principales categorías de ondas (longitudinal, transversal, y superficial) y explorarán varias aplicaciones en sonido, luz, electromagnetismo, océanos, patrones del estado del tiempo, terremotos, frecuencias de radio y más. Durante este proceso de exploración, los estudiantes comenzarán a identificar relaciones y similitudes entre los diferentes tipos de propiedades de las ondas. Luego, los estudiantes investigarán campos de carreras profesionales que trabajen con ondas. Ahondarán su trabajo en una aplicación particular de las propiedades de las ondas, harán una investigación exhaustiva en ese campo, identificarán una carrera profesional que use esa propiedad de la onda (p. ej., radiología, telecomunicaciones, música), y crearán o mejorarán una tecnología de onda existente para hacerla más efectiva para la carrera profesional.
Esta guía conecta la unidad Ondas de polimatía: Explorando y aplicando varias propiedades de las ondas con los Conocimientos y destrezas esenciales de Texas (TEKS) para los estudiantes de octavo grado. Ondas de polimatía es una unidad de ciencias que permite a los estudiantes usar la introducción a la teoría de las ondas para explorar múltiples aplicaciones en el mundo real. Por ejemplo, los estudiantes van a aprender cómo las ondas electromagnéticas varían en frecuencia y cómo esto hace posibles las trasmisiones radiofónicas y los aparatos de rayos x. El siguiente documento incluye los TEKS correspondientes y los detalles de la unidad Ondas de polimatía: Explorando y aplicando varias propiedades de las ondas. La última sección de este documento presenta los Estándares de Preparación para la Universidad, Carreras Técnicas y el Mundo Laboral de Texas (Texas College and Career Readiness Standards) adoptados por la Mesa Directiva Coordinadora de la Educación Superior en Texas (Texas Higher Education Coordinating Board -THECB) el 24 de enero de 2008.
Phase I. Learning Experiences
- Begin the unit by informally pre-assessing the students’ knowledge about wave properties by having them fill out the left column of the Know, Learn, Do (KLD) chart, “You KLD It!” This chart can continue to serve as a thinking map as the class moves into the next step (and even into the Phase II).
- Introduce the students to the core concepts of the task by guiding them through resources that
will impart knowledge about the three main categories of waves (longitudinal, transverse, and
surface) and their real-world applications. You may put the students into pairs and have them
explore all of the resources, or you can set up three concept stations for students to cycle
through. There are many excellent online resources to use in teaching concepts to the students,
and a few examples have been provided:
- General Wave Properties
- How energy travels through a wave (https://www.youtube.com/watch?v=sB8w2FvPsBA)
- The parts of a wave (http://sciencenetlinks.com/student-teacher-sheets/longitudinal-and-transverse-waves-teacher-sheet/)
- Longitudinal and Transverse Waves
- The physics of waves (https://www.youtube.com/watch?v=RVyHkV3wIyk)
- Wave motion, including the Rayleigh Wave (http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html)
- The Doppler Effect
- Redshift, blueshift, and the Doppler effect in astronomy (https://www.britannica.com/science/Doppler-effect)
- General Wave Properties
- Review the scientific concepts of wave properties by conducting classroom lab activities. The
interactive activities will help students experience the connection between theory and
application for the three types of waves:
- Transverse Waves: Wave Pulses
(https://www.exploratorium.edu/snacks/anti-sound-spring) - Longitudinal Waves: The Doppler Effect
(https://www.exploratorium.edu/snacks/doppler-effect) - Surface Waves: Physical Wave Resonance
(https://www.exploratorium.edu/snacks/resonant-rings)
- Transverse Waves: Wave Pulses
- Guide the students in studying online wave simulations. You may search online for useful
simulations or try one of the provided resources:
- SciencePrimer: Types of Waves (http://scienceprimer.com/types-of-waves)
With this simple simulation, students can visually see the movement of the three main categories of waves. They should use the Trace Path function to see how one object or particle moves within a wave. - PhET: Wave on a String (https://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string)
Students can use the simulation to experiment with the amplitude and frequency of a wave. They should use the oscillate function to maintain a constant wave while they change other factors.
- SciencePrimer: Types of Waves (http://scienceprimer.com/types-of-waves)
Phase II. Independent Research
A. Research process
- Selecting a topic. Each student will independently research different careers that use/study waves and wave properties (e.g., physicist, sound engineer, teacher, astronomer). The student should record the information from his or her research on the graphic organizer, “Careers with Waves.”
- Asking guiding questions. Once the student has researched various careers that use waves,
he or she will develop three to five guiding questions to help transition to the next phase of
the project. Example of guiding questions include the following:
- Which of the careers surprised you?
- Are there any careers that you had not heard of?
- What type of schooling is necessary to be qualified for some of these jobs?
- Which career field is most interesting to you?
- Which jobs are most appealing to you?
- Do you know of anyone who currently serves in the fields you researched?
- How are the various careers similar? How are they different?
- How are waves being used in your field of interest?
- What type of schooling is required, and where would you need to go to attain this?
- Can you make money pursuing this career, or will you have to be more entrepreneurial?
- What are some of the technologies that these jobs/careers use?
- Designing a research proposal. Each student will select a particular career and research its various components. He or she should pay particular attention to the use of technology in the field (e.g. seismologists use seismographs, computers, and graphical models). Using his or her limited knowledge of the career and the associated technologies, the student will propose an innovative piece of wave technology that will help someone in the field be more efficient. For example, a sound engineer may want augmented reality glasses that allow him or her to see how the sound waves will travel. The student will either propose a completely new technology or enhance an existing technology that uses wave properties.
- Conducting the research. After the teacher has approved the proposal, ensuring that the technological improvement is related to wave properties, each student will begin using resources to research the possible technological innovation. The student will need to keep a research log, note cards, or resource process sheet (available in Forms) of all the sources used and what he or she has learned from each one.
B. The product
Each student will present his or her final product in the form of a product proposal pitch. The product proposal pitch will include information about the career he or she selected, how waves are used in this career, information about the current technology utilized within the career, and how the proposed new or improved technology would benefit the job/career/field.
C. Communication
The student will assume the role of an inventor presenting a product proposal to a company in his or her selected career field. He or she should share his or her accumulated knowledge about the career and the current technology it utilizes in order to better present the value of the proposed, transformative technology.
D. A completed project consists of:
- The completed “Careers with Waves” graphic organizer
- A research proposal
- A research log, note cards, or resource process sheet
- A product proposal pitch for a new or improved technology in a selected career field
Fase I. Experiencias de aprendizaje
- Comience la unidad haciendo una pre-evaluación informal del conocimiento de los estudiantes acerca de las propiedades de las ondas pidiéndoles que llenen la columna izquierda de la tabla SAH, Lo que Sabes, Lo que Aprendiste, Lo que Harás en la actividad “¡Hazlo SAH!” Esta tabla puede servir después como mapa conceptual conforme la clase progrese hacia el siguiente paso (e incluso hacia la fase II).
- Presente a los estudiantes los conceptos fundamentales de la tarea guiándolos a través de los recursos que imparten conocimientos acerca de las tres categorías de ondas principales (longitudinal, transversal, y superficial) y sus aplicaciones en el mundo real. Puede formar parejas de estudiantes y pedirles que exploren todos los recursos o puede establecer tres estaciones de conceptos para que los estudiantes las visiten. Hay muchos recursos excelentes en línea para enseñar los conceptos a los estudiantes, y se proveen algunos ejemplos:
- Propiedades generales de las ondas
- Cómo viaja la energía a través de una onda (https://www.youtube.com/watch?v=sB8w2FvPsBA)
- Las partes de una onda (http://sciencenetlinks.com/student-teacher-sheets/longitudinal-and-transverse-waves-teacher-sheet/)
- Ondas longitudinales y transversales
- La física de las ondas (https://www.youtube.com/watch?v=RVyHkV3wIyk)
- Movimiento de ondas, incluyendo la onda de Rayleigh
(http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html)
- El efecto Doppler
Corrimiento al rojo, corrimiento al azul y el efecto Doppler en astronomía
- Propiedades generales de las ondas
- Revise los conceptos científicos de las propiedades de las ondas realizando actividades de laboratorio en el salón. Las actividades interactivas ayudarán a los estudiantes a experimentar la relación entre teoría y aplicación para los tres tipos de ondas:
- Ondas transversales: Pulsos de onda (https://www.exploratorium.edu/snacks/anti-sound-spring)
- Ondas longitudinales: El efecto Doppler (https://www.exploratorium.edu/snacks/doppler-effect)
- Ondas superficiales: Resonancia física de las ondas (https://www.exploratorium.edu/snacks/resonant-rings)
- Guíe a los estudiantes al estudiar simulaciones de ondas en línea. Usted puede buscar en línea simulaciones útiles o pruebe con alguno de los recursos provistos:
- SciencePrimer: Tipos de onda (http://scienceprimer.com/types-of-waves)
Con esta sencilla simulación, los estudiantes pueden apreciar visualmente el movimiento de las tres principales categorías de ondas. Deben usar la función Trace Path para ver cómo se mueve un objeto o una partícula en una onda. - PhET: Wave on a String (https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_en.html)
Los estudiantes pueden usar la simulación para experimentar con la amplitud y la frecuencia de una onda. Deben usar la función oscilatoria para mantener una onda constante mientras cambian otros factores.
- SciencePrimer: Tipos de onda (http://scienceprimer.com/types-of-waves)
Fase II. Investigación independiente
A. Proceso de investigación
- Seleccionando un tema. Cada estudiante investigará de manera independiente diferentes carreras profesionales que usan/estudian las ondas y las propiedades de las ondas (p. ej., físico, ingeniero acústico, maestro, astrónomo). El estudiante debe registrar la información de su investigación en el organizador gráfico “Carreras profesionales con ondas”.
- Haciendo preguntas guía. Una vez que el estudiante haya investigado varias carreras profesionales que usan ondas, desarrollará de tres a cinco preguntas guía para ayudar a pasar a la siguiente fase del proyecto. Las preguntas guía pueden incluir lo siguiente:
- ¿Cuál de las carreras profesionales te sorprendió?
- ¿Hay carreras profesionales de las que no habías escuchado antes?
- ¿Qué tipo de educación se necesita para realzar algunos de estos trabajos?
- ¿Qué campo profesional te interesa más?
- ¿Qué trabajos te parecen más atractivos?
- ¿Sabes de alguien que actualmente trabaje en uno de los campos que investigaste?
- ¿Qué tienen en común las distintas carreras profesionales? ¿En qué se diferencian?
- ¿Cómo se usan las ondas en el campo que te interesa?
- ¿Qué tipo de educación se requiere y a dónde debes ir para recibirla?
- ¿Puedes ganar dinero mientras estudias esta carrera profesional o deberás idear un negocio propio?
- ¿Cuáles son algunas tecnologías usadas en estos trabajos/carreras profesionales?
- Diseñando una propuesta de investigación. Cada estudiante seleccionará una carrera profesional particular e investigará sus distintos componentes. Deberá poner atención especial en el uso de tecnología en el campo (p. ej. los sismólogos usan sismógrafos, computadoras y modelos gráficos). Basándose en su conocimiento limitado de la carrera profesional y las tecnologías relacionadas, el estudiante va a proponer una tecnología que utilice ondas que ayude a alguien en ese campo a ser más eficiente. Por ejemplo, un ingeniero acústico podría querer lentes de realidad aumentada que le permitan ver cómo viajan las ondas sonoras por el aire. El estudiante propondrá una tecnología completamente nueva o una mejora para una tecnología existente que use las propiedades de las ondas.
- Realizando la investigación. Después de que el maestro haya aprobado la propuesta, asegurando que la mejora tecnológica se relaciona con las propiedades de las ondas, cada estudiante comenzará a usar las fuentes para investigar la posible innovación tecnológica. El estudiante necesitará mantener un registro de la investigación, tarjetas de notas o una hoja del procesamiento de fuentes (disponible en línea: (http://staging.texaspsp.org/forms) de todas las fuentes usadas y lo aprendido de cada una.
B. El producto
Cada estudiante presentará su producto final en una propuesta en forma de discurso persuasivo. El discurso incluirá información acerca de la carrera profesional seleccionada, cómo se usan las ondas en esta carrera profesional, información acerca de la tecnología utilizada actualmente en la carrera profesional y cómo la tecnología nueva o mejorada que propone beneficiaría al trabajo/carrera profesional/campo.
C. Comunicación
El estudiante adoptará el papel de un inventor que presenta una propuesta de producto a una compañía en el campo de su carrera profesional seleccionada. El estudiante debe compartir su conocimiento acumulado acerca de la carrera profesional y la tecnología actual que utiliza para presentar mejor el valor de la tecnología propuesta y transformadora.
D. Un proyecto completo consiste de:
- El organizador gráfico “Carreras profesionales con ondas” completo
- Una propuesta de investigación
- Un registro de la investigación, tarjetas de notas o procesamiento de fuentes
- Un discurso de propuesta del producto para una tecnología nueva o mejorada en un área de carreras profesionales seleccionada
This unit may address the following TEKS.
110.24., English Language Arts and Reading, Grade 8, Adopted 2017
- 110.24(b)(12)
- Inquiry and research: listening, speaking, reading, writing, and thinking using multiple texts. The student engages in both short-term and sustained recursive inquiry processes for a variety of purposes.
- 110.24(b)(5)(G)
- evaluate details read to determine key ideas;
- 110.24(b)(5)(C)
- make, correct, or confirm predictions using text features, characteristics of genre, and structures;
- 110.24(b)(6)(I)
- reflect on and adjust responses as new evidence is presented
- 110.24(b)(6)(F)
- respond using newly acquired vocabulary as appropriate;
- 110.24(b)(6)(E)
- interact with sources in meaningful ways such as notetaking, annotating, freewriting, or illustrating;
- 110.24(b)(6)(A)
- describe personal connections to a variety of sources, including self-selected texts;
- 110.24(b)(8)(D)(iii)
- multiple organizational patterns within a text to develop the thesis;
- 110.24(b)(8)(D)(i)
- the controlling idea or thesis with supporting evidence;
- 110.24(b)(8)(D)(ii)
- features such as footnotes, endnotes, and citations
- 110.24(b)(12)(F)
- synthesize information from a variety of sources;
- 110.24(b)(1)
- Developing and sustaining foundational language skills: listening, speaking, discussion, and thinking--oral language. The student develops oral language through listening, speaking, and discussion.
112.20, Science, Grade 8
- 112.20(b)(3)
- Scientific investigation and reasoning. The student uses critical thinking, scientific reasoning, and problem solving to make informed decisions and knows the contributions of relevant scientists.
- 112.20(b)(8)
- Earth and space. The student knows characteristics of the universe.
- 112.20(b)(8)(C)
- explore how different wavelengths of the electromagnetic spectrum such as light and radio waves are used to gain information about distances and properties of components in the universe;
113.20, Social Studies, Grade 8
- 113.20(b)(27)
- Science, technology, and society. The student understands the impact of science and technology on the economic development of the United States.
- 113.20(b)(28)
- Science, technology, and society. The student understands the impact of scientific discoveries and technological innovations on daily life in the United States.
- 113.20(b)(29)
- Social studies skills. The student applies critical-thinking skills to organize and use information acquired through established research methodologies from a variety of valid sources, including electronic technology.
- 113.20(b)(30)
- Social studies skills. The student communicates in written, oral, and visual forms.
- 113.20(b)(31)
- Social studies skills. The student uses problem-solving and decision-making skills, working independently and with others, in a variety of settings.
Esta unidad puede abordar los siguientes TEKS.
110.24., English Language Arts and Reading, Grade 8, Adopted 2017
- 110.24(b)(12)
- Inquiry and research: listening, speaking, reading, writing, and thinking using multiple texts. The student engages in both short-term and sustained recursive inquiry processes for a variety of purposes.
- 110.24(b)(5)(G)
- evaluate details read to determine key ideas;
- 110.24(b)(5)(C)
- make, correct, or confirm predictions using text features, characteristics of genre, and structures;
- 110.24(b)(6)(I)
- reflect on and adjust responses as new evidence is presented
- 110.24(b)(6)(F)
- respond using newly acquired vocabulary as appropriate;
- 110.24(b)(6)(E)
- interact with sources in meaningful ways such as notetaking, annotating, freewriting, or illustrating;
- 110.24(b)(6)(A)
- describe personal connections to a variety of sources, including self-selected texts;
- 110.24(b)(8)(D)(iii)
- multiple organizational patterns within a text to develop the thesis;
- 110.24(b)(8)(D)(i)
- the controlling idea or thesis with supporting evidence;
- 110.24(b)(8)(D)(ii)
- features such as footnotes, endnotes, and citations
- 110.24(b)(12)(F)
- synthesize information from a variety of sources;
- 110.24(b)(1)
- Developing and sustaining foundational language skills: listening, speaking, discussion, and thinking--oral language. The student develops oral language through listening, speaking, and discussion.
112.20, Science, Grade 8
- 112.20(b)(3)
- Investigación y razonamiento científicos. El estudiante usa el razonamiento crítico, el razonamiento científico y la resolución de problemas para tomar decisiones informadas y conoce las contribuciones de científicos relevantes.
- 112.20(b)(8)
- La Tierra y el espacio El estudiante conoce las características del universo.
- 112.20(b)(8)(C)
- explore cómo diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético como las ondas luminosas y de radio, se usan para adquirir información acerca de las distancias y las propiedades de los componentes en el universo.
113.20, Social Studies, Grade 8
- 113.20(b)(27)
- Ciencia, tecnología y sociedad. El estudiante entiende el impacto de la ciencia y la tecnología en el desarrollo económico de los Estados Unidos.
- 113.20(b)(28)
- Ciencia, tecnología y sociedad. El estudiante entiende el impacto de los descubrimientos científicos y las innovaciones tecnológicas en la vida diaria en los Estados Unidos.
- 113.20(b)(29)
- Destrezas de estudios sociales. Utiliza las habilidades del pensamiento crítico para organizar y usar la información que adquiere de una variedad de fuentes válidas, incluyendo la tecnología electrónica.
- 113.20(b)(30)
- Destrezas de estudios sociales. Se comunica en forma oral, visual y escrita.
- 113.20(b)(31)
- Destrezas de estudios sociales. El estudiante utiliza habilidades para resolver problemas y tomar decisiones, en forma independiente y con otros, en diferentes ambientes.
This unit may address the following Texas College and Career Readiness Standards.
Science:
- S.III.C.1
- Prepare and present scientific/technical information in appropriate formats for various audiences.
- S.III.D.1
- Use search engines, databases, and other digital electronic tools effectively to locate information.
- S.III.D.2
- Evaluate quality, accuracy, completeness, reliability, and currency of information from any source.
- S.VIII.G.2
- Understand the difference between transverse and longitudinal waves.
- S.VIII.G.3
- Understand wave terminology
Cross-Disciplinary Standards:
- CDS.I.F.2
- Evaluate sources for quality of content, validity, credibility, and relevance.
- CDS.II.A.1
- Use effective prereading strategies.
- CDS.II.A.4
- Identify the key information and supporting details.
- CDS.II.A.5
- Analyze textual information critically.
- CDS.II.A.6
- Annotate, summarize, paraphrase, and outline texts when appropriate.
- CDS.II.C.2
- Explore a research topic.
- CDS.II.C.3
- Refine research topic based on preliminary research and devise a timeline for completing work.
- CDS.II.C.4
- Evaluate the validity and reliability of sources.
- CDS.II.C.5
- Synthesize and organize information effectively.
- CDS.II.C.7
- Integrate source material.
- CDS.II.C.8
- Present final product.
- CDS.II.D.3
- Present analyzed data and communicate findings in a variety of formats.
- CDS.II.E.1
- Use technology to gather information.
- CDS.II.E.2
- Use technology to organize, manage, and analyze information.
- CDS.II.E.3
- Use technology to communicate and display findings in a clear and coherent manner.
- CDS.II.E.4
- Use technology appropriately.
English Language Arts:
- ELA.V.C.1
- Integrate and organize material effectively.
- ELA.V.C.3
- Follow relevant rules governing attribution.
- ELA.V.C.2
- Use and attribute source material ethically.
- ELA.V.B.3
- Assess the relevance and credibility of sources.
- ELA.V.B.1
- Explore and collect a range of potential sources.
- ELA.V.A.1
- Articulate and investigate research questions.
- ELA.V.A.2
- Explore and refine a research topic.
- ELA.V.A.3
- Devise a plan for completing work on time.
- ELA.V.B.2
- Distinguish between and among primary and secondary sources.
Esta unidad puede abordar los siguientes estándares de Texas College and Career Readiness.
Science:
- S.III.C.1
- Prepara y presenta información científica/técnica en formatos apropiados para varios públicos.
- S.III.D.1
- Usa de manera efectiva motores de búsqueda, bases de datos y otras herramientas digitales para localizar información.
- S.III.D.2
- Evalúa la calidad, exactitud, integridad, confiabilidad y actualidad de la información de cualquier fuente.
- S.VIII.G.2
- Entiende la diferencia entre ondas transversales y longitudinales.
- S.VIII.G.3
- Entiende la terminología de las ondas: longitud de onda, periodo, frecuencia y amplitud.
Cross-Disciplinary Standards:
- CDS.I.F.2
- Evalúa las fuentes en función de la calidad de su contenido, validez, credibilidad y relevancia.
- CDS.II.A.1
- Usa estrategias efectivas de preparación.
- CDS.II.A.4
- Identifica la información principal y los detalles de apoyo.
- CDS.II.A.5
- Analiza críticamente la información textual.
- CDS.II.A.6
- Comenta, resume, parafrasea y describe textos cuando sea apropiado.
- CDS.II.C.2
- Explora un tema de investigación.
- CDS.II.C.3
- Afina el tema de investigación con base en una investigación preliminar y establece un calendario para terminar el trabajo.
- CDS.II.C.4
- Evalúa la validez y confiabilidad de las fuentes.
- CDS.II.C.5
- Sintetiza y organiza la información de manera efectiva.
- CDS.II.C.7
- Integra las referencias.
- CDS.II.C.8
- Presenta un producto final.
- CDS.II.D.3
- Presenta datos analizados y comunica los hallazgos en una variedad de formatos.
- CDS.II.E.1
- Usa tecnología para reunir información.
- CDS.II.E.2
- Usa tecnología para organizar, manejar y analizar información.
- CDS.II.E.3
- Usa tecnología para comunicar y mostrar hallazgos de una manera clara y coherente.
- CDS.II.E.4
- Usa la tecnología apropiadamente.
English Language Arts:
- ELA.V.C.1
- Integrate and organize material effectively.
- ELA.V.C.3
- Follow relevant rules governing attribution.
- ELA.V.C.2
- Use and attribute source material ethically.
- ELA.V.B.3
- Assess the relevance and credibility of sources.
- ELA.V.B.1
- Explore and collect a range of potential sources.
- ELA.V.A.1
- Articulate and investigate research questions.
- ELA.V.A.2
- Explore and refine a research topic.
- ELA.V.A.3
- Devise a plan for completing work on time.
- ELA.V.B.2
- Distinguish between and among primary and secondary sources.