À la rescousse du pont Champlain! · Exemple pont à haubans ... spaghetti n'a pas tendance à...

TP4 : Conception, planification et pilotage d’une SAÉ

en science et technologie

À la rescousse du pont Champlain!

Travail présenté au professeur Pierre Chastenay

DDD3511, groupe 30, hiver 2016 Didactique de la science et de la technologie

au préscolaire et au primaire

par Morier Pamela, MORP17579307

Bourassa Charlotte, BOUC25579409

Bérubé Élizabeth, BERE14609205 Baccalauréat en éducation préscolaire et enseignement primaire

Mercredi le 20 avril 2016

Didactique S&T préscolaire/primaire – À la rescousse du pont Champlain! /17 Élizabeth Bérubé, Charlotte Bourassa, Pamela Morier MÀJ 19 avril 2016

À la rescousse du

pont Champlain

3e cycle Science et technologie


À la rescousse du

pont Champlain

Buts pédagogiques

- Construire un pont à l’aide du matériel fourni

- Découvrir des concepts scientifiques et technologiques

Niveau scolaire visé

Troisième cycle

Domaines généraux de formation

Environnement et consommation

Compétences transversales - Résoudre des problèmes

- Coopérer

Compétences disciplinaires en science et technologie Compétence 1 : Proposer des explications/solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou

technologique

Composante de la compétence :

- Identifier un problème ou cerner une problématique

- Recourir à des stratégies d’exploration variées

- Évaluer sa démarche

Savoirs essentiels en science et technologie 1. Technique et instrumentation : Conception et fabrication de structures

2. Forces et mouvements : Effets combinés de plusieurs forces sur un objet

3. Fabrication : Interprétation de plan, traçage, assemblages

Stratégies en science et technologie 1. Stratégie d’exploration. Schématiser ou illustrer le problème

2. Émettre des hypothèses

3. Anticiper des résultats

4. Imaginer des solutions à un problème

5. Stratégie de communication : Confronter différentes explications ou solutions possibles à un

problème pour en évaluer la pertinence.

Repères culturels - Les ponts et les infrastructures qui nous entourent

- Les ponts célèbres

- Le métier d’ingénieur ou d’architecte


Contenu notionnel

Exemple pont à haubans

Nous construisons des ponts afin de pouvoir nous déplacer ou transporter des

choses comme du matériel au-dessus des rivières, des chemins ou tout autre

obstacle. Pour transporter de telles charges, les ponts doivent avoir un tablier assez

large et assez long.

Ces ponts doivent être assez robustes pour supporter leur propre poids ainsi que la

charge que nous voulons leur faire porter. De plus, ils doivent supporter le mauvais

traitement que la nature leur fait subir comme la pluie, les orages, le vent, les

tremblements de terre, le gel et le dégel. Finalement, un pont doit être esthétique.

En d’autres mots, il doit être beau et ne pas cacher la vue de l’environnement.

Il y a quatre principaux types de ponts que nous pouvons construire. Il y a les ponts

à arcs, les ponts à poutres, les ponts suspendus et les ponts suspendus à haubans. La

principale différence entre les ponts est la distance qu’ils peuvent franchir en une

seule portée. Une portée est la distance qui sépare deux poutres ou deux supports

du pont. Cela peut être des colonnes, des tours ou les murs d’un canyon. La portée

d’un pont peut varier entre 60 mètres pour un pont à poutres et jusqu’à 3911 mètres

pour un pont suspendu.


Le pont à arcs est un pont dont la ligne de la partie inférieure à une forme d’arc.

Ainsi, les charges qui sont appliquées sur celui-ci vont dans l’arc en faisant une

compression et se transfèrent sur les appuis de la rive.

Le pont à poutres est un pont où le tablier est porté par une ou plusieurs poutres.

Ces poutres peuvent être faites de bois, d’acier ou de béton. De plus, pour les ponts

à poutres, il y a seulement des réactions verticales.


Le pont suspendu a son tablier attaché par des tiges en suspension verticale à des

câbles ou des chaînes.

Le pont suspendu à haubans est un pont où le tablier est suspendu par des câbles

qui eux sont soutenus par des pylônes.

Différentes forces sont exercées sur un pont telles que la compression et la tension.

Si la force de compression est trop grande, le matériau se compresse. C'est ce qui se

passe lorsqu'on écrase une colonne de pâte à modeler avec nos mains. Or, le


spaghetti n'a pas tendance à adopter ce type de réaction. De plus, si la force de

tension est trop grande, le matériau fendra. C'est ce qui se passe, lorsqu'on étire une

colonne de pâte à modeler avec nos mains, il se fait de petites "crevasses" sur la

surface. Or, le spaghetti n'a pas tendance à adopter ce type de réaction. Toutefois,

lorsqu'un spaghetti est plié, un de ses côtés aura tendance à se compresser et l'autre

commencera à fendre. C'est ce qu'il faut éviter. La meilleure façon d'éviter ce

problème est de dissiper et de transférer les masses, afin que les spaghettis n'aient

jamais tendance à plier.

Différentes formes géométriques sont utilisées dans la fabrication des ponts. Le

triangle, qui contrairement au carré, au pentagone ou à l’hexagone, ne se déforme

pas facilement. Quand le carré est utilisé comme unité de base, on peut utiliser des

diagonales pour le renforcir. Il sera subdivisé en triangle. De plus, la position des

armatures éloignées du centre est importante. Le matériau du milieu n’est pas

important et il peut même être vide.

Conceptions d’élèves attendues

Voici quelques conceptions fréquentes à propos des ponts :

- C’est les matériaux utilisés qui sont importants (acier, béton, etc).

- L’épaisseur du tablier est importante.

- Tous les ponts sont construits de la même manière.

- Plusieurs formes géométriques composent un pont.


Matériel requis

- Pâte alimentaire de type spaghetti (Éviter les spaghettinis) → ½ boite par

équipe (prévoir un surplus)

- Petites guivauves → ¼ sac par équipe (prévoir un surplus)

Faire sécher les guimauves préalablement

Possible d’acheter aussi des plus grosses guimauves

- Ciseaux

- Colle

- Ruban adhésif

- Règles

- Différents poids : 100 g, 250 g, 500 g, 750 g, 1 lb, 5lb

- Un ventilateur

Possibilité de proposer plus de matériel aux élèves. Exemple : des bâtons de

popsicle, des fils, colle chaude, etc.

Consignes de sécurité

Faire sécher les guimauves avant de réaliser l’activité.

Vérifier s’il y a des élèves allergiques aux pâtes alimentaires et aux guimauves.

Les élèves doivent se promener de façon sécuritaire lorsqu’ils circulent avec des

ciseaux dans les mains. L’enseignant peut modéliser le déplacement.

Il est interdit de manger les pâtes alimentaires et les guimauves.

À la fin de la réalisation du pont, chaque élève doit nettoyer sa place et ranger le

matériel de façon sécuritaire.


Activité fonctionnelle Durée

ÉNONCÉ DE LA PROBLÉMATIQUE

Comme élément déclencheur, l’enseignant annonce aux élèves que le pont Champlain

s’est effondré et que le gouvernement est à la recherche de la meilleure firme

d’ingénieurs pour concevoir le nouveau pont. Voici quelques suggestions pour aborder

la problématique : une vidéo humoristique, une lettre du gouvernement ou autre, un

sketch, etc.

À la suite de cette présentation, l’enseignant fait un retour avec les élèves et énonce la

problématique. «Une catastrophe naturelle a détruit le pont Champlain. Nous sommes

à la recherche de la meilleure firme d’ingénieurs pour élaborer le modèle de pont le

plus solide. Afin de nous présenter votre prototype, nous vous demandons de

reproduire votre modèle à l’aide du matériel que nous vous fournirons. Celui-ci devra

résister aux multiples intempéries.»

Les ponts devront résister aux intempéries telles que le vent qui sera fait par le

ventilateur, les tremblements de terre qui seront faits par l’enseignant en bougeant les

bureaux et le poids en mettant le poids le plus élevé. De plus, les ponts des élèves

doivent respecter une certaine longueur et l’enseignant doit s’assurer de bien mesurer le

pont.

CARTE CONCEPTUELLE À PARTIR DES CONNAISSANCES DES ÉLÈVES

Avant de débuter la construction du pont, l’enseignant commence par poser des

questions aux élèves sur leurs connaissances antérieures en lien avec les ponts et il note

les réponses sur le tableau afin de faire une carte conceptuelle sur les ponts.

L’enseignant peut ensuite reproduire la carte conceptuelle sur un grand carton pour

pouvoir s’y référer à la fin du projet.

- Quelles sont les caractéristiques d’un pont efficace?

2h00 (2

périodes)


- Quels sont les différents modèles de pont ?

- Quelles sont les façons de construire un pont?

- Quelles sont les formes géométriques utilisées dans la construction d’un pont?

- Quelles sont les forces exercées sur un pont?

Les questions posées servent à donner des pistes et à orienter les élèves dans la

construction de leur prototype de pont. Ces questions sont à titre d’exemple. Par la

suite, l’enseignant montre des photos de différents types de ponts sans toutefois

informer les élèves de leurs caractéristiques et de leurs fonctions. Les élèves soulèvent

les différences et les ressemblances entre les ponts afin de compléter la carte

conceptuelle.

* Les élèves peuvent remplir une feuille d’hypothèses sur ces questions. (facultatif)

Voir annexe 2

ÉNONCÉ DES HYPOTHÈSES ET RECHERCHE

L’enseignant distribue le cahier de l’élève et le présente à la classe. Les élèves

remplissent la section de la problématique et des hypothèses.

Les élèves forment des équipes d’environ 3 ou 4 élèves, selon le groupe. Les équipes

ont ensuite une période pour effectuer des recherches afin de découvrir le vocabulaire

associé au thème des ponts et les différents types de ponts qui existent. Les élèves ont

accès à des livres préalablement sélectionnés par l’enseignant et à l’ordinateur. Ils

inscrivent les informations trouvées dans leur cahier de l’élève.

Retour en grand groupe sur les principales informations apprises à propos de la

construction d’un pont et sur les forces exercées sur un pont. L’enseignant complète la

carte conceptuelle avec les nouvelles connaissances des élèves.


Activité de résolution de problème Durée

Le matériel est présenté aux élèves avant qu’ils élaborent leur plan afin qu’ils puissent

décider de ce qu’ils vont utiliser.

ÉLABORATION DU PLAN

En équipe, les élèves sont amenés à concevoir un plan pour le prototype du nouveau

pont. La réalisation du plan se fait dans le cahier de l’élève. Par la suite, les élèves

doivent proposer leurs idées et choisir le type de pont qu’ils veulent réaliser. En plus,

ils doivent inscrire le matériel qu’ils vont utiliser leur de la construction de leur pont.

Les plans doivent être approuvés par l’enseignant avant de passer à la prochaine étape.

CONSTRUCTION DU PONT

Les élèves ont deux périodes pour construire le pont. Les élèves écrivent leurs

ajustements dans le cahier de l’élève.

TEST DES PONTS

Les élèves vont observer tous les ponts de la classe. Dans leur carnet scientifique, ils

notent leurs prédictions sur l’équipe gagnante et justifient leur choix. On procède

ensuite à la compétition amicale.

2h30 (2

périodes et

demie)

Activité de structuration Durée

En grand groupe, l’enseignant fait un retour sur les tests et il questionne les élèves pour

savoir pourquoi certains ponts ont résistés tandis que d’autres non. Par la suite,

l’enseignant discute avec les élèves de leurs hypothèses de départ afin de voir si elles

sont affirmées ou infirmées. De plus, il revient sur les connaissances de départ et

1 heure (1

période)


regarde si elles ont changées et pour quelles raisons.

Ensuite, il enseigne le contenu notionnel en lien avec les ponts et leur fabrication. Il

commence par montrer une image qui indique les différentes parties d’un pont pour

clarifier le vocabulaire associé à ceux-ci. L’enseignant peut utiliser du matériel pour

enseigner les différentes forces associées aux ponts (VOIR CONTENU NOTIONNEL)

Les élèves complètent le cahier de l’élève avec leurs nouvelles connaissances sur les

ponts et le résultat des tests.

Propositions pour une activité de réinvestissement

- Les élèves construisent un autre pont avec une contrainte de temps plus limitée et

dispose d’un budget pour le matériel utilisé. Une valeur monétaire est associée au

matériel.

- Construction d’un pont sur le gratuiciel Bridge-Builder

- Visite d’un ingénieur en classe

- Explorer un autre type de structure tel que la tour

Évaluation

Outils d’évaluation pour l’évaluation de la compétence 1 :

- Grille d’observation placée en annexe (annexe 1)

- Le cahier de l’élève rempli tout au long du projet (annexe 3)

→ Cahier de l’élève élaboré par Valérie Cadieux (page 3 à 10)


Références

Cadieux, Valérie. Une expérience scientifique. Récupéré de

http://www.teacherspayteachers/store/valerie-cadieux

Déclic Science-Techno. Commission scolaire des Patriotes. 2007. Les ponts. Récupéré le 1 avril

2016 de http://www.cspi.qc.ca/cpp/sciences/article.php?id_article=91.

Ministère de l’Éducation du Québec. (2006). Programme de formation de l’école québécoise.

Québec : Gouvernement du Québec. Ministère de l’Éducation du Québec. (2009). Progression des apprentissages au primaire :

Français, langue d’enseignement. Québec : Gouvernement du Québec.

Thouin, M. (2009). Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire

(édition revue et augmentée). Québec : MultiMondes.

http://www.teacherspayteachers/store

http://www.cspi.qc.ca/cpp/sciences/article.php?id_article=91


Notes personnelles « pour la prochaine fois »


Liste des annexes

Annexe 1 : Grille d’observation page 16

Annexe 2 : Feuille d’hypothèses (facultatif au projet) page 17

Annexe 3 : Cahier de l’élève document séparé


GRILLE D’OBSERVATION POUR LA CONCEPTION D’UN PONT – 3e cycle du primaire *Grille inspirée de Marcel Thouin Compétence 1 : Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique

Attentes reliées à la compétence

Niveau 0 Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3

L’élève décrit adéquatement le problème d’un point de vue scientifique ou technologique en utilisant les concepts vus lors des activités fonctionnelles

Ne décris pas le problème.

Décris le problème de façon peu adéquate.

Décris le problème de façon adéquate.

Décris le problème de façon adéquate et précise.

L’élève prend des notes en fonction des paramètres dans son cahier de l’élève.

Ne prends pas de notes.

Prends peu de notes.

Prends des notes complètes.

Prends des notes complètes et détaillées

L’élève fournit des explications pertinentes ou des solutions réalistes pour la conception de son pont.

Ne fournis pas d’explication ou de solution.

Fournis des explications peu pertinentes ou des solutions peu réalistes.

Fournis des explications pertinentes ou des solutions réalistes.

Fournis des explications pertinentes et originales ou des solutions réalistes et originales.

L’élève justifie et valide son approche en tenant compte d’éléments d’ordre technologique.

Ne justifie pas et ne valide pas son approche.

Justifie et valide peu son approche.

Justifie et valide bien son approche.

Justifie et valide bien et de façon détaillée son approche.


Nom : __________________________

Mes Hypothèses

Quels sont les différents modèles de pont? _______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Quelles sont les façons de construire un pont? _______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Quelles sont les formes géométriques utilisées dans la construction d’un pont? _______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Quelles sont les forces exercées sur un pont?

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Que connais-tu sur les ponts ? Peux-tu me nommer des ponts que tu connais ? _______________________________________________________________

_______________________________________________________________

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