Construction de tours

Sujet : l’effet des forces.

Intention pédagogique : dans cette activité, les élèves seront invités à construire une tour de cure-dents qui pourra supporter un poids donné. Ils pourront explorer les forces agissant sur les structures et les mécanismes et décrire les avantages et les inconvénients de différents types de systèmes mécaniques (voir curriculum MEO, p. 100, http://www.edu.gov.on.ca/fre/curriculum/elementary/scientec18currbf.pdf).

Démarches : processus de résolution de problèmes technologiques; apprentissage coopératif.

Nombre de périodes : projet sur environ 4 périodes de 40 minutes.

Matériel : blocs Jenga; 250 cure-dents, miniguimauves, objets/poids minimal que la tour devra supporter, etc.; fiche-élève (voir Fiches de travail).

Modalité de travail : équipes de 2 à 3 élèves.

Apprentissages visés : forces externes agissant sur des structures (p. ex. poids d’une personne, poids de la neige, vent); forces internes (p. ex. compression, tension).

Par : Francine Lapierre, Conseil scolaire de district catholique de l’Est ontarien (CSDCEO).

Situation de départ ou élément déclencheur 

Inviter les élèves à construire une tour avec le jeu de blocs JENGA (voir site Internet https://www.hasbro.com/fr-ca/product/classic-jenga:2622533E-5056-9047-F5C4-A77AA2A86686 pour information sur ce produit). Poursuivre avec une discussion en grand groupe sur les raisons qui causent l’effondrement de la tour. Introduire les notions de forces externes et de forces internes qui agissent sur les structures.

Expliquer aux élèves qu’ils auront à construire, en équipe, une tour de cure-dents maintenus par des guimauves. Leur tour devra respecter les concepts vus en classe (triangles, base plus large que le sommet, force équilibrée, etc.) et supporter un poids donné (p. ex. une grosse perforatrice).

DÉROULEMENT 

Voici les consignes globales du projet fournies aux élèves. La tour fabriquée devra :

• respecter les concepts vus en classe;

• pouvoir supporter un poids donné.

Étape 1 : planification et conception (1 à 2 périodes)

Former les équipes et assigner les rôles. Les élèves dessinent le plan de trois différentes tours. Ils doivent ensuite sélectionner un modèle parmi les trois, le développer (vue de face, du sommet, de la base), et inscrire les mesures (longueur, largeur, hauteur) ou le nombre de cure-dents nécessaires à sa réalisation.

Étape 2 : construction du modèle (1 période)

Après avoir fait approuver leur plan, les élèves reçoivent le matériel et débutent la construction de leur tour. L’assemblage des tours doit être terminé en une période, puisque les guimauves sèchent rapidement et qu’ensuite il n’est plus possible de poursuivre la construction. Les tours reposent pendant une journée avant la mise à l’essai.

Étape 3 : mise à l’essai et discussion (1 période)

Mettre les tours à l’épreuve à tour de rôle. Un représentant de l’équipe sera responsable de faire les tests de poids. L’enseignant pourra animer la discussion.

• Déposer un objet à la fois sur le sommet de la tour (en augmentant le poids à chaque essai, jusqu’à la grosse perforatrice).

• Observer et écouter : ya-t-il des failles, des craquements, des bruits, du mouvement, etc.? (Les élèves peuvent noter leurs observations)

• Discuter des forces et des faiblesses de chaque tour et proposer des solutions ou des façons de les améliorer.

Étape 4 : discussion de groupe et intégration des apprentissages 

Faire un retour en grand groupe. Discussions et débats sur les forces internes et externes qui agissent sur les structures. Possibilité de poursuivre les échanges sur les forces provenant des phénomènes naturels et leurs conséquences (tornades, ouragans, tremblements de terre, etc.).

évaluation DES APPRENTISSAGES 

Les élèves sont évalués tout au long du processus (participation, contribution, respect des consignes, travail d’équipe, etc.). Une autoévaluation est aussi prévue à la fin du projet (voir Évaluation).