Un jeu solide! Concours La Relève APSQ Mélanie Gaudreault Joannie Mclean Rachel Tremblay
Table des matières Introduction 3 Informations générales 4 Liens avec le programme de formation 5 Préparation 7 Réalisation 10 Intégration et réinvestissement 11 Évaluation 12 Conclusion 13 Annexe 1 : Journal technologique 14 Annexe 2 : Grille d évaluation individuelle 23 Références 25 2
Introduction Tout au long de notre carrière en enseignement, nous serons amenées à bâtir des situations d apprentissage pour nos élèves. Celles-ci devront éveiller leur curiosité et leur permettre de se questionner, d observer le monde qui les entoure et ainsi, de comprendre leur environnement. Les situations concrètes et stimulantes favorisent l apprentissage des élèves. Il est donc important de proposer des situations d apprentissage qui rejoignent la réalité et l intérêt de la majorité des jeunes. Suite au projet d expo-sciences réalisé dans le cadre du cours Didactique de la science et de la technologie I, nous devons construire une situation d apprentissage en lien avec notre sujet. Nous proposerons donc une situation d apprentissage en lien avec la technologie qui amènera l élève à décrire l effet d une force sur un matériau ou une structure. En premier lieu, nous établirons les informations générales concernant cette situation d apprentissage. Par la suite, nous définirons les liens avec le programme de formation de l école québécoise. Notre situation d apprentissage sera ensuite détaillée en fonction de trois phases soit, la préparation, la réalisation et l intégration. Enfin, nous proposerons un outil d évaluation qui permettra de vérifier la compréhension des élèves. 3
Informations générales Titre de l activité : Un jeu solide! Niveau d enseignement : Deuxième année du deuxième cycle (quatrième année du primaire). Description de la situation d apprentissage et démarche : À partir d une activité préalable qui permet aux élèves de découvrir quel solide géométrique est le plus résistant, les élèves vont effectuer une démarche d expérimentation. Effectivement, suite à un questionnement de départ, les élèves auront à émettre une hypothèse, réaliser un protocole, consigner leurs résultats pour enfin vérifier leur hypothèse de départ. Quant à la construction du module de jeu qui permet aux élèves d intégrer les nouveaux apprentissages, il s agit d une démarche de conception. En effet, les élèves vont devoir inventer et construire un prototype de module de jeux en réinvestissant leurs nouvelles connaissances à propos de la résistance des solides géométriques dans la construction d une structure. Cette situation d apprentissage comprenant plusieurs étapes nécessite plusieurs périodes de travail. Pour la mise en situation et l activité préalable, une durée de deux périodes (un après-midi) serait suffisante. En ce qui concerne l activité de conception, les élèves auront certainement besoin de trois périodes afin de produire le plan, construire la maquette, la tester et la perfectionner au besoin. La présentation du résultat final pourra se faire sur une période. Enfin, la période d intégration aura lieu dans un moment approprié sur une durée d environ trente minutes (idéalement, avant ou après une récréation). Matériel : Pour l activité préalable, les élèves auront besoin de papier cartonné de grandeur et d épaisseur égales, de ruban adhésif et de cahiers identiques comme unité de 4
mesure non-conventionnelle (les élèves pourraient utiliser des unités de mesure différentes, l important est que toutes les charges soient identiques). Pour la construction du prototype de module de jeux, les élèves auront besoin de papier cartonné afin de construire leurs solides, de ruban adhésif afin de fixer leurs solides, d une base de carton rigide sur laquelle monter leur prototype, d unités de mesure nonconventionnelles afin de soumettre leur prototype à une charge (exemple, gomme à effacer). Montage : Se référer au journal technologique des élèves (Annexe 1). Concepts importants : Le concept de force sera exploité lorsque la structure sera soumise à une charge. La force se définit par une action quelconque qui déforme ou déplace un objet. 1 Le concept de résistance quant à lui, sera observé lorsque l enfant soumettra la structure à une charge afin de constater la résistance de celle-ci. Ce concept se caractérise par la capacité d une structure à supporter une charge selon sa forme et son matériel. Intention pédagogique : Amener l élève à expliquer le choix de différentes structures géométriques en construisant une maquette de module de jeux. Liens avec le programme de formation Compétences visées en science et technologie : Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d ordre scientifique ou technologique. Les élèves devront construire une maquette de module de jeux à partir de formes géométriques qui devra résister à une charge. 1 LEROUX, Denis Y. et al. (2004) Science-tech, science et technologie. Manuel D. Laval : Les éditions Grand Duc HRW, p. 32-34. 5
Progression d apprentissage, concepts et stratégies : Les stratégies d exploration telles que formuler des questions et émettre des hypothèses seront très sollicitées puisque les élèves auront à faire une hypothèse lors de l activité préalable. De plus, les élèves devront prendre conscience de leurs représentations préalables et réfléchir sur leurs erreurs afin d en identifier la source. En effet, lors de la construction de la maquette, les élèves devront se baser sur ce qu ils savent déjà et ce qu ils auront appris au cours de l activité préalable lorsque viendra le temps de choisir les formes à utiliser dans leur structure. Aussi, il sera important pour eux de prendre en considération les contraintes en jeu dans la résolution d un problème ou la réalisation d un objet puisque certaines consignes (matériel, dimensions, charge) devront être respectées. Le savoir essentiel travaillé au cours de cette situation d apprentissage se retrouve dans la section effet d une force sur la direction d un objet, faisant partie des connaissances en lien avec les forces et mouvements du domaine de l univers matériel. Il s agit plus précisément de décrire l effet d une force sur un matériau ou une structure. Liens avec les compétences transversales : Les compétences d ordre intellectuel soit : résoudre des problèmes, exercer son jugement critique, mettre en œuvre sa pensée créatrice ainsi que la compétence d ordre méthodologique se donner des méthodes de travail efficaces devront être exploitées par les élèves. Effectivement, tout au long de la situation d apprentissage, les élèves auront à réfléchir sur la situation à résoudre dans le but de créer un module de jeux original, résistant et respectant les contraintes établies. Tout au long de leur processus de création, les élèves devront s engager afin d utiliser des stratégies efficaces qui leur permettront d arriver à un résultat final satisfaisant. Liens avec les domaines généraux de formation : Les principaux domaines généraux touchés par cette situation d apprentissage sont vivre-ensemble et citoyenneté, ainsi que orientation et entrepreneuriat. En effet, tout au long de la situation, les élèves auront à travailler en équipe, coopérer, prendre des décisions et justifier leurs choix. De plus, ils 6
devront respecter les étapes de réalisation d un projet plus élaboré afin de le rendre à terme. Tout au long de la situation d apprentissage, chaque élève aura un rôle à jouer au sein de son équipe afin d en assurer le bon fonctionnement. Liens interdisciplinaires : Au cours de cette situation d apprentissage et d évaluation, les élèves seront appelés à mobiliser leurs compétences en mathématique puisqu ils devront respecter des dimensions précises, connaître les solides géométriques et les unités de mesure non-conventionnelles. De plus, certaines notions de base du domaine de l architecture seront abordées sommairement. Enfin, les élèves auront à mobiliser la compétence en français langue d enseignement, communiquer oralement lors de la présentation de leur prototype. Repères culturels : À partir de cette situation d apprentissage, il est possible d aborder le concept de force qui a été précisé par Isaac Newton. Plus près de nous, il est intéressant de faire des liens avec les structures qui nous entourent au quotidien telles que les pylônes électriques, les ponts, la charpente des maisons ainsi que les grues utilisées en construction. Préparation Mise en situation : À partir de différents modèles de maison (à l extérieur), l enseignante questionne les élèves à propos de la structure des maisons (solides géométriques présents). Conceptions naïves et connaissances antérieures : Les élèves peuvent croire que plus la maison est grande, plus elle est solide. Que le toit en triangle est un critère esthétique ou encore que cela sert à faire couler l eau. Certains peuvent également penser que cela permet d agrandir la maison ou bien permet d avoir un grenier. 7
Rôle de l élève Rôle de l enseignante et questionnement pédagogique L enseignante sort à l extérieur et se rend avec les élèves devant des maisons près de l école. L élève doit observer et comparer les maisons afin de répondre aux questions de l enseignante. «Quels solides vois-tu lorsque tu regardes la maison? Est-ce que tous les toits sont semblables? Quel type de toit voit-on le plus souvent? Pourquoi crois-tu que ce type de toit est le plus fréquent?» L enseignante note les réponses des élèves afin de pouvoir y revenir à la fin de la situation d apprentissage. L enseignante retourne dans sa classe avec les élèves afin de faire un petit retour sur ce qu ils viennent d observer. L élève se place en équipe de trois et discute avec ses compagnons afin de répondre aux questions posées. «D après toi, quels solides géométriques sont les plus résistants parmi ceux que tu as observés? Crois-tu qu un cylindre pourrait également être résistant?» L élève doit faire des hypothèses et tenter de trouver une méthode qui permettrait de vérifier efficacement la résistance des L enseignante revient en grand groupe, demande les réponses aux élèves et discute avec eux. Ensuite, elle demande : «Comment pourrait-on vérifier la résistance des solides?» *À cette étape, l élève peut penser à utiliser des solides pleins, c est alors que l enseignante devrait 8
solides à l aide du matériel qui l entoure. amener les élèves à comparer avec les maisons qui sont en fait semblables à des solides vides. L élève utilise et rempli son journal technologique afin de se guider dans la réalisation de l activité. L enseignante revient en grand groupe et ensemble, ils exposent leurs idées pour en arriver à construire des solides à l aide de papier cartonné. L enseignante explique la réalisation de l activité à l aide du journal technologique des élèves (Annexe 1, p.1 à 5). L élève doit aller inscrire les résultats de son expérience dans le tableau à l avant de la classe. Ensuite, il pourra comparer plus facilement ses résultats avec ceux des autres équipes et répondre aux questions de l enseignante à partir de son journal technologique. Lorsque toutes les équipes ont terminé, l enseignante fait un retour en groupe afin de comparer les résultats. Elle trace au tableau un grand tableau des résultats dans lequel les élèves iront inscrire leurs résultats. «Est-ce que ton hypothèse de départ a été confirmée ou infirmée? Est-ce que ton estimation quant à la quantité de cahiers de lecture supportée était réaliste? Quel type de solide est le plus résistant? Pourquoi selon toi?» L élève s exprime sur ce qu il a compris en réalisant l expérience de l activité préalable. L enseignante amène les élèves à comprendre que la répartition des charges selon le solide a un grand rôle à jouer dans la résistance de celui-ci. («Quel a été l effet de la force sur les prismes à base carrée? Quel a été l effet de la force sur les cylindres? Pourquoi le prisme à base triangulaire a résisté plus longtemps que les autres? Pourquoi crois-tu que les solides ont réagi ainsi? etc.») 9
Réalisation Rôle de l élève L élève doit observer son journal technologique et rester concentré afin de bien comprendre les consignes. Si l élève ne comprend pas un critère, il doit poser des questions et s assurer de tout comprendre avant de commencer le travail. Rôle de l enseignante et questionnement pédagogique L enseignante annonce aux élèves qu à partir de leurs nouvelles connaissances acquises lors de l activité préalable, ils devront élaborer le plan d un module de jeux. (Ce plan ne devra pas être à l échelle mais si l enseignante désire en faire une activité de mathématique, il est possible de le reprendre et de le rendre à l échelle.) Par la suite, ils devront réaliser une maquette de ce module. Certains critères énoncés dans le journal technologique (Annexe 1, p.6) devront être respectés. Elle demande aux élèves de lire à haute voix les critères un à un et leur fournit quelques explications. Afin de les guider en ce début de réalisation du projet, elle leur pose quelques questions («Quel solide était le plus résistant? Doiton toujours utiliser le même solide?») dans le but de leur rappeler les notions acquises dans l activité préalable. Les élèves doivent travailler en équipe afin de réaliser le plan et la maquette du module de jeux en respectant les critères établis. De plus, ils doivent utiliser leurs nouvelles connaissances à propos de la résistance des solides géométriques. Au cours de la réalisation du projet, l enseignante demeure disponible pour soutenir les élèves et répondre à leurs questions. L enseignante précise le mode d évaluation qui portera principalement sur la compréhension des concepts, les liens entre ces derniers et la maquette et leurs explications en fonction de la construction 10
de leur module de jeux. Enfin, l enseignante mentionne qu ils devront participer activement tout au long du projet. Intégration et réinvestissement Rôle de l élève Lors d une période en classe, chaque équipe présente sa maquette de module de jeux en expliquant les étapes de réalisation et les raisons de son choix de solides, ses embûches puis, une charge est appliquée sur le module de jeux afin de tester sa résistance. (Les élèves peuvent se référer à leur journal technologique pour élaborer leur explication.) Rôle de l enseignante et questionnement pédagogique L enseignante guide et questionne les élèves dans leur présentation afin de les amener à parler de tous les aspects (par exemple, elle peut les questionner à propos des modifications apportées au cours de la conception en changeant le plan initial, elle peut également demander comment la structure a réagi la première fois qu une charge a été appliquée selon les solides utilisés). L élève doit réfléchir et en venir à comprendre à partir de ses nouveaux apprentissages que le prisme à base triangulaire est plus résistant car la charge est mieux répartie. De plus, il est important qu il réalise qu il est possible de faire supporter une charge à différents types de solides en les Après les présentations, un retour en grand groupe sur le concept de résistance et de répartition des charges est fait. L enseignante amène les élèves à parler des différents types de prismes et de la raison qui explique pourquoi certains sont plus résistants que d autres (répartition des charges). «Pourquoi le prisme triangulaire est plus résistant que le prisme à base carrée? Si tu observes bien comment la structure travaille lorsqu elle reçoit une 11
renforçant. charge, comment le poids est-il réparti?» L élève devra bien observer et faire des liens entre la réalité et son expérience. Il pourra également trouver d autres structures dans lesquelles les solides sont utilisés. L enseignante amène son groupe à l extérieur afin d observer la structure de différents modules de jeux. Elle les questionne à propos des structures architecturales de leur environnement dans lesquelles on peut retrouver des solides comme poutre ou colonne de soutien. Les élèves pourront constater à quel point leur connaissances ont évoluées. Elle fait également un retour sur les croyances de départ des élèves qu elle avait notées lors de la première sortie à l extérieur. Évaluation Les élèves sont évalués individuellement à partir de l activité préalable et de l activité de conception en gardant en tête l intention pédagogique qui était amener l élève à expliquer le choix de différentes structures géométriques en construisant une maquette de module de jeux. Tout au long de la situation d apprentissage, l enseignante remplie la grille d évaluation (Annexe 2). La participation de l élève ainsi que sa compréhension des concepts sont également évalués. 12
Conclusion Après avoir réalisé l activité d expérimentation et celle de conception, les élèves sont maintenant plus aptes à comprendre l effet d une force sur un matériau ou une structure. Tout au long de la situation d apprentissage, ils ont eu à se donner des méthodes de travail efficaces afin d en arriver à construire une structure capable de supporter une charge. À travers les deux activités réalisées, les élèves ont été actifs en découvrant euxmêmes le solide le plus résistant puis en construisant une maquette de module de jeux sans oublier de justifier leurs choix. Ainsi, ils ont pu acquérir de nouveaux concepts propres au domaine de la technologie, soit celui de force et de résistance. Ce type de projet en équipe favorise la participation et la motivation de tous les élèves de la classe. Aussi, les élèves ont pu se familiariser avec deux types de démarches scientifiques. La première étant une démarche d expérimentation par le biais de l activité préalable et la seconde, une activité de conception par la fabrication d un prototype de module de jeux. Les projets de science et de technologie permettent aux élèves de prendre conscience de la réalité qui les entoure. De plus, ils peuvent découvrir de nouveaux champs d intérêts et même peut-être développer une nouvelle passion qui pourra les mener très loin. Il serait intéressant d exploiter toutes les occasions possibles rencontrées dans le milieu scolaire pour susciter le questionnement, faire évoluer les conceptions et ainsi développer la culture scientifique des élèves. 13
Annexe 1 : Journal technologique 14
Un jeu solide! Nom des coéquipiers : 15
Activité préalable Matériel 1. Papier cartonné 2. Ruban adhésif 3. Unité de mesure nonconventionnelle (Cahiers identiques) Référez-vous au protocole de la page suivante afin de réaliser une activité sur la résistance des solides. Répondez aux questions de votre journal technologique. 16 1
Matériel Papier cartonné Ruban adhésif Unité de mesure non-conventionnelle (Cahiers identiques) Protocole Je me demande a) Quel solide géométrique sera le plus résistant? 1. Émettez vos hypothèses et notez-les à la page suivante. 2. Fabrication des solides géométriques : a. Tu utilises le papier cartonné en entier. b. Plie ton papier cartonné en quatre parties égales à la verticale afin de former un prisme à base carré. Tu dois répéter cette forme deux autres fois. c. Plie ton papier cartonné en trois parties égales à la verticale afin de former un prisme à base triangulaire. Tu dois répéter cette forme deux autres fois 17 2
d. Rejoins les deux extrémités de ton papier cartonné afin de former un cylindre. Tu dois répéter cette forme deux autres fois. 3. Rassemble les trois prismes à base carrée et dépose un à la fois les cahiers identiques. 4. Compte le nombre de cahiers identiques que tu as réussi à déposer sur les prismes avant qu ils ne s effondrent. 5. Fais deux autres essais et note tes résultats. 6. Répète les trois dernières étapes pour le prisme à base triangulaire et le cylindre. 7. Transcris tes résultats sur le tableau à la page suivante. 18 3
Hypothèse Selon vous, quel solide sera le plus résistant? Combien croyez-vous que chaque type de solides pourra supporter de cahier Au-delà des mots? Solides Nombre de cahiers Au-delà des mots 3 Prismes à base carrée 3 Prismes à base triangulaire 3 Cylindres Résultats obtenus Combien de cahiers Au-delà des mots chaque type de solides à pu supporter? Solides Nombre de cahiers Au-delà des mots Essai 1 Essai 2 3 Prismes à base carrée 3 Prismes à base triangulaire 3 Cylindres 19 4
Votre hypothèse est-elle confirmée ou infirmée? Expliquez pourquoi. 20 5
Activité de conception En équipe de trois, vous devez bâtir le plan d un module de jeux. Par la suite, vous devrez construire la maquette du module de jeux. Attention, n oubliez pas que certains solides sont plus résistants que d autres! Critères pour le plan : Sans être à l échelle, les proportions doivent être semblables à la réalité. N effacez rien, s il y a des modifications, utilisez une autre couleur ou utilisez une autre feuille pour recommencer le plan (numérotez les feuilles). Critères pour la maquette : Vous devez utiliser un maximum de cinq papiers cartonnés. Votre maquette ne doit pas être plus haute que trente (30) centimètres, pas plus longue que trente (30) centimètres et pas plus large que trente (30) centimètres. Vous ne pouvez utiliser aucun autre matériel. Votre maquette doit supporter une charge de quatre (4) gommes à effacer neuves. 21 6
Plan de la maquette du module de jeux 22 7
Annexe 2 : Grille d évaluation individuelle 23
Nom : Grille d évaluation individuelle L élève est en mesure d expliquer les concepts. L élève fait des liens entre les concepts et la maquette. L élève est en mesure d expliquer le choix des différentes structures géométriques utilisées dans la construction du module de jeux. L élève a participé activement tout au long du projet. Insatisfaisant 0 Passable 1 Bien 2 Excellent 3 Total: /12 Nom : L élève est en mesure d expliquer les concepts. L élève fait des liens entre les concepts et la maquette. L élève est en mesure d expliquer le choix des différentes structures géométriques utilisées dans la construction du module de jeux. L élève a participé activement tout au long du projet. Insatisfaisant 0 Passable 1 Bien 2 Excellent 3 Total : /12 24
Références GOUVERNEMENT DU QUÉBEC. (2006) Programme de formation de l école québécoise. Québec. GOUVERNEMENT DU QUÉBEC (2008) Progression des apprentissages au primaire, science et technologie. Québec. LEROUX, Denis Y. et al. (2004) Science-tech, science et technologie. Manuel D. Laval : Les éditions Grand Duc HRW, p. 32-34. THOUIN, M. (2009) Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire, Québec : Éditions MultiMondes. 25