Guide d accompagnement Capsule : Structures et mécanismes Durée : de 90 à 120 minutes Le présent guide d accompagnement explique la démarche pédagogique proposée et suggère des idées de productions différenciées. But du projet Les capsules médiatisées au sujet de la différenciation pédagogique au palier élémentaire consistent : à favoriser l assimilation des apprentissages en dotant l apprenant ou l apprenante d une méthodologie de travail efficace; à présenter des contenus et des concepts de façon dynamique et actuelle en se servant des technologies de l information et de la communication; à offrir à l apprenant ou à l apprenante des rétroactions immédiates en situation d apprentissage, lorsque c est possible; à donner l occasion à l apprenant ou à l apprenante d apprendre selon son style d apprentissage. Thème à l étude La capsule Structures et mécanismes vise à initier les élèves de 8 e année au fonctionnement de différents types de systèmes, à l interdépendance des éléments et des processus qui les composent, ainsi qu à l ordre et à l organisation qui les sous-tendent. L identification du but d un système, de ses intrants et extrants, et l étude de systèmes dans divers contextes, développent chez les élèves une vision plus complète et systémique du monde qui les entoure. La capsule offre à l élève l occasion de se familiariser avec le domaine de la mécanique en introduisant l étude des forces, du gain mécanique, de l efficacité et du travail. L analyse de différentes machines simples permet de calculer le gain mécanique en comparant la force appliquée à la force produite. Le lien entre le travail, la force et la distance est présenté et permet à l élève de déterminer le travail accompli par différents systèmes mécaniques en manipulant ces variables. Ces concepts sont abordés dans le but de satisfaire aux exigences en lien avec les concepts fondamentaux du domaine Structures et mécanismes, 8 e année Les systèmes en action. Attentes Le programme-cadre stipule que l élève doit pouvoir : montrer sa compréhension de divers systèmes et des facteurs qui leur permettent de fonctionner efficacement et sécuritairement; examiner les composantes essentielles au fonctionnement des systèmes. Contenus d apprentissage Pour satisfaire à ces attentes, l élève doit pouvoir : identifier différents types de systèmes (p. ex., système mécanique, système optique, système de transport, système de santé);
identifier les composantes d un système (p. ex., robot, système de transport, système de chauffage, chargeuse-pelleteuse, système de santé) et les procédés qui leur permettent de fonctionner; identifier le but, les intrants et les extrants de plusieurs systèmes (p. ex., bicyclette but : transport, intrant : force appliquée aux pédales, extrant : force appliquée à la roue qui cause le déplacement de la bicyclette); calculer le gain mécanique (GM = Fproduite/Fappliquée) de différents systèmes mécaniques (p. ex., la brouette : Fproduite > Fappliquée; le bâton de golf : Fproduite < Fappliquée; la poulie simple fixe : Fproduite = Fappliquée); comparer, en utilisant des exemples, les significations scientifiques et quotidiennes des termes travail, force, énergie et efficacité; comprendre et utiliser la formule (W = F d) pour établir le lien entre le travail, la force et la distance sur laquelle la force est exercée dans des systèmes mécaniques simples. Connaissances préalables L élève devrait avoir acquis les connaissances ci-dessous avant le début du module : l identification des caractéristiques d une force; l interaction entre un système et les forces qui y agissent. Différenciation des productions Les productions sont les véhicules qui mettent en valeur les apprentissages. Les élèves ont l occasion de réfléchir au sujet de leurs apprentissages et d aller plus loin. Intelligences multiples Intelligence verbale et linguistique C est la capacité de penser à l aide de mots et d employer le langage pour exprimer ou saisir des idées complexes. présenter, écrire, lire, apprendre d autres langues, faire des comptes rendus, parler, raconter des histoires, faire des jeux de mots, dire des calembours. Fournir à l élève une liste de mots qui doivent apparaître dans un texte à rédiger. Demandez-lui de résumer, dans un court texte, les notions les plus importantes de la capsule en utilisant tous les mots. Par exemple : Système Mécanique Non-mécanique Intrant Force Gain Système de santé Compromis Roue menante Travail Engrenage Rendement réel Force produite Force appliquée Newton Vélo Extrant Composantes Interdépendance Processus Friction Poulie Levier Segments de corde
Intelligence spatiale et visuelle C est la capacité de créer des images mentales et de percevoir le monde visible avec précision dans ses trois dimensions. regarder des vidéos, créer des diaporamas, faire des casse-têtes, créer des œuvres d art, faire des croquis, des tableaux et des graphiques, organiser des idées de façon graphique. Demander à l élève de placer des illustrations de machines simples en ordre croissant selon le gain mécanique qu elles procurent : Exemple : remettre à l élève des illustrations de différents types de poulies (poulie fixe, poulie mobile, poulie fixe et mobile, poulie double fixe et mobile, etc.). L élève doit les placer en ordre croissant selon le gain mécanique qu ils procurent. Exemple : remettre à l élève des illustrations de leviers (sans point d appui, bras de charge plus long que le bras de levier, bras de charge moins long que le bras de levier, etc.). L élève doit les placer en ordre croissant selon le gain mécanique qu ils procurent. Exemple : remettre à l élève des illustrations de différents systèmes d engrenages (roue menante plus petite que la roue menée, roue menée plus petite que la roue menante, roue menante identique à la roue menée, système à trois roues, etc.). L élève doit les placer en ordre croissant selon le gain mécanique qu ils procurent. Intelligence logicomathématique C est la capacité de calculer, de quantifier, de vérifier les propositions et les hypothèses, et de mener à bien des opérations mathématiques complexes. résoudre des problèmes, classifier, ordonner, utiliser l ordinateur, programmer, résoudre des énigmes, utiliser divers outils organisationnels, analyser, émettre des hypothèses, faire des activités utilisant la logique. Remettre à l élève des exercices de résolution de problème dans lesquels elle ou il doit : identifier le but ainsi que tous les intrants et les extrants de différents types de systèmes; calculer le gain mécanique en appliquant la formule : Fproduite/Fappliquée; calculer le travail en appliquant la formule : W = F x d; identifier la relation mathématique entre la vitesse de rotation des roues d un système d engrenages; calculer l efficacité d un système mécanique en comparant le rendement théorique au rendement réel et en exprimant ces rendements sous forme de pourcentages. Intelligence kinesthésique C est la capacité de manipuler des objets, de s exprimer par le mouvement et d avoir recours à diverses aptitudes physiques.
faire des simulations, utiliser du matériel de manipulation, mener des expériences, faire des exercices physiques, mimer, jouer dans des pièces de théâtre, s exprimer par le mouvement, prendre part à des jeux de rôles, bricoler, toucher les objets, exécuter des travaux manuels. Mener une expérience au cours de laquelle l élève a l occasion de mettre en pratique le gain mécanique produit par les systèmes d engrenages et les différents types de poulies. Étudier le fonctionnement du vélo. Mener une expérience dans le but d identifier le lien entre la circonférence du plateau (roue menante) et des pignons (roue menée) d un vélo et la force qui doit être appliquée sur les pédales pour le faire avancer en modifiant le rapport de vitesse. Familiariser l élève avec le dynamomètre et son fonctionnement. Permettre à l élève de soulever différents objets à l aide d une poulie fixe, mobile, double, etc., pour noter la réduction de la force appliquée mesurée à l aide du dynamomètre. Mettre en évidence le lien entre le nombre de segments de corde d un système de poulies et le gain mécanique produit. Intelligence interpersonnelle C est la capacité de comprendre les autres et d interagir avec eux. travailler en groupe, faire des remue-méninges, prendre part à des groupes d étude, faire de la médiation de conflits, assumer le leadership, conseiller les autres et les écouter. Faire une activité d apprentissage coopératif de découpage. Les élèves sont placés en groupes de base qu ils peuvent former eux-mêmes. Chaque membre du groupe de base doit choisir, parmi une liste fournie par l enseignante ou par l enseignant, un système mécanique qui l intéresse. Les élèves des différents groupes de base qui ont choisi le même système mécanique forment des groupes d experts. Les groupes d experts font une recherche pour comprendre et expliquer le fonctionnement du système mécanique choisi. Le groupe d experts produit un aide visuel (affiche, présentation médiatisée, organigramme, etc.) qui résume le fonctionnement du système mécanique. Les productions sont étalées par stations dans la salle de classe. En retrouvant leur groupe de base, les élèves visitent les stations et «l expert» de chaque système a l occasion d expliquer son fonctionnement en utilisant l aide visuel créé à la suite de la recherche. Intelligence intrapersonnelle C est la capacité de se comprendre soi-même, de comprendre ses pensées, ses émotions, ses forces et ses faiblesses. réfléchir, travailler seul, avoir l occasion de choisir, apprendre seul, tenir son journal personnel, se fixer des buts.
Demander à l élève de rédiger un journal de bord qui tient compte du nombre de systèmes mécaniques qu elle ou il utilise pendant une semaine. Dans ce journal, l élève devrait indiquer : le but du système (Pourquoi a-t-elle ou a-t-il utilisé ce système?); les intrants du système; les extrants du système; la façon dont ce système lui a facilité la vie; la façon dont sa vie serait différente sans ce système. Intelligence musicale et rythmique C est la capacité d être sensible aux structures rythmiques et musicales. chanter, écouter de la musique, composer des chansons, suivre des rythmes, taper du pied, danser. Étudier le fonctionnement du système de son et des haut-parleurs. Le système de son produit un signal électrique qui est communiqué aux haut-parleurs. Le moteur des haut-parleurs transforme l énergie électrique en énergie mécanique. L énergie mécanique est transmise à la membrane des haut-parleurs sous forme de vibrations. Ces vibrations transmettent leur énergie à l air ambiant et nous les percevons sous la forme d ondes acoustiques. Identifier les grands types de haut-parleurs : grave, médium et tweeter. Permettre aux élèves d étudier et d analyser leurs caractéristiques pour d établir le lien entre leur taille, le son qu ils produisent et leur fonctionnement. Intelligence naturaliste C est la capacité d apprécier, de classer, de reconnaître des formes et des structures dans la nature et d y être sensible. explorer, faire des promenades dans la nature, classifier selon des critères, jardiner, faire des activités se rapportant à l environnement, prendre part à des activités de plein air, décrire la nature. Identifier, étudier et analyser des systèmes mécaniques qui nuisent à l environnement. Animer une table ronde ou une discussion pour mesurer l impact de ces systèmes en tenant compte de leurs avantages. Organiser un débat au sujet des avantages et des impacts environnementaux des systèmes désignés par les élèves. Demander aux élèves de proposer des modifications aux systèmes les plus polluants pour les rendre plus écologiques.