Objet de la leçon Présenté par TryEngineering Cette leçon étudie la manière dont les emballages sont conçus pour répondre à la nécessité de transporter un produit en toute sécurité. Les élèves travaillent en équipes d «ingénieurs» pour concevoir, à l aide de matériaux courants, un emballage qui permettra d expédier en toute sécurité par courrier une chip à l adresse de l école. Sommaire de la leçon La leçon «Emballage d une chip» explique non seulement comment les ingénieurs définissent les exigences de conception d un emballage, mais évalue également les contraintes externes dont ceuxci doivent tenir compte lorsqu ils conçoivent un emballage ou un produit. Les élèves travaillent en équipes d ingénieurs pour choisir les matériaux, fabriquer, tester et évaluer leur concept d emballage. Niveaux d âge 8 à 18 ans. Objectifs Etudier la planification et la conception de produits d ingénierie. Apprendre à répondre aux besoins de la société. Apprendre le travail d équipe et la résolution des problèmes en groupes. Résultats escomptés à la fin de la leçon Au terme de cette activité, les élèves devraient acquérir une compréhension des sujets suivants : la planification et la mise à l essai des emballages la résolution des problèmes le travail d équipe Activités de la leçon Les élèves découvrent comment les ingénieurs définissent les exigences de conception d emballages, et travaillent en équipes pour évaluer les contraintes externes dont les ingénieurs doivent tenir compte lorsqu ils conçoivent un emballage ou un produit. Les élèves réalisent un plan, choisissent les matériaux, fabriquent leur emballage, le testent, puis évaluent leurs résultats. Chaque équipe présente ensuite ses réflexions à la classe. Ressources/Matériaux Document de ressource aux enseignants (en pièce jointe) Feuilles de travail des élèves (en pièces jointes) Fiche de ressource aux élèves (en pièce jointe) Emballage d une chip Page 1 sur 9
Alignement sur les structures des programmes scolaires Voir la fiche ci-jointe décrivant l alignement des programmes scolaires. Liens Internet (en anglais) TryEngineering () ITEA Standards for Technological Literacy: Content for the Study of Technology (www.iteaconnect.org/taa) NSTA National Science Education Standards (www.nsta.org/standards) NCTM Principles and Standards for School Mathematics (en anglais) (http://standards.nctm.org) Lecture recommandée (en anglais) Structural Package Designs (ISBN: 9057680440) Successful Food Packaging Design (ISBN: 2940361339) Special Packaging Designs (ISBN: 9057680548) Activité d écriture facultative Rédigez une dissertation ou un paragraphe sur les moyens d améliorer un emballage de manière à réduire la quantité de plastique ou d autres matériaux utilisés, ou qu il occupe moins d espace sur les étalages. Emballage d une chip Page 2 sur 9
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 Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension : Des propriétés des objets et matériaux De la position et du mouvement des objets 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 La science et de la technologie dans les enjeux locaux NORME DE CONTENU G : Histoire et nature de la science 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 Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension : Des propriétés et des changements de propriétés de la matière 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 Une compréhension de la science et de la technologie NORME DE CONTENU F : La science d un point de vue personnel et social La science et de la technologie dans la société NORME DE CONTENU G : Histoire et nature de la science La science en tant qu aventure humaine Emballage d une chip Page 3 sur 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 Une compréhension de l enquête scientifique 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 La science et de la technologie dans les enjeux locaux, nationaux et mondiaux NORME DE CONTENU G : Histoire et nature de la science La science en tant qu aventure humaine Principes et normes en matière de mathématiques scolaires Comprendre la signification des opérations et la manière dont elles sont liées les unes aux autres comprendre les effets de la multiplication et de la division des nombres entiers identifier et utiliser les relations entre les opérations Résolution de problèmes Résoudre les problèmes rencontrés en mathématiques et dans d autres contextes Connexions Reconnaître et appliquer les mathématiques dans des contextes extérieurs aux mathématiques Normes pour l alphabétisation technologique Tous âges La nature de la technologie Norme 3 : Les élèves acquerront une compréhension des relations entre les technologies et des liens entre la technologie et d autres champs d étude. 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. Norme 13 : Les élèves acquerront des aptitudes d évaluation de l impact des produits et systèmes. Le monde, objet de conception Norme 19 : Les élèves acquerront une compréhension et des aptitudes de sélection et d utilisation des technologies de fabrication. Emballage d une chip Page 4 sur 9
Pour les enseignants : Ressource aux enseignants But de la leçon Cette leçon étudie la manière dont les emballages sont conçus pour répondre à la nécessité de transporter un produit en toute sécurité. Les élèves travaillent en équipes d «ingénieurs» pour concevoir, à l aide de matériaux courants, un emballage qui permettra d expédier en toute sécurité par courrier une chip à l adresse de l école. Objectifs de la leçon Etudier la planification et la conception de produits d ingénierie. Apprendre à répondre aux besoins de la société. Apprendre le travail d équipe et la résolution des problèmes en groupes. Matériaux Fiche de ressource aux élèves Feuilles de travail des élèves Matériaux de construction o Un jeu de matériaux par groupe d élèves : pomme de terre chip, papier, carton, colle, ruban adhésif, ficelle, boules de coton, film alimentaire, cure-dents, bâtonnets de glace, papier aluminium, et autres matériaux que vous avez sous la main, ainsi qu une étiquette d envoi pré-adressée à votre école. Veillez à ce que chaque équipe dispose des mêmes matériaux. Marche à suivre 1. Montrez aux élèves les divers documents de référence à leur disposition. Ces documents peuvent être lus en classe ou donnés à lire à la maison la veille. 2. Répartissez les élèves en groupes de 2 ou 3 et distribuez un jeu de matériaux à chaque groupe. 3. Expliquez aux élèves qu ils doivent travailler en équipes d «ingénieurs» afin de concevoir l emballage le plus petit et le plus léger de toute la classe, pour expédier à votre école depuis un site distant une pomme de terre chip, en veillant à ce qu elle arrive intacte à destination. La chip reçue doit être comestible, même si elle n est pas destinée à la consommation des élèves compte tenu de son acheminement par la voie postale. Cette condition vise simplement à empêcher les élèves de recouvrir la chip d une substance quelconque en vue de la durcir. 4. Les élèves devront se renseigner sur le règlement de la poste locale afin de déterminer s il existe des dimensions ou des poids minimum, ou d autres exigences d expédition à prendre en compte. 5. Les élèves commenceront par se concerter afin d élaborer et de dessiner leur plan d emballage. 6. Ensuite, les élèves construiront leur emballage, qu ils vous remettront en vue d être expédié. 7. Une fois tous les emballages arrivés à l école, les élèves pèseront, mesureront et évalueront le contenu de ces derniers, à l aide du système de notation ci-dessous. 8. Puis ils rempliront leurs fiches d évaluation et de réflexion, et présenteront leurs idées à la classe. Activité facultative 1. Demandez aux équipes d élèves de concevoir un système qui permette d expédier la chip en toute sécurité, dans une boîte à six côtés, aux dimensions spécifiques. Lorsque l emballage d expédition est ainsi prédéfini, le défi consiste à concevoir l intérieur de la boîte de manière adaptée. Emballage d une chip Page 5 sur 9
Pour les enseignants : Ressource aux enseignants (suite) Notation Les trois mesures suivantes doivent être relevées pour chaque emballage reçu : 1. La masse de l emballage, en kilos, exprimée en un nombre d au moins 3 chiffres significatifs. 2. Le volume de l emballage, en centimètres cubes, exprimé en un nombre d au moins 3 chiffres significatifs. 3. Une note d intégrité de la chip suivant l échelle suivante : 100 points : intacte 50 points : légèrement abîmée ; fissurée, mais toujours en un morceau 10 points : cassée en 2 à 5 morceaux 5 points : cassée en 6 à 20 morceaux 1 point : cassée en plus de 20 morceaux ; en miettes Calculez la note globale de chaque emballage afin de déterminer quelle équipe d ingénieurs obtient la meilleure note. Utilisez l équation suivante : Note globale = Note d intégrité (c) [masse en kg (a) x volume en c 3 (b)] Exemple : a. masse = 0,145 kg b. volume = 240 c 3 c. note d intégrité = 100 Note globale : (c) 100 / [(a) 0,145 kg x (b) 240 c 3 ] = 2,87 Conseils 1. Vérifiez que la partie extérieure de chaque emballage possède un code d identification unique propre à l équipe qui l a créé. 2. Afin que le projet soit équitable, l enseignant doit choisir des chips (pomme de terre, maïs ou autre) similaires, ou mieux, identiques en taille, poids et épaisseur. 3. Tous les emballages doivent être expédiés depuis la même adresse, le même jour et à la même heure. Pour «pimenter» un peu l activité, un autre enseignant ou fonctionnaire de l école en déplacement peut éventuellement réexpédier les emballages à l école depuis un site distant. 4. La mention «fragile» peut être apposée sur les emballages. 5. Les expéditions en 24 heures ne sont pas autorisées. 6. Elaborez à l avance un plan sur lequel votre classe pourra s appuyer pour mesurer le volume et la masse de l emballage renvoyé. 7. Il appartient à l enseignant de s assurer que les emballages reçus sont évalués de façon équitable. Désignez des personnes honnêtes et responsables pour mesurer et vérifier l emballage et son contenu, et demandez-leur d ouvrir délicatement ce dernier. Si vous faites confiance à vos élèves, ceux-ci peuvent vérifier mutuellement leurs emballages. Toutefois, il sera préférable de confier la tâche de prélèvement des mesures à un autre groupe d'élèves, éventuellement pendant un cours de math. 8. Les élèves devront se renseigner sur le règlement de la poste locale concernant les dimensions ou les poids minimum, ou sur d autres exigences d expédition d emballages. Temps nécessaire Deux ou trois sessions de 45 minutes. Emballage d une chip Page 6 sur 9
Ressource aux élèves : Ingénierie de fabrication et emballage Que font les ingénieurs en fabrication? Les ingénieurs en fabrication travaillent souvent en équipes. Ils se concertent fréquemment avec d autres ingénieurs et des intervenants d autres professions pour examiner le processus, les objectifs et le stade actuel de fabrication. Les ingénieurs en fabrication peuvent intervenir dans la planification et l utilisation de la main d œuvre, le déroulement des tâches, ainsi que la planification de la conception et l aménagement de l espace prévu pour le processus de fabrication. En outre, ils peuvent participer à la planification des produits, en collaborant à la conception initiale, en vue de réfléchir aux conditions à réunir en aval pour fabriquer le produit. Leur expertise dans le domaine du rendement de la production est utile au moment de la conception des produits et de la planification des emballages. Ceux qui possèdent un diplôme agréé en gestion de l ingénierie peuvent également intervenir dans la conception des emballages. Ils exercent leur métier dans la plupart des secteurs d activité et travaillent surtout sur les projets ou programmes de grande envergure, dont la réussite repose en grande partie sur l organisation et la planification. Les étudiants en gestion de l ingénierie suivent des cours dans des disciplines variées : comptabilité, finance, marketing, gestion des opérations, gestion générale, gestion stratégique, gestion de la technologie, génie industriel et de la qualité, ingénierie de la fabrication et des emballages. Conception de l emballage Les ingénieurs collaborent souvent avec les services marketing, vente et parfois, création, pour fournir leurs recommandations sur les conditions d emballage d un produit. Un bon emballage doit protéger le produit et empêcher qu il ne s abîme pendant son transport, son expédition ou son entreposage, mais également attirer l attention du client lorsque le produit est destiné au public, comme dans un supermarché, un magasin de bricolage ou un grand magasin. Pour ces raisons, l emballage est une étape cruciale du processus de conception et d ingénierie d un produit, durant laquelle les ingénieurs doivent prendre en considération de nombreux facteurs, tels que l aspect, la fonction et le coût. Choix du matériau Les ingénieurs doivent examiner la résistance, le coût et la performance de différents matériaux lorsqu ils conçoivent des produits et l emballage dans lequel ceux-ci seront expédiés ou présentés au public. Le choix des matériaux dépend de nombreux critères, tels que la durée de conservation du produit dans son emballage, la fragilité ou le prix du produit, et l impact éventuel de la température ou de l humidité sur les performances du produit. Emballage d une chip Page 7 sur 9
Feuille de travail des élèves : Emballage d une chip Travail d équipe et planification technique Vous êtes une équipe d «ingénieurs» chargés de concevoir l'emballage le plus petit et le plus léger de toute la classe, lequel servira à protéger une pomme de terre chip qui sera expédiée par courrier à votre école depuis un site distant. Phase de planification et de conception Chaque équipe a reçu un jeu de matériaux. Examinez ces matériaux en groupe et dessinez votre emballage dans l encadré ci-dessous ou utilisez une feuille volante. Pendant la phase de conception, réfléchissez à la robustesse, aux dimensions et au poids de l'emballage. Imaginez, par exemple, que votre emballage se retrouve en bas d'une pile de cartons lourds pendant son expédition! Votre enseignant vous informera également des nombreuses règles à respecter afin que votre emballage ne soit pas exclus. Phase de construction Fabriquez votre emballage, puis répondez aux questions suivantes : 1. Existe-t-il des différences entre votre plan initial et l emballage que vous avez fabriqué? 2. Si vous avez apporté des modifications pendant la phase de construction, expliquez pourquoi celles-ci ont été nécessaires. Phase d expédition Votre enseignant se chargera de l expédition de tous les emballages réalisés par votre classe. Emballage d une chip Page 8 sur 9
Feuille de travail des élèves : Evaluation Phase d évaluation Une fois tous les emballages renvoyés à l école, vous les évaluerez en équipes. Notation Les trois mesures suivantes doivent être relevées pour chaque emballage reçu : 1. La masse de l emballage, en kilos, exprimée en un nombre d au moins 3 chiffres significatifs. 2. Le volume de l emballage, en centimètres cubes, exprimé en un nombre d au moins 3 chiffres significatifs. 3. Une note d intégrité de la chip suivant l échelle suivante : 100 points : intacte 50 points : légèrement abîmée ; fissurée, mais toujours en un morceau 10 points : cassée en 2 à 5 morceaux 5 points : cassée en 6 à 20 morceaux 1 point : cassée en plus de 20 morceaux ; en miettes Calculez la note globale de chaque emballage afin de déterminer quelle équipe d ingénieurs obtient la meilleure note. Utilisez l équation suivante : Note globale = Note d intégrité (c) [masse en kg (a) x volume en c 3 (b)] Exemple : a. masse = 0,145 kg b. volume = 240 c 3 c. note d intégrité = 100 Note globale : (c) 100 / [(a) 0,145 kg x (b) 240 c 3 ] = 2,87 Dans un tableau, annotez les notes reçues par chaque équipe et regardez qui obtient la meilleure note. ID de l emballage Masse (kg) Volume (c 3 ) Note d intégrité Note globale Réflexion 1. Quel aspect a selon vous contribué au succès de l emballage ayant obtenu la meilleure note globale? 2. Si votre équipe avait la possibilité de recommencer ce projet, que feriez-vous différemment? Présentation En équipe, présentez à la classe ce que vous avez appris au cours de cette activité. Emballage d une chip Page 9 sur 9