GUIDE DE L ENSEIGNANTE OU ENSEIGNANT

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1 LE PÉRISCOPE GUIDE DE L ENSEIGNANTE OU ENSEIGNANT Juin 2010

2 PRÉPARATION Activité 1 But : Se questionner sur le concept de lumière Cahier de l élève (démarche d investigation), p. 1 Durée : 20 à 30 minutes L enseignante ou enseignant annonce aux élèves qu elles ou ils auront à concevoir un périscope, c est-à-dire un objet qui utilise la lumière pour fonctionner. En grand groupe, elle ou il questionne les élèves sur ce concept. o Comment fonctionne le périscope? o Pourquoi les sous-marins et les chars d assaut en sontils munis? o Peut-on quand même voir dans le noir avec le périscope? Pourquoi? o Pourquoi voit-on quand il y a de la lumière? o Comment la lumière voyage-t-elle? o Qu est-ce que la lumière? De petites démonstrations sont proposées dans la capsule théorique «À propos de la lumière» afin d initier les élèves à ce concept. L enseignante ou enseignant remet le cahier de démarche d investigation scientifique à chacune et à chacun. Les élèves sont invités à émettre une hypothèse en réponse à la question suivante : Que se passe-t-il lorsque la lumière frappe un miroir? -2-

3 Activité 2 But : Approfondir le concept de lumière Fichier Word installé sur les postes informatiques pour la recherche Internet (sites et questions) Corrigé de la «cyberquête» Durée : 45 minutes Les élèves effectuent, par l entremise d Internet, une recherche dirigée sur le concept de lumière. Elles et ils répondent au questionnaire (sur une feuille ou sur le fichier Word) au rythme de leurs découvertes sur les sites proposés. Il est important de définir le mot «normale» avant l activité : il s agit de la ligne perpendiculaire au miroir. L enseignante ou enseignant fait un retour en validant les réponses trouvées par les élèves. -3-

4 Activité 3 But : Comprendre comment la lumière réagit lorsqu elle frappe un miroir plan Cahier de l élève (démarche d investigation), p. 2 Miroir d environ 75 mm X 75 mm Pointeur laser Pâte à modeler Annexe 1 : Fiche sur la réflexion de la lumière Durée : 20 minutes L enseignante ou enseignant invite les élèves à prendre connaissance de la page 2 du cahier, qui traite de la démarche d investigation scientifique. Elle ou il distribue le document «La réflexion de la lumière». Les élèves font l expérimentation en suivant le protocole et ils notent leurs résultats. L enseignante ou enseignant fait un retour sur les résultats obtenus et présente la loi sur la réflexion de la lumière, présentée ci-dessous. θ 2 = - θ 1-4-

5 Activité 4 But: Schématiser le comportement de la lumière 1 boîte de mouchoirs préparée, par équipe 2 miroirs par équipe Ruban à gommer ou pâte à modeler Pointeur laser Annexe 2 : plan de la boîte mystère Annexe 3 : cible pour la boîte mystère Cahier de l élève (démarche d investigation), p.3 et 4 Durée : 45 minutes L enseignante ou enseignant prépare les boîtes de mouchoirs à l aide des annexes 2 et 3 et propose l activité en cause. Pour relever le défi, les élèves doivent placer eux-mêmes les miroirs avec de la pâte à modeler afin de trouver la meilleure position pour atteindre la cible tout en maintenant le pointeur laser à l extérieur de la boîte. Après avoir réussi, elles ou ils complètent la page 4 du cahier de l élève en suivant les consignes données. L enseignante ou enseignant fait un retour sur l activité et présente la solution. Elle ou il explique le principe de réflexion avec les deux miroirs et établit des liens avec l objet à concevoir. Après cet exercice, l enseignante ou enseignant accompagne les élèves pour compléter la partie vocabulaire dans le cahier de l élève, p

6 Activité 5 But: Interpréter des plans Cahier de conception de l élève, p. 1 Annexe 4 : Exercice : développements de la colonne Annexe 5 : Solutions de l annexe 4 Annexe 6 : Plan du développement de la colonne à coter Annexe 7 : Corrigé du plan à coter Annexe 8 : Plans des parties supérieure et inférieure Annexe 9 : Plan de la colonne centrale Durée : 40 minutes L enseignante ou enseignant annonce que tous les élèves devront fabriquer un même modèle de périscope. Cependant, le fonctionnement de l instrument sera différent, en fonction des contraintes présentées dans le cahier des charges. Elle ou il explique la notion de cahier des charges et répond ensuite aux questions sur les contraintes afin de s assurer que toutes et tous ont bien compris. Deux versions de l activité sont proposées. La conception de base (première version) implique un système d ajustement de hauteur sans contrainte tandis qu il s agit, dans la deuxième, d un système d ajustement par mécanisme présentant un mouvement de rotation. À la suite de la lecture du cahier des charges, le groupe se consacre à la lecture de plans. Dans un premier temps, l enseignante ou enseignant présente un modèle de la colonne centrale du périscope et les élèves -6-

7 l observent. L annexe 4 est remise aux élèves. Ces derniers doivent repérer les développements exacts. L enseignante ou enseignant valide les réponses en pliant les différents modèles (annexe 5). Par la suite, les plans des parties supérieure et inférieure (annexe 8) ainsi que celui de la colonne centrale (annexe 9) sont remis aux élèves. Une discussion les amène à comprendre les différences entre les vues : dessus, arrière et de face. Une attention particulière est accordée aux cotes (chiffres qui donnent les dimensions des différentes parties). Sur un dessin technique, les cotes sont fournies en millimètres. Les élèves sont ensuite invités à transposer les différentes mesures sur l annexe 7. Ce travail prépare au tracé du développement de la colonne centrale. Pour conclure l exercice, la correction est faite en grand groupe. -7-

8 Activité 6 But: Concevoir et fabriquer le périscope en fonction des contraintes données Cahier de conception de l élève, p. 1 et 2 Annexe 6 : Plan du développement de la colonne à coter, version corrigée Annexe 8 : Plans des parties supérieure et inférieure Annexe 9 : Plan de la colonne centrale Annexe 10 : Gabarits de traçage de la colonne Annexe 11 : Étapes de fabrication Annexe 12 : Modèles d engrenages Deux contenants de lait ou de jus de deux litres (ou 1,89 L) par élève Un carton de type bristol 3 plis ou caribou 4 plis par élève Colle blanche Colle chaude Corde Baguettes de bois variées Bouchons de liège Pièces variées de quincaillerie Mètres Couteaux universels Couvercles de contenants Coroplaste coupé en bandes d environ 25 mm Cartomousse (foamcore) coupé en bandes d environ 25 mm Carton ondulé coupé en bandes d environ 10 mm Durée : 120 minutes Dans un premier temps, les élèves fabriquent leur périscope en suivant les étapes de fabrication (annexe 11). Tous ne -8-

9 commenceront pas par l étape 1 puisque la quantité de matériel disponible ne sera pas suffisante (couteau à lame rétractable). Ainsi quelques élèves amorcent les étapes 1 et 2 tandis que les autres entreprennent les étapes 3, 4 et 5, qui sont plus longues. Ensuite, à la page 1 du cahier de conception, les élèves tracent un schéma pour illustrer le principe de fonctionnement de leur périscope. Cette étape vise à réinvestir les connaissances liées à la boîte mystère puisqu elle représentait le principe de fonctionnement du périscope. Un retour permet de s assurer que les miroirs seront placés à 45 o (même celui qui doit pivoter). Les élèves doivent maintenant tenir compte d une ou deux contraintes (selon le cahier des charges choisi), soit : faire en sorte que le périscope puisse s allonger en l absence de mécanisme ou avec un mécanisme de rotation; faire pivoter le miroir du bas. À la page 2 du cahier, les élèves répondent aux questions liées à ces contraintes. L enseignante ou enseignante peut poser des questions en grand groupe afin d orienter les élèves. Chacune et chacun dessine, par la suite, ce qui est jugé approprié pour son modèle de périscope en respectant les exigences posées. À la suite de l approbation des schémas et des étapes, les élèves complètent leur périscope (mécanisme et pose des miroirs). Les élèves qui souhaitent fabriquer un système avec une roue dentée et une crémaillère utilisent l annexe 12 qui propose -9-

10 trois modèles pouvant être collés sur un cartonmousse et coupés à l aide d un couteau à lame rétractable. Des bandes de carton ondulé peuvent aussi servir à la fabrication d un tel mécanisme (voir photos). Bielle et manivelle Des documents animés démontrant les trois solutions illustrées à droite sont disponibles avec l ensemble des documents de la tâche. Pour faciliter l adhérence de la colle chaude, on suggère de poncer les surfaces afin d enlever le film de plastique qui recouvre les contenants. Came et galet Crémaillère en carton ondulé Crémaillère -10-

11 Activité 7 But: Évaluer sa démarche et apporter des correctifs à son périscope, au besoin Cahier de conception de l élève, p. 3 Durée : 30 minutes Lorsque le périscope est terminé, les élèves procèdent à des essais afin de corriger tout défaut de conception qui les empêcherait de combler leur besoin. Elles et ils complètent cette partie dans leur cahier et schématisent les modifications. -11-