LE PÉRISCOPE -...

Centre de développement pédagogique Périscope periscope_guide.doc 07/04/10

Document de travail

LE PÉRISCOPE

GUIDE DE L’ENSEIGNANT

Novembre 2009


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Document de travail PRÉPARATION Activité 1 But :Se questionner sur le concept de lumière. Matériel :

• Cahier de l’élève (démarche d’investigation) P.1 Durée : 20 à 30 minutes L’enseignante ou enseignant mentionne aux élèves qu’ils auront à concevoir un périscope : objet qui utilise la lumière pour fonctionner. En grand groupe, elle ou il questionne les élèves sur ce concept.

o Comment fonctionne un périscope? o Pourquoi les sous-marins et les chars d’assaut en sont-

ils munis? o S’il fait noir peut-on quand même voir avec le

périscope? Pourquoi? o Pourquoi voit-on quand il y a de la lumière? o Comment la lumière voyage-t-elle? o Qu’est-ce que la lumière?

Des petites démonstrations vous sont proposées dans la capsule théorique « À propos de la lumière » afin d’initier les élèves à ce concept. L’enseignante ou enseignant remet le cahier de démarche d’investigation scientifique à chacun de ses élèves. Les élèves sont invités à émettre sur une hypothèse pour la question : Que se passe-t-il lorsque la lumière frappe un miroir?


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Activité 2 But : Approfondir le concept de lumière. Matériel :

• Fichier Word installé sur les postes informatiques pour la recherche Internet (sites et questions)

• Corrigé de la cyberquête Durée : 45 minutes Les élèves réalisent, par l’entremise d’Internet, une recherche dirigée sur le concept de lumière. Ils répondent au questionnaire (sur feuille ou sur le fichier Word) au fur et à mesure qu’ils naviguent sur les sites proposés. Il est important de définir le mot « normale » avant l’activité. La normale étant la perpendiculaire au miroir. L’enseignante ou l’enseignant fait un retour en validant les réponses trouvées par les élèves.


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Activité 3 But : Comprendre comment la lumière réagit lorsqu’elle frappe un miroir plan. Matériel :

• Cahier de l’élève (démarche d’investigation) P.2 • Miroir d’environ 75 mm X 75 mm • Pointeur laser • Pâte à modeler • Annexe 1 : Fiche sur la réflexion de la lumière

Durée : 20 minutes L’enseignante ou enseignant invite les élèves à prendre connaissance de la page 2 du cahier de démarche d’investigation scientifique. Elle ou il distribue le document « La réflexion de la lumière ». Les élèves expérimentent en suivant le protocole et ils notent leurs résultats. L’enseignante ou enseignant fait un retour sur les résultats obtenus et présente la loi de la réflexion de la lumière présentée ci-bas.

θ2 = - θ1


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Activité 4 But: Schématiser le comportement de la lumière Matériel :

• 1 boîte de mouchoirs préparée, par équipe • 2 miroirs par équipe • Ruban à gommer ou pâte à modeler • Pointeur laser • Annexe 2 : plan de la boîte mystère • Annexe 3 : cible pour la boîte mystère • Cahier de l’élève (démarche d’investigation) P.3 et 4

Durée : 45 minutes L’enseignante ou enseignant prépare les boîtes de mouchoir à l’aide des annexes 2 et 3. Par la suite, elle ou il propose l’activité de la boîte mystère. Pour relever le défi, les élèves doivent placer eux-mêmes les miroirs avec de la pâte à modeler afin de trouver la meilleure position pour atteindre la cible en maintenant le pointeur laser à l’extérieur de la boîte. Lorsqu’ils ont réussi, ils complète la page 4 du cahier de l’élève en suivant les consignes données. L’enseignante ou enseignant fait un retour sur l’activité et présente la solution. Elle ou il explique le principe de réflexion avec les deux miroirs. Elle ou il établit des liens avec le futur objet à concevoir. Après cet exercice, l’enseignante ou enseignant accompagne les élèves pour compléter la partie vocabulaire dans le cahier de l’élève P.3


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Activité 5 But: Interpréter des plans Matériel : Cahier de conception de l’élève P.1 Annexe 4 : Exercice-développements de la colonne Annexe 5 : Solutions de l’annexe 4 Annexe 6 : Plan du développement de la colonne à coter Annexe 7 : Corrigé du plan à coter Annexe 8 : Plans des parties supérieure et inférieure Annexe 9 : Plan de la colonne centrale Durée : 40 minutes L’enseignante ou enseignant mentionne aux élèves qu’ils auront tous à fabriquer un même modèle de périscope. Cependant, le fonctionnement de leur périscope sera différent en fonction des contraintes présentées dans le cahier des charges. Elle ou il explique la notion de cahier des charges. Elle ou il répond aux questions des élèves sur les contraintes afin de s’assurer que tous ont bien compris. Deux versions de l’activité vous sont proposées. La conception de base (première version) demande un système d’ajustement de hauteur sans contrainte. La deuxième version demande un système d’ajustement par mécanisme présentant un mouvement de rotation. Suite à la lecture du cahier des charges, un travail de lecture de plans est fait en groupe classe. Dans un premier temps, l’enseignante ou enseignant présente un modèle de la colonne centrale du périscope aux élèves. Elle


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leur fait observer. L’annexe 4 est remise à chaque élève. Ils doivent identifier quels développements sont exacts. Pour valider, l’enseignante ou enseignant en fait la démonstration en pliant les différents modèles (annexe 5). Par la suite, les plans des parties supérieure et inférieure (annexe 8) ainsi que celui de la colonne centrale (annexe 9) sont remis aux élèves. Une discussion est faite pour amener les élèves à comprendre les différences entre la vue de dessus, la vue de face et la vue arrière. Une attention particulière est portée sur les cotes (chiffres qui donnent les dimensions des différentes parties). Sur un dessin technique, les cotes indiquent des mesures en millimètres. Les élèves sont ensuite invités à transposer les différentes mesures sur l’annexe 7. Ce travail est préparatoire au tracé du développement de la colonne centrale. Pour conclure, la correction de cet exercice est faite en grand groupe.


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Activité 6 But: Concevoir et fabriquer le périscope en fonction des contraintes données Matériel : Cahier de conception de l’élève P.1 et 2 Annexe 6 : Plan du développement de la colonne à coter,

version corrigée Annexe 8 : Plans des parties supérieure et inférieure Annexe 9 : Plan de la colonne centrale Annexe 10 : Gabarits de traçage de la colonne Annexe 11 : Étapes de fabrication Annexe 12 : Modèles d’engrenages 2 contenants de lait ou de jus de deux litres (ou 1,89L) par élève 1 carton de type bristol 3 plis ou caribou 4 plis par élève Colle blanche Colle chaude Corde Baguettes de bois variées Bouchons de liège Quincailleries variées Mètres Couteaux utilitaires Couvercles de contenants Coroplast coupé en bandes d’environ 25 mm Foamcore coupé en bandes d’environ 25 mm Carton ondulé coupé en bandes d’environ 10 mm Durée : 120 minutes Dans un premier temps, les élèves fabriquent leur périscope en suivant les étapes de fabrication (annexe 11). Tous les élèves


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ne commenceront pas par l’étape 1 puisque le matériel ne sera pas disponible en quantité suffisante (couteau utilitaire). Ainsi quelques élèves débutent par les étapes 1 et 2 tandis que la majorité des élèves débutent par les étapes 3, 4 et 5 (qui sont plus longues). Ensuite, à la page 1 du cahier de conception, les élèves réalisent un schéma pour illustrer le principe de fonctionnement de leur périscope. Cette étape vise à réinvestir l’exercice fait avec la boîte mystère puisqu’elle représentait le principe de fonctionnement du périscope. Un retour est fait afin de s’assurer que les miroirs seront placés à 45o (même celui qui doit pivoter). À ce moment, les élèves doivent surmonter une ou deux de ces contraintes (selon le cahier des charges choisi) :

• faire en sorte que le périscope puisse s’allonger sans contrainte de mécanisme ou avec un mécanisme de rotation

• faire pivoter le miroir du bas. À la page 2 du cahier, ils répondent aux questions liées à ces contraintes. L’enseignante ou enseignante peut faire un premier questionnement en grand groupe afin de pister les élèves. Chacun d’entre eux dessinent, par la suite, ce qu’il juge approprié pour son modèle de périscope en suivant les exigences demandées. Lorsque l’enseignante ou enseignant a approuvé les schémas et les étapes, les élèves complètent leur périscope (mécanisme et pose des miroirs). Pour les élèves qui désirent réaliser un système avec une roue


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dentée et une crémaillère, l’annexe 12 propose 3 modèles qui peuvent être collés sur du foamcore et coupés à l’aide d’un couteau utilitaire. Des bandes de carton ondulé peuvent aussi permettre de réaliser un tel mécanisme (voir photos). Des animations démontrant les trois solutions illustrées à droite sont disponibles avec l’ensemble des documents de la tâche. Pour faciliter l’adhérence de la colle chaude, il est suggéré de poncer les surfaces afin d’enlever le film de plastique qui recouvre les contenants. Crémaillère en carton ondulé

Bielle et manivelle

Came et galet

Crémaillère


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Activité 7 But: Évaluer sa démarche et apporter des correctifs à son périscope, au besoin Matériel :

• Périscope • Cahier de conception de l’élève, P. 3

Durée : 30 minutes Lorsque le périscope est terminé, les élèves procèdent à des essais afin de corriger tout défaut de conception qui les empêcherait de combler leur besoin. Ils complètent cette partie dans leur cahier puis schématisent les modifications.

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