Page 1 sur 6 Point du programme Domaine d'activité : LE MONDE CONSTRUIT PAR L'HOMME FAIRE ROULER - "Petites Voitures" CYCLE II Objectifs généraux Comment fabriquer une petite voiture capable de rouler en ligne droite? Résumé du module Le projet consiste globalement à : - pour le professeur : à faire prendre conscience aux élèves qu'il existe une variété de systèmes techniques qui permettent de faire rouler une plate - forme ; - pour les élèves : à réaliser le châssis d'une petite voiture. Le projet comporte : - une activité " d'utilisation ", autrement dit, une activité au cours de laquelle les élèves sont appelés à structurer les connaissances qu'ils ont des automobiles et des voitures jouets, pour conclure que les fonctions essentielles (communes aux automobiles et aux petites voitures) sont d'avancer (et reculer) et de transporter. - Une activité de conception dont le cahier des charges initial est " comment peut -on faire rouler une plate - forme (qui peut permettre de transporter)?", aboutissant au montage de prototypes et à leur évaluation. - Une activité de fabrication selon les projets de prototypes mis au point. éalisation : ate : Mai 2000 ate de la dernière modification : I.U.FM.Périgueux Stage conduit par Mme LUTZ (P.I.U.F.M.) collaboration Ecole des Sciences.. -... -... Mention : En débat Séquence 1 : Utilisation : Mise en projet Séquence 2 : Conception Séquence 3 : Fabrication Séquence 4 : Evaluer et améliorer. SEQUENCE 1: Utilisation Faire le point sur ce que l'on sait des possibilités des automobiles. amener les élèves à constater que les voitures jouets n'ont pas d'aussi nombreuses possibilités que les automobiles. Amener les élèves à préciser le cahier des charges initial : " que doit pouvoir faire le prototype à concevoir pour être une voiture? ". Amener les élèves à organiser leurs observations pour rendre les comparaison pertinentes (tableau) 14 petites voitures "la voiture du maître" Phase 1: faire adhérer les élèves au projet, et faire exprimer les connaissances liées à l'expérience de l'usage. Collectif 1.1. Le maître propose aux élèves de concevoir puis de réaliser des petites voitures. Noter le projet : "Notre projet..." 1.2 A quoi servent les voitures? Les voitures, avec lesquelles vous jouez, ont-elles les mêmes possibilités que les automobiles? 1.3 Que pouvons - nous faire si nous ne sommes pas tous d'accord sur les possibilités des automobiles? => Noter le désacord : problème :... Pour contrôler ce que peut faire une automobile, le maître propose aux élèves d'assister à un parcours test d'une automobile qu'il conduira dans la cour de l'école. => Pour savoir, observations :
Page 2 sur 6 Phase 2 : recueillir des informations sur les fonctions, disponibles à l'usage, d'une voiture. Par groupe de 2. Comment devons-nous nous organiser pour rapporter les informations recherchées? (papier et crayon, par groupes de 2, un qui observe et l'autre qui note).le professeur effectue le parcours test. (cf. ci-dessous les opérations effectuées au cours du test) Phase 3 : faire émerger les fonctions essentielles d'une voiture. Collectivement 3.1. Synthèse des informations recueillies (le maître note au tableau) 3.2 Que font les petites voitures jouets? (le maître note au tableau) 3.3 Comparaison Une automobile peut : Une petite voiture jouet peut : Avancer (ralentir, accélérer) Reculer (freiner, s'arrêter) Tourner Transporter Faire du bruit Eclairer Avancer Reculer (s'arrêter) Transporter (certaines) lister collectivement et noter sur cahier 3.4 Formuler la synthèse : " Les automobiles et les petites voitures ont en commun de se déplacer en roulant, pour transporter. ". On peut conclure que les fonctions caractéristiques des voitures sont de : " transporter en roulant ". Voir panneau d'exposition correspondant SEQUENCE 2 : Conception Définir le cahier des charges Amener les élèves à rechercher des solutions techniques pour construire leur engin. Schématiser en choisissant le meilleur point de vue. Savoir faire des choix (techniques) les argumenter, les remettre en question 14 petites voitures En vue d'une séquence intermédiaire, prévoir un exemplaire de différents axes : tige fileté - tuteur - pic à brochette... diférentes roures : roues de bois - bouchons, couvercles différents matériels pour guider : cavaliers - cavaliers électriques - triangles de bois... différents matériels pour fixer : pointes - écrous - vis... L'activité de conception Parmi les différentes étapes de l'activité de conception, c'est sur la recherche de solutions techniques, qu'ici, les élèves vont plus particulièrement travailler. C'est dire que les autres étapes seront effectuées collectivement et davantage guidées par le professeur. Par contre, pour la recherche de solutions techniques, les élèves seront appelés à prendre davantage d'initiative, à assumer la responsabilité de leur choix. Phase 1: Etablir le cahier des charges Que voulons-nous que fasse notre prototype? Les élèves doivent énoncer le cahier des charges initial, motivant la reconception. Exemple : " Nous désirons un engin qui puisse se déplacer en roulant pour transporter de petites charges. " Il s'agit pour le professeur d'aider les élèves à s'approprier la formulation du cahier des charges initial : rouler (avancer et reculer) et transporter. Le cahier des charges initial est écrit au tableau (temps de négociation de la formulation) ; puis il est noté par les élèves quand la formulation a fait l'objet d'un consensus. Phase 2 : Préciser le cahier des charges en termes de fonctions " Que devra avoir le véhicule que nous voulons construire? Que devra-t-il faire?" Réponses attendues : que le véhicule ait des roues qui tournent, que les roues permettent au véhicule d'avancer de reculer, qu'on puisse déposer de petites choses sur le véhicule pour les transporter. Il est alors possible de limiter la conception des élèves, en précisant que le problème du transport sera pris en charge par le maître. (Dans l'exemple de l'exposition le véhicule doit avancer, et rouler en ligne droite le plus loin possible)
Page 3 sur 6 Phase 3 : faire émerger la nécessité de rechercher des solutions techniques pour assumer les fonctions recherchées 3.1 " Maintenant que nous savons ce que nous attendons du véhicule que nous voulons construire, pouvons- nous le construire? " " Que devons nous savoir? " Réponse attendue : " comment est - ce que ça doit être pour que ça puisse rouler? " " Avez - vous des idées de solutions techniques pour que le véhicule puisse rouler? " En cas de réponse négative : " où peut - on trouver des solutions? " Réponse attendue : " dans les petites voitures jouets " " Mais que devons - nous savoir exactement? Réponse attendue : comment sont les roues? comment sont - elles fixées sur le véhicule? (à écrire au tableau après décision collective) Rmq : dans l'expo, les élèves ont d'abord fait un premier schéma, pour préparer la fabrication. Cet exemple de schéma pose d'emblée le problème "Avec ce schéma peut-on préparer la construction? Que faut-il savoir?... 3.2 Recherche, par groupes, de solutions techniques Travail de groupes : " décrivez les solutions auxquelles vous pensez, pour qu'on puisse les discuter collectivement. Vous pouvez vous inspirer des systèmes qui existent sur les véhicules que je vais vous prêter. ". Le maître distribue 2 ou3 véhicules jouets aux élèves. Ils sont munis de systèmes de roulage différents (du point de vue de la liaison roues / arbre, et de la liaison arbre / châssis). 3.3 Bilan des recherches " Que devons - nous faire quand un groupe présente ses idées? " Réponse attendue : " écouter pour comprendre, voir si les solutions exposées peuvent permettre au véhicule de rouler voir si c'est sont réalisables en classe. ". Exposé par chaque groupe des solutions envisagées, critiques argumentées par le collectif. Chaque solutions doit être déclarée ou acceptable ou inacceptable. Dans les cas de doute collectif, il peut être décidé d' expérimenter les systèmes proposés (ce qui donne lieu à une séquence intermédiaire, pour laquelle les élèves précisent le matériel qui sera nécessaire à l'expérimentation et les opérations qui devront être effectuées, afin de conclure à l'acceptabilité ou pas de la solution expérimentée). Collectivement dégager 3 grandes catégories : du matériel pour fixer, pour rouler, pour guider... Proposer des exemples dans chaque catégorie... Lister les idées des élèves en complément. L 'ensemble des solutions acceptables reste affichée au tableau. 3.3 Définition du projet Par groupes. Il s'agit pour chaque groupe de : - décider des solutions qu'il veut retenir, - de les formaliser. Le projet formalisé doit permettre de procéder à la fabrication du prototype du système de roulage. Voir panneau d'exposition correspondant
Page 4 sur 6 SEQUENCE 3 : Fabrication Amener les élèves à anticiper en planifiant les différentes tâches d'une fabrication. différents axes : tige filetée - tuteur - pic à brochette... différentes roues : roues de bois - bouchons, couvercles différents matériels pour guider : cavaliers - cavaliers électriques - triangles de bois... différents matériels pour fixer : pointes - écrous - vis... Outils : 7 marteaux - 14 vrilles - 7 tournevis - 1 perceuse électrique - 7 pinces universelles - 1 scie à métaux - 2 scie à onglets L'activité de fabrication L'activité de fabrication est aménagée de manière à assister les élèves dans l'élaboration de leur bon de commande relatif aux approvisionnements en matériel. Pour ce faire, le maître va proposer une planchette de contre - plaqué qui servira de châssis et une liste de matériels disponibles pour les élèves. Phase 1 : organiser la fabrication 1.1 Rappel du projet : les étapes antérieures, ce qu'il reste à faire : réaliser le prototype." Pouvez - vous construire le véhicule? " Il s'agit de faire exprimer par les élèves qu'ils ne disposent pas du matériel nécessaire. 1.2 Découverte par les élèves du matériel mis à disposition Le maître propose aux élèves une affiche relative au matériel disponible. Décodage de l'affiche par les élèves. Rmq : Cette liste peut s'organiser en 3 parties : a/ pour rouler, b/ pour fixer c/ pour guider... 1.2 Elaboration du bon de commande de matériel Le maître distribue à chaque groupe une planchette qui servira de châssis. Par groupes. Compte - tenu du projet et de l'affiche, chaque groupe élabore un bon de commande. Muni du bon de commande, un délégué de chaque groupe va chercher le matériel nécessaire. Phase 2 : construire le prototype
Page 5 sur 6 Chaque groupe d'élèves exécute selon son projet : il s'agit de faire rouler la planchette. Le maître laisse travailler les élèves en autonomie et n'intervient que pour les aider, à leur demande, pour des interventions précises qui ne solutionnent pas les problèmes rencontrés. SEQUENCE 4 : Evaluer et améliorer Amener les élèves à dissocier les facteurs qui influiencent sur la longueur de la trajectoire (frottements) des facteurs qui influencent sur la linéarité (parallélisme des des arbres, des axes...) Amener les élèves à concevoir des critères pertinents d'évaluation (retour au cahier des charges) un plan incliné (fabriqué avec une planche). outillage disponible : 7 marteaux - 14 vrilles - 7 tournevis - 1 perceuse électrique - 7 pinces universelles - 1 scie à métaux - 2 scie à onglets Évaluer le prototype 1 Etablissement des critères d'évaluation. Collectivement les élèves décident que le véhicule sera satisfaisant si : - le système de roulage est suffisamment fixé sur la planchette, - le roulage s'effectue en ligne droite, le meilleur système étant celui qui permet au véhicule de parcourir la plus longue distance. 2 Mesures Le professeur propose d'utiliser un plan incliné. Les élèves précisent qu'aucun élan ne doit être donné au départ du véhicule. Un tableau d'inscription des résultats, collectivement élaboré, permet de noter au fur et à mesure les performances de chaque véhicule. Système de roulage correctement fixé en ligne droite Roule sur une longue distance véhicule 1 oui oui non véhicule 2 non non non 3. Correction des dysfonctionnements " Qu'est - ce qui empêche certains véhicules d'aller tout droit? " " Qu'est - ce qui ralentit certains véhicules? " Pour chaque véhicule concerné, les causes de dysfonctionnement sont recherchées, et avec l'aide du professeur les élèves tentent de les améliorer. Ultérieurement les châssis roulant seront munis de cabines et décorés à l'initiative de chaque groupe. Voir panneau d'exposition correspondant Objectif de connaissance SEQUENCE 5 : TITRE Objectif de méthode Matériel 1
Page 6 sur 6 Objectif de connaissance SEQUENCE 6 : TITRE Objectif de méthode Matériel 1