Présenté par TryEngineering

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1 Présenté par TryEngineering Objet de la leçon Cette leçon s intéresse à la prolifération des structures de grande hauteur dans le monde et à leur construction. Les élèves travaillent en équipes pour concevoir et construire, à l aide d un choix limité de matériaux, la plus haute tour possible, qui soit capable de supporter le poids d une balle de golf pendant deux minutes. Ils élaborent leur plan sur papier, construisent leur tour, présentent et testent celle-ci en classe, évaluent leurs résultats et ceux des autres équipes, puis remplissent leurs fiches de réflexion. Sommaire de la leçon L activité «Défiez la hauteur!» s intéresse à la conception des structures de grande hauteur, telles que les gratte-ciels et les tours de télécommunication. Les élèves travaillent en équipes pour concevoir la plus haute tour possible avec pour seuls matériaux des pailles, des cure-pipes et des trombones. La tour doit être suffisamment résistante pour supporter le poids d une balle de golf pendant deux minutes. Niveaux d âge 8 à 18 ans. Objectifs Etudier l ingénierie des structures. Etudier la conception et la reconception technique. Apprendre comment l ingénierie peut contribuer à résoudre les défis de la société. Apprendre le travail d équipe et la résolution des problèmes. Résultats escomptés à la fin de la leçon Au terme de cette activité, les élèves devraient acquérir une compréhension des sujets suivants : l ingénierie et la conception des structures la conception technique le travail d équipe Activités de la leçon Les élèves étudient les plus hautes structures du monde, et la manière dont elles ont été conçues et construites. Puis ils travaillent en équipes pour concevoir et construire la plus haute tour possible, qui soit capable de supporter le poids d une balle de golf pendant deux minutes. Ils disposent de 50 pailles, 50 cure-pipes et 25 trombones pour réaliser leur projet. Ils élaborent un plan sur papier, construisent leur tour, testent celle-ci, puis comparent leurs résultats à ceux des autres équipes. Ressources/Matériaux Documents de ressource aux enseignants (en pièces jointes) Fiche de ressource aux élèves (en pièce jointe) Feuille de travail des élèves (en pièce jointe) Défiez la hauteur! Page 1 sur 9

2 Alignement sur les structures des programmes scolaires Voir la fiche décrivant l alignement des programmes scolaires à la fin de la leçon. Liens Internet TryEngineering () (en anglais) Conception et construction de la tour Burj Khalifa ( (en anglais) La Tour CN au Canada ( National Science Education Standards ( (en anglais) ITEA Standards for Technological Literacy ( (en anglais) Lecture recommandée (en anglais) How Tall Is Tall?: Comparing Buildings (ISBN: ) Reinforced Concrete Design of Tall Buildings (ISBN: ) Construction Technology For Tall Buildings (ISBN: ) Activité d écriture facultative Rédigez une dissertation ou un paragraphe décrivant comment les progrès de l ingénierie ont conduit, au début du 20 ème siècle, à une explosion du nombre d édifices verticaux. Défiez la hauteur! Page 2 sur 9

3 Pour les enseignants : Ressources aux enseignants But de la leçon Cette leçon s intéresse à la prolifération des structures de grande hauteur dans le monde et à leur construction. Les élèves travaillent en équipes pour concevoir et construire, à l aide d un choix limité de matériaux, la plus haute tour possible, qui soit capable de supporter le poids d une balle de golf pendant deux minutes. La balle de golf doit être placée à proximité du sommet de la tour, en veillant à ce que la partie inférieure de la balle ne se trouve pas à plus de 20 % en dessous de ce sommet. Ils élaborent leur plan sur papier, construisent leur tour, présentent et testent celle-ci en classe, évaluent leurs résultats et ceux des autres équipes, puis remplissent leurs fiches de réflexion. Objectifs de la leçon Etudier l ingénierie des structures. Etudier la conception et la reconception technique. Apprendre comment l ingénierie peut contribuer à résoudre les défis de la société. Apprendre le travail d équipe et la résolution des problèmes. Matériaux Fiches de ressource aux élèves Feuilles de travail des élèves Un jeu de matériaux par équipe : 1 balle de golf, 50 pailles en plastique, 50 cure-pipes, 25 trombones métalliques. Marche à suivre 1. Montrez aux élèves les fiches de référence à leur disposition. Ces documents peuvent être lus en classe ou donnés à lire à la maison la veille. 2. En guise d introduction, discutez avec les élèves comment le siècle dernier a été marqué par la construction de structures de plus en plus hautes. Vous pourriez, par exemple, comparer l édifice le plus haut dans votre communauté à quelques-unes des structures les plus hautes du monde. 3. Si possible, invitez les élèves à explorer les ressources de conception et de fabrication proposées sur le site Web de la tour Burj Khalifa et demandez-leur de réfléchir sur la forme des structures les plus hautes. ( 4. Chaque équipe réfléchira ensuite au défi à relever, avant de dessiner un plan de leur tour sur papier. 5. Puis les équipes construisent et testent leur tour. 6. Chaque équipe doit ensuite présenter sa tour à la classe et démontrer la capacité de celle-ci à supporter la balle de golf. 7. Toutes les tours sont mesurées afin de déterminer celle qui présente la hauteur la plus importante. 8. Chaque équipe remplit une fiche de réflexion et partage son expérience avec la classe. 9. Remarque : Cette leçon peut être présentée à toutes les classes de même année, plutôt qu à une seule classe, afin de mettre en compétition l ensemble des élèves de l établissement. Temps nécessaire Une ou deux sessions de 45 minutes. Défiez la hauteur! Page 3 sur 9

4 Ressource aux élèves : Structures de grande hauteur Située à Toronto, dans la province d Ontario au Canada, la Tour CN (photo de gauche) est une tour de communication et d observation mesurant 553,3 mètres de haut. Reconnue comme la plus haute structure autoporteuse terrestre du monde pendant 31 ans, la Tour CN a récemment été détrônée par la tour Burj Khalifa de Dubaï, aux Emirats Arabes Unis, dont la construction achevée en 2009 atteint une hauteur de 828 mètres. La Willis Tower (anciennement appelée Sears Tower) est la troisième structure la plus haute du monde. Située à Chicago, aux Etats-Unis, elle mesure 527 mètres de haut. A 118 mètres, la tour radio de Gliwice, en Pologne, est la plus haute structure en bois, construite en Le tableau de droite permet de comparer la hauteur des tours Burj Khalifa, CN et Willis. En janvier 2010, la plus haute terrasse d observation extérieure au monde, située dans la tour Burj Khalifa, a été ouverte au public. Des centaines de personnes, venues pour la plupart en familles, étaient au rendez-vous pour avoir la chance d être les premiers à profiter, du haut du 124 ème étage, de la vue spectaculaire sur la ville de Dubaï, comparable selon certains à celle que l on aurait à bord d un avion. La montée jusqu au 124 ème étage s effectue par un ascenseur à deux cabines, chacune pouvant transporter 14 personnes à la fois, à une vitesse de 10 mètres par seconde. En moins d une minute, l ascenseur atteint la terrasse d observation, le seul poste d observation public au monde qui soit doté d une terrasse extérieure à une telle hauteur. Entièrement entourée de hautes fenêtres, la plateforme d observation offre aux visiteurs un panorama de la ville qui s étend à l horizon, grâce à des viseurs informatisés, qui leur permettent également d admirer plusieurs vues de jour et de nuit préprogrammées de la ville et des environs. Défiez la hauteur! Page 4 sur 9

5 Feuille de travail des élèves : Application de la technologie à la résolution des problèmes Travail d équipe et planification technique Vous formez une équipe d ingénieurs dont la mission est de construire la tour la plus haute possible avec pour seuls matériaux 50 pailles, 50 cure-pipes et 25 trombones. Vous n aurez besoin que d une partie de ces matériaux, l important étant de faire en sorte que votre tour puisse supporter le poids d une balle de golf pendant deux minutes. La balle de golf doit être placée à proximité du sommet de la tour, en veillant à ce que la partie inférieure de la balle ne se trouve pas à plus de 20 % en dessous de ce sommet. Phase de planification et de conception Réfléchissez aux différentes manières dont vous pouvez plier ou déformer les pailles, les cure-pipes et les trombones. Vous pouvez les couper, mais vous ne pouvez pas les coller à l aide de ruban adhésif ou d autres moyens. Dessinez le plan de votre tour dans le cadre ci-dessous. Défiez la hauteur! Page 5 sur 9

6 Feuille de travail des élèves : Phase de construction Construisez votre tour et testez-la pour voir si elle peut supporter la balle de golf. Répondez ensuite aux questions suivantes : 1. Y avait-il des différences entre votre plan initial et la tour que vous avez fini par construire? 2. Si vous avez apporté des modifications pendant la phase de construction, expliquez pourquoi celles-ci ont été nécessaires. 3. Avez-vous utilisé tous les matériaux qui vous ont été fournis? Avez-vous utilisé certains de ces matériaux uniquement pour augmenter la hauteur de la tour? Présentation et mesure Présentez votre tour à la classe et demandez à votre professeur d en mesurer la hauteur. N oubliez pas que la balle de golf doit être placée à proximité du sommet de la tour, en veillant à ce que la partie inférieure de la balle ne se trouve pas à plus de 20 % en dessous de ce sommet, ou votre tour sera exclue. Fournissez les informations demandées ci-dessous concernant votre tour : Hauteur entre la partie inférieure de la balle de golf et la base de la tour Distance entre la partie inférieure de la balle de golf et le sommet de la tour Pourcentage de la tour supportant la balle de golf Défiez la hauteur! Page 6 sur 9

7 Feuille de travail des élèves (suite) : Evaluation Répondez aux questions d évaluation ci-dessous : 1. Décrivez la forme ou la construction de la tour la plus haute et celle de la tour ayant remporté le défi. Si votre tour n a pas gagné, en quoi était-elle différente du concept primé? 2. Si votre équipe avait la possibilité de recommencer ce projet, que feriez-vous différemment? 3. Pensez-vous que cette activité était plus enrichissante à réaliser en équipe ou auriez-vous préféré travailler seul? Pourquoi? 4. Si vous aviez eu la possibilité d utiliser d autres matériaux (ruban adhésif, colle, bâtonnets en bois, papier aluminium, par exemple), lesquels auriez-vous choisi et pourquoi? 5. Pensez vous que, une fois la conception et la construction d une structure approuvées, plusieurs aspects soient modifiés pendant la phase de construction? Pourquoi ou pourquoi pas? 6. Selon vous, combien de temps faudra-t-il attendre avant qu un édifice plus haut que la tour Burj Khalifa ne soit construit? Où pensez-vous qu un tel édifice soit construit? Pourquoi? Défiez la hauteur! Page 7 sur 9

8 Pour les enseignants : Alignement sur les structures des programmes scolaires Remarque : Tous les plans de leçons de cette série sont alignés sur les normes nationales pour l enseignement des sciences (National Science Education Standards), établies par le Conseil national de recherche des Etats-Unis (National Research Council) et approuvées par l Association nationale des enseignants des sciences des Etats-Unis (National Science Teachers Association), et le cas échéant, sur les normes internationales d enseignement de la technologie pour l alphabétisation technologique (International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy) ou sur les principes et normes en matière de mathématiques scolaires établis par le Conseil national américain des enseignants en mathématiques (National Council of Teachers of Mathematics' Principals and Standards for School Mathematics). Normes nationales pour l enseignement des sciences de la maternelle au primaire (4 à 9 ans) NORME DE CONTENU A : Enquête scientifique Les aptitudes nécessaires pour réaliser des enquêtes scientifiques Une compréhension de l enquête scientifique NORME DE CONTENU B : Sciences physiques Des propriétés des objets et matériaux NORME DE CONTENU E : Science et technologie Des aptitudes de conception technologique Une compréhension de la science et de la technologie NORME DE CONTENU F : La science d un point de vue personnel et social Des caractéristiques et des changements démographiques Des changements environnementaux De la science et de la technologie dans les enjeux locaux NORME DE CONTENU G : Histoire et nature de la science Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension de : La science en tant qu aventure humaine Normes nationales pour l enseignement des sciences de la CM2 à la quatrième (10 à 14 ans) NORME DE CONTENU A : Enquête scientifique Les aptitudes nécessaires pour réaliser des enquêtes scientifiques Une compréhension de l enquête scientifique NORME DE CONTENU B : Sciences physiques Des mouvements et des forces NORME DE CONTENU E : Science et technologie Au terme des activités effectuées de la CM2 à la quatrième, tous les élèves devraient acquérir : Des aptitudes de conception technologique NORME DE CONTENU F : La science d un point de vue personnel et social Des populations, des ressources et des environnements Des risques et avantages De la science et de la technologie dans la société NORME DE CONTENU G : Histoire et nature de la science Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension de : L histoire de la science Défiez la hauteur! Page 8 sur 9

9 Pour les enseignants : Alignement sur les structures des programmes scolaires (suite) Normes nationales pour l enseignement des sciences de la troisième à la terminale (14 à 18 ans) NORME DE CONTENU A : Enquête scientifique Les aptitudes nécessaires pour réaliser des enquêtes scientifiques NORME DE CONTENU B : Sciences physiques Des mouvements et des forces NORME DE CONTENU E : Science et technologie Des aptitudes de conception technologique Une compréhension de la science et de la technologie NORME DE CONTENU F : La science d un point de vue personnel et social Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension de : La santé de l individu et de la communauté La croissance démographique La qualité de l environnement La science et de la technologie dans les enjeux locaux, nationaux et mondiaux Normes pour l alphabétisation technologique Tous âges La nature de la technologie Norme 1 : Les élèves acquerront une compréhension des caractéristiques et de la portée de la technologie. Technologie et société Norme 4 : Les élèves acquerront une compréhension des effets culturels, sociaux, économiques et politiques de la technologie. Norme 5 : Les élèves acquerront une compréhension des effets de la technologie sur l environnement. Norme 6 : Les élèves acquerront une compréhension du rôle de la société dans le développement et l utilisation de la technologie. Norme 7 : Les élèves acquerront une compréhension de l influence de la technologie sur l histoire. Conception Norme 8 : Les élèves acquerront une compréhension des attributs de conception. Norme 9 : Les élèves acquerront une compréhension de la conception technique. Norme 10 : Les élèves acquerront une compréhension du rôle de la recherche des défaillances, de la recherche et du développement, de l invention et de l innovation, et de l expérimentation dans la résolution des problèmes. Aptitudes pour un monde technologique Norme 11 : Les élèves acquerront des aptitudes d application du processus de conception. Le monde, objet de conception Norme 20 : Les élèves acquerront une compréhension et des aptitudes de sélection et d utilisation des technologies de construction. Défiez la hauteur! Page 9 sur 9