Illustrations : Frefon Finale CSPÎ Vendredi 15 mai 2009 École Adélard-Desrosiers Guide de participation à l intention des enseignantes et des enseignants du préscolaire et du 1 er cycle du primaire Conçu et rédigé par Claudine Adam, conseillère pédagogique, commission scolaire des Affluents Chantal Pepin, conseillère pédagogique, commission scolaire de la Rivière-du-Nord Responsables du concours CSPÎ : Donald Gaudreau, conseiller pédagogique - Science et technologie Josianne Ouimet, conseillère pédagogique - Science et technologie www.cspi.qc.ca/cpp/sciences
Table des matières Problématique en science et technologie au primaire 3 Compétences en science et technologie 4 Préscolaire 4 1 er cycle 4 Savoirs essentiels 4 Science et technologie 5 Notions scientifiques 5 Préparation 6 Activité préalable : Présentation du défi 6 Activité 1: Les objets roulants 6 Activité 2: Il faut que ça roule! 7 Activité 3: Oups! Ça descend 8 Réalisation 9 En route vers le défi 9 Réalisation des véhicules 9-10 Au banc d essai Intégration 11 Retour sur le défi 11 Références 12 Annexe 1 Carte d exploration 13 Annexe 2 Diaporama «À vos marques, prêts, roulez!» 14-15 Annexe 3 Règlements et informations générales sur le concours 16-18 Annexe 4 Certificat d authentification 19 Annexe 5 Commentaires et suggestions 20 Annexe 6 Fiche d inscription à la finale de la commission scolaire 21 Annexe 7 Demande d autorisation des parents 22 Annexe 8 Grille d observation 23 2/23
PROBLÉMATIQUE EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE AU PRIMAIRE Titre: Niveaux scolaires : préscolaire et 1 er cycle Source : Problématique en science et technologie au primaire inspirée du défi apprenti génie 2009 élaboré par le www.cdls.qc.ca Adaptation du défi par les commissions scolaires participantes : Commission scolaire des Affluents Commission scolaire des Laurentides Commission scolaire de Laval Commission scolaire de Pierre-Neveu Commission scolaire de la Pointe-de-l Île Commission scolaire de la Rivière-du-Nord Commission scolaire de la Seigneurie-des-Mille-Îles 3/23
Préscolaire COMPÉTENCES EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE Compétence 5 Construire sa compréhension du monde Composantes de la compétence : Démontrer de l intérêt et de la curiosité pour les arts, l histoire, la géographie, la mathématique, la science et la technologie Exercer sa pensée dans différents contextes Raconter ses apprentissages Compétence 6 Mener à terme une activité ou un projet Composantes de la compétence : S engager dans le projet ou l activité en faisant appel à ses ressources Transmettre les résultats de son projet 1 er cycle Compétence Explorer le monde de la science et de la technologie Composantes de la compétence : Se familiariser avec des façons de faire et de raisonner propres à la science et à la technologie S initier à l utilisation d outils et de procédés simples Apprivoiser des éléments des langages propres à la science et à la technologie Science et technologie SAVOIRS ESSENTIELS Univers matériel Classification d objets selon leurs propriétés et caractéristiques (ex. : forme, taille, texture, ) Friction (faire rouler un objet) Objets techniques usuels o Description des pièces et des mécanismes 4/23
NOTIONS SCIENTIFIQUES La roue La roue est considérée comme la plus grande invention humaine. Elle a révolutionné le travail de l homme en permettant le transport de lourds fardeaux. La roue est utilisée dans presque tous les véhicules et dans plusieurs objets de la vie courante. La roue est un disque plat qui tourne autour de son axe en passant par son centre. Grâce à l essieu qui lui permet de tourner sur elle-même, la roue devient une machine simple. En 1888, John Dunlop obtient un brevet pour son invention : le pneu de caoutchouc. Il prend des tubes de caoutchouc qu il remplit d air, puis les pose autour des roues du tricycle de son fils. Il venait d inventer le pneu. Frottement (friction) La vitesse d un objet en mouvement ne peut changer (dans son intensité et/ou sa direction) à moins qu une force ne l y oblige. Donc, un objet en mouvement (roulement/glissement) sur une surface ne continuera pas son trajet à une vitesse constante, si, et seulement si, une force extérieure l oblige à diminuer ou à augmenter sa vitesse. L exemple le plus fréquent est la friction entre un objet et la surface sur laquelle il roule ou glisse qui provoque toujours un ralentissement, bien que cette force puisse être bien petite (comme celle entre la glace et la pierre de curling). La gravité est aussi une force qui modifie le mouvement des objets. Pensons à un ballon lancé au-dessus d un filet qui ralentit en montant puis accélère en descendant tout en s incurvant vers le sol. La gravité contribue aussi à augmenter la force de friction en pressant les objets sur la surface sur laquelle ils reposent, ce qui ralentira davantage la vitesse de l objet qui se déplace (glisse/roule). Évidemment, la force de friction augmentera si on augmente cette force pressante. Finalement, la force de gravité accélérera un objet qui glisse ou roule sur une pente descendante et diminuera la vitesse d un corps s il se déplace sur une surface dont la pente est montante. La friction apparaît entre deux objets qui se touchent en se déplaçant. La surface de ces objets est recouverte d aspérités microscopiques qui s'accrochent et se heurtent, provoquant un ralentissement de la vitesse, parfois des changements de direction, de la chaleur et du bruit (les aspérités vibrent, font vibrer l air et le tympan de nos oreilles). La quantité de friction dépend donc de la nature des surfaces de contact, de l aire de contact et de l'intensité de la force pressant les deux objets l'un contre l'autre. Elle s accompagne d un dégagement de chaleur et provoque l usure des objets. Des exemples de forces de friction utiles : Elles permettent aux chenilles des tracteurs de s agripper et empêchent de glisser pour monter une côte, elles permettent aux pneus des autos d'adhérer sur l'asphalte et nous permettent de marcher sur le trottoir sans tomber, etc. Note : Texte revu et corrigé par Monsieur André Blondin, P.h.D, didacticien des sciences, chargé de cours à l Université de Montréal 5/23
Suggestions d activités Activité préalable : Présentation du défi Buts : Présenter la mise en situation et le défi à réaliser. Présenter le carnet de l élève. Activité 1 : Les objets roulants Buts Susciter l intérêt des élèves. Découvrir les objets qui roulent et ceux qui ne roulent pas. Matériel Annexe 1 : Carte d exploration (sur transparent ou autre médium) Carnet de l élève (p.2) Nature des activités Présenter la carte d exploration. Questionner les élèves : PRÉPARATION Connaissez-vous des objets roulants? Qu est-ce qui permet à ces objets de rouler? Qu est-ce que les objets roulants ont en commun? Etc. Inviter les élèves à dessiner ou à coller des images d objets qui roulent dans leur carnet (page 2). Rouler ou glisser? Pour ce défi technologique, les véhicules devront rouler et non glisser. Il faut donc présenter aux élèves des exemples (patins à roulettes, balles, jouets munis de roues qui tournent, etc.) et des contre-exemples (patins à glace, planche à neige, jouets munis de roues fixes qui ne tournent pas, etc.). La carte d exploration sert de support visuel tout au long de la situation d apprentissage et s enrichit au fur et à mesure que la problématique se réalise. Cette cueillette de données permettra aux élèves une meilleure planification du défi et de la fabrication de leur bolide. 6/23
Activité 2 : Il faut que ça roule! Buts Initier les élèves aux principes qui sous-tendent la conception et la fabrication d un système de roulement. Se familiariser avec les matériaux utilisés lors de la réalisation du défi. Matériel Annexe 2 : Diaporama (PowerPoint) Carnet de l élève (p.3) Roues préfabriquées ou matériel pour démonstration Nature des activités Demander aux élèves d apporter, de la maison, des jouets roulants afin d observer leur fonctionnement et, si possible, les démonter. Questionner les élèves : Selon vous, comment les roues arrivent-elles à rouler? Quelles formes peuvent avoir les roues? Comment sont-elles reliées entre elles? Présenter le diaporama. Questionner les élèves selon les contraintes du concours : Est-ce possible de relier les roues entre elles? Où fixerez-vous l axe de vos roues? Quels matériaux pensez-vous utiliser pour confectionner le système de roulement (roues, axe et essieu)? essieu roue axe Amener les élèves, par expérimentation et par manipulation, à réaliser que : - les roues d un même essieu doivent être de même dimension ; - l axe doit passer ou être fixé au centre de la roue. Inviter les élèves à dessiner ou à écrire, à la page 3 de leur carnet, le matériel qu ils prévoient utiliser pour construire leur boîte à savon (véhicule roulant). Pour aller plus loin Recherche et collecte d information sur les véhicules roulants (voir références bibliographiques). Faire observer des images et photos de roues ou de véhicules roulants. Consulter les sites Internet suggérés (voir références bibliographiques). 7/23
Activité 3 : Oups! Ça descend Buts Initier les élèves au concept de plan incliné. Explorer la relation entre la position du véhicule sur le plan incliné et la distance parcourue par celui-ci. Matériel Pile de livres Carton rigide (ou autre surface rigide) Carnet de l élève (p.3) Nature des activités Inviter les élèves à apporter, par équipe, un petit objet muni de roues. Présenter aux élèves un plan incliné. Celui-ci peut être construit à l aide d une pile de livres et d un grand carton rigide. Il est préférable d utiliser les dimensions du plan incliné qui servira lors de la compétition (voir schéma ci-dessous). Plan incliné 50 cm 150 cm Fixer un point d arrivée sur le plancher (cible à atteindre). Inviter chacune des équipes à placer leur objet muni de roues à différents endroits sur le plan incliné afin que celui-ci, après sa descente, se rapproche le plus possible de la cible à atteindre. Effectuer d autres essais en changeant la cible de place afin de faire réaliser aux élèves que l endroit où ils placeront leur véhicule sur le plan incliné influencera la distance que celui-ci parcourra. Inviter les élèves à garder une trace de leur exploration en complétant l activité 3 de leur carnet (p.3). Capsule didactique Le véhicule jouet, au repos, possède une énergie potentielle due à sa position en haut du plan incliné. Cette énergie se transforme en énergie cinétique, lorsque le véhicule est en mouvement. L énergie potentielle du véhicule est directement proportionnelle à sa hauteur sur le plan incliné. C est la force gravitationnelle qui attire le véhicule vers le bas du plan incliné. 8/23
RÉALISATION Concevoir et fabriquer une boîte à savon, à partir d une bouteille de plastique, capable de descendre une pente et d atteindre une cible. Suggestions d activités En route vers le défi But Présenter aux élèves les règlements du concours. Voir le document Annexe 3 du concours qui présente les règlements, la conception (matériel autorisé et interdit), le déroulement, le pointage et l aménagement de l aire de compétition. Réalisation des véhicules But Réaliser les épreuves de distance et de précision du défi. Les véhicules sont construits à l école et chaque équipe doit s assurer que le matériel utilisé est conforme aux règlements. L enseignante ou l enseignant certifie le prototype en complétant l annexe 4. Le but de cette certification est de s assurer que les véhicules sont fabriqués entièrement par le ou les élèves. Ce certificat sera exigé lors de la finale locale et de la finale régionale du concours science et technologie : Un défi à relever! Au banc d essai But Réaliser les ajustements nécessaires au véhicule pour obtenir la meilleure performance. Matériel Véhicule fabriqué par l équipe Carnet de l élève (p.4) 9/23
Nature des activités Réaliser des essais avec le véhicule et prendre en note les pointages (activité 4 page 4 du carnet). Questionner les élèves : Est-ce que les roues que tu as utilisées sont fonctionnelles? Ton véhicule roule-t-il en ligne droite? Ton véhicule est-il stable? Que pourrais-tu faire pour améliorer la stabilité de ton véhicule? Apporter, au besoin, des modifications au véhicule. Conceptions fréquentes chez les élèves Plus les roues sont grandes, plus le véhicule se déplace rapidement. Plus le nombre de roues est grand, plus le véhicule se déplace rapidement et en ligne droite. Plus mon véhicule a de roues, plus il est en équilibre. Plus la distance est courte, moins le risque de dérapage est grand. Plus le véhicule est lourd, plus la distance parcourue et la vitesse sont grandes. Etc. Approches et solutions possibles Utiliser la bouteille de plastique dans différentes orientations. Ajouter du poids au véhicule (lest). Utiliser deux, trois ou plusieurs essieux. Faire varier le nombre de roues. Utiliser des roues simples ou doubles. Poser la bouteille de plastique sur une mince planche de bois ou autre matériau pouvant servir de châssis. Déplacer le véhicule sur le plan incliné. Etc. 10/23
Retour sur le défi INTÉGRATION But : Amener les élèves à faire un retour sur la conception et la réalisation de leur véhicule. Matériel : véhicules utilisés lors du défi Carnet de l élève (p.5) Démarche : Demander aux élèves de présenter leur véhicule ainsi que les résultats de leur expérimentation. Comparer les différentes caractéristiques des bolides de la classe : Pourquoi certains ont-ils atteint la cible? Pourquoi certains ont-ils conservé leur trajectoire en ligne droite? Le poids du bolide a-t-il une influence sur sa vitesse? Le poids du bolide a-t-il une influence sur la distance parcourue? Inviter les élèves à garder un souvenir de leur boîte à savon (croquis, dessin ou photographie) dans leur carnet (p.5). 11/23
RÉFÉRENCES Sites Internet La main à la pâte http://lamap.inrp.fr/?page_id=4&domainsciencetype_id=12&themetype_id=26 http://lamap.inrp.fr/?page_id=6&element_id=1141&domainsciencetype_id=15&themetype_id=31 http://lamap.inrp.fr/bdd_image/1183_30-1_complet.pdf http://lamap.inrp.fr/?page_id=6&element_id=235&domainsciencetype_id=15&themetype_id=31 Wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/roue Informations sur la roue http://www.dinosoria.com/invention_roue.htm Fabrication d objets roulants http://stsp.creteil.iufm.fr/article70.html Maîtrise de la langue : des voitures qui roulent http://pedagogie.ac-toulouse.fr/circ-montauban-1/confs/voituresroulent.rtf Livres Garrett, L. Minidictionnaire Forces, matière et énergie, Éditions du Renouveau Pédagogique (collection Petits curieux). Thouin, Marcel. Résoudre des problèmes scientifiques et technologiques au préscolaire et au primaire, Éditions Multimondes, 2006, page 80 à 82. Butler, D. et Mawet, D-P. Pourquoi les roues tournent-elles?, Éd. École active, collection Petit curieux, 1994. Ramsay, H. et Humphrey, P. Toutes sortes de roues, Éd. Gamma jeunesse, 1994. Vidéos La roue contre la friction. Office national du film, Une minute de science, s.v.p! La Roue contre la friction explique, à l'aide d'archives, d'animation et d'une narration comment, grâce à l'invention du roulement à bille, on a réinventé la roue. (1 min 14 s) Collections Il était une fois les découvreurs et Il était une fois l homme (distribuées par Imavision) 12/23
ANNEXE 1 CARTE D EXPLORATION Les objets roulants 13/23
ANNEXE 2 DIAPORAMA «À VOS MARQUES, PRETS, ROULEZ!» 14/23
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ANNEXE 3 REGLEMENTS ET INFORMATIONS GENERALES Règlements Chaque équipe peut compter deux membres au maximum. Le véhicule doit être entièrement fabriqué à l école. À cet effet, l enseignant(e) devra remplir le certificat d authentification inclus dans le guide de l enseignant et le présenter la journée du concours. Le véhicule doit entrer dans une boîte de 40 cm de longueur x 40 cm de largeur x 40 cm de hauteur. Le véhicule doit utiliser une bouteille de plastique de 500 à 600 ml. Le véhicule doit obligatoirement être muni d une ou de plusieurs roues. Pour fabriquer des roues, les participants peuvent utiliser des roues et des essieux déjà fabriqués (ex. : roues de véhicules jouets) ou utiliser des éléments du bac de recyclage (couvercles, disques, etc.). Le véhicule doit rouler en tout temps (les glissades sont interdites). L équipe peut installer les essieux directement sur la bouteille ou concevoir un châssis fabriqué par les participants. Par conséquent, un châssis d auto jouet sera refusé. La seule source d énergie utilisée provient d un plan incliné (voir schéma). Montage vue de côté (le schéma n est pas à l échelle) 150 cm pour atteindre le début de la zone de pointage 150 cm Plan incliné 50 cm Les dimensions du plan incliné sont de 50 cm de largeur par 150 cm de longueur par 50 cm de hauteur. Vous pouvez utiliser du carton épais, du coroplast, du bois ou tout autre matériel résistant pour supporter le poids du véhicule tout en respectant les dimensions exigées. Il est suggéré d installer des triangles de chaque côté pour supporter le plan incliné. La cible doit être à 300 cm de l extrémité du plan incliné. L équipe doit donner un nom à son véhicule et l apposer sur ce dernier. Le véhicule peut être décoré. Dimensions officielles du plan incliné 16/23
Déroulement Le véhicule sera vérifié à l arrivée afin de s assurer du respect des règlements. Un véhicule jugé dangereux pour la sécurité devra être modifié par l équipe. L ordre de présentation des équipes sera tiré au sort. L équipe aura 90 secondes pour placer son véhicule sur le plan incliné (à l endroit de son choix) et le laisser partir (sans donner de poussée). À partir de ce moment, aucun membre de l équipe ne peut intervenir dans le fonctionnement du véhicule. La compétition comporte 2 essais et chaque équipe doit y participer. Pointage Le véhicule gagnant sera celui qui aura accumulé le plus de points après les 2 essais. En cas d égalité, les équipes concernées reprendront un essai supplémentaire. Distance Si le véhicule franchit la ligne d arrivée, il obtiendra automatiquement 200 points. Si le véhicule ne franchit pas la ligne d arrivée, des points lui seront tout de même accordés à raison de 1 point par centimètre séparant le véhicule arrêté et la ligne de départ. La distance sera mesurée à partir de la ligne de départ et perpendiculairement à celle-ci. Si le véhicule sort de l aire de compétition avant d avoir franchi la ligne d arrivée, le pointage sera calculé entre la ligne de départ et le point de sortie. 17/23
150 cm 50 cm GUIDE DE PARTICIPATION À VOS MARQUES, PRETS, ROULEZ! Précision Pour recevoir des points de précision, le véhicule en entier devra s immobiliser dans la zone d arrivée située entre la ligne d arrivée et la ligne de fond (voir plan). Un score de 25 à 200 points sera attribué selon l endroit où s immobilisera le véhicule. Si ce dernier se trouve dans plus d une zone de précision, il obtiendra les points de la zone la moins payante. Dès que le véhicule dépasse la ligne de fond ou sort de l aire de compétition, aucun point de précision ne sera attribué. Dimensions officielles de l aire de compétition 50 cm Ligne de fond 25 75 125 175 125 75 25 50 100 150 200 150 100 50 25 75 125 175 125 75 25 Ligne d arrivée 1,5 m 3,5 m Ligne de départ Plan incliné 50 cm 18/23
Annexe 4 - Certificat d authentification Moi, (nom de l enseignante ou de l enseignant) certifie que et (nom de l élève) (nom de l élève) ont fabriqué leur boîte à savon (véhicule roulant) à l école. Note importante : Ce certificat doit être apporté lors de la finale locale. Annexe 4 - Certificat d authentification Moi, (nom de l enseignante ou de l enseignant) certifie que et (nom de l élève) (nom de l élève) ont fabriqué leur boîte à savon (véhicule roulant) à l école. Note importante : Ce certificat doit être apporté lors de la finale locale. 19/23
Annexe 5 Commentaires et suggestions Nous vous remercions de prendre quelques minutes de votre précieux temps pour écrire vos commentaires sur le concours 2009. Ces commentaires nous seront utiles pour valider nos concours à venir. Une fois complétée, nous vous demandons de transmettre cette fiche d appréciation par courrier interne, par télécopieur ou par courriel à : Donald Gaudreau, conseiller pédagogique Josianne Ouimet, conseillère pédagogique Science et technologie au primaire Télécopieur : (514) 352-8669 Guide de participation de l enseignant(e) Commentaires : Carnet de l élève Commentaires : Intérêt des élèves pour le concours Commentaires : Votre intérêt pour le concours Commentaires : Suggestions de thèmes pour le concours de l an prochain : Suggestions : 20/23
Annexe 6 Fiche d inscription CONCOURS 2009 - Science et technologie «Un défi à relever» Chaque école ne peut inscrire plus d une équipe par cycle. Une équipe peut être formée d un seul ou de 2 élèves. Pour ce concours, le préscolaire est considéré comme un cycle. Les élèves des classes d adaptation scolaire s inscrivent avec les élèves des classes régulières (selon le cycle). Nom de l école Répondant pour l école SVP écrire en lettres moulées. De plus, spécifier si c est une fille ou garçon, en mettant un X dans la case appropriée. Merci! PRÉSCOLAIRE F G Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) Nom de l enseignant(e) (en lettres moulées Merci!) Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) 1 er CYCLE F G Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) Nom de l enseignant(e) (en lettres moulées Merci!) Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) 2 e CYCLE F G Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) Nom de l enseignant(e) (en lettres moulées Merci!) Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) 3 e CYCLE F G Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) Nom de l enseignant(e) (en lettres moulées Merci!) Nom de l élève (en lettres moulées) Prénom de l élève (en lettres moulées) Important : SVP, retourner une seule fiche d inscription par école par courrier interne ou par télécopieur (514-352-8669), au plus tard le vendredi 1 er mai 2009, à l attention de Josée Brunetta. 21/23
Annexe 7 Demande d autorisation aux parents «Concours science et technologie 2009 : un défi à relever!» Demande d autorisation aux parents École : J autorise la Commission scolaire de la Pointe-de-l Île à diffuser des images vidéo et des photographies de mon enfant,, prises lors de la finale locale du concours «science et technologie 2009 : Un défi à relever!», le vendredi 15 mai 2009 à l école Adélard-Desrosiers. Si mon enfant est sélectionné pour participer à la finale régionale, j autorise la Commission scolaire de la Pointe-de-l Île, ainsi que les commissions scolaires participant au concours, à diffuser des images vidéo et des photographies de mon enfant de la finale régionale qui aura lieu le jeudi 21mai 2009. Cette utilisation sera pédagogique ou informative et non commerciale. Signature du parent ou du tuteur : 22/23
PRESCOLAIRE ET 1 ER CYCLE Annexe 8 - Grille d évaluation 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. NOMS Compétence 1 : Explorer le monde de la science et de la technologie. L élève fabrique un véhicule roulant en tenant compte des contraintes. L élève explique les modifications apportées à son véhicule roulant. 23/23