Petit train (Source : Photo de spowell via Pixabay)

Mise en contexte

Habiletés et connaissances antérieures

Pour participer à ce défi Concevoir et construire, les élèves devraient être en mesure de manipuler de façon sécuritaire des outils simples de découpage (p. ex. ciseaux), des fixations (p. ex., ruban adhésif, colle) et des matériaux (p. ex., ficelle, papier, boîtes de carton recyclées) pour construire quelque chose. Les élèves devraient également avoir une certaine expérience de la façon de mener un test objectif et de travailler en équipe. Il est aussi vivement recommandé que les élèves réalisent l’enquête Irrésistibles aimants avant de participer à ce défi Concevoir et construire.

Voiture de course miniature
(Source : Photo de Mike viaPexels)

Contexte

Les jouets ont des formes et des tailles très diverses, mais ils ont tous une chose en commun : ils sont amusants! Certains jouets sont amusants parce qu’ils se déplacent. Ces types de jouets sont conçus pour se déplacer en étant lancés, roulés, poussés ou tirés – autrement dit, en ayant une force appliquée sur eux.

Le présent défi Concevoir et construire donne aux élèves la possibilité d’appliquer leurs connaissances sur la force magnétique et leurs habiletés relatives à la conception et à la construction pour créer et tester, en toute sécurité, un jouet qui se déplace à l’aide de forces appliquées par des aimants.

Ce défi Concevoir et construire pourrait partir :

    Petit train
    (Source : Photo de spowell via Pixabay)

  • des questions et/ou des commentaires émis par les élèves après avoir observé une collection de jouets qui se déplacent. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Qu’ont tous ces objets en commun? »
    • « Comment joueriez-vous avec ce jouet? »
    • « Qu’est-ce qui rend ce jouet amusant à vos yeux? »
    • « Est-ce que tout le monde trouverait ce jouet amusant? Pourquoi? »
    • « D’où ces jouets tirent-ils l’énergie leur permettant de se déplacer? »
    • « Quels sont les avantages et les inconvénients de jouer avec ce type de jouet? » (P. ex., utilisation de piles)
  • de l’observation d’exemples d’objets munis d’aimants, comme des aimants de réfrigérateur, des porte-trombones, des petits trains, etc. Lancez la discussion à l’aide de questions comme
    • « Qu’ont tous ces objets en commun? »
    • « Quelle est la fonction de l’aimant dans cet objet? »
    • « À quels autres endroits avez-vous vu des aimants utilisés de façon similaire? » (P. ex., porte-clés magnétiques, aimants utilisés dans les entreprises de démolition d’autos)

    Couverture de jouets! Histoires étonnantes derrière certaines grandes inventions
    (Source : Photo via Open Library)

  • de la lecture d’un livre approprié.

Critères de conception

Ensemble, les élèves de la classe proposent des idées de critères que leurs prototypes de jouet doivent respecter. L’éducateur peut décider d’ajouter d’autres critères propres au programme d’études, comme utiliser des types ou un nombre précis de fixations, effectuer des mesures, employer des matériaux spécifiques, etc.

Exemples de critères de conception :

  • Le jouet doit pouvoir se déplacer (rouler, glisser, etc.).
  • Le jouet doit être poussé ou tiré grâce à des aimants.
  • Le jouet doit comprendre trois formes différentes.
  • Le jouet doit comprendre trois systèmes d’assemblage ou de fixation.
  • Les élèves doivent dépenser au minimum 5 $ et au maximum 10 $ pour acheter leurs matériaux.

Matériel et préparation(Cliquez pour ouvrir)

Matériel :

  • Tubes et boîtes en carton de diverses tailles
  • Caisse enregistreuse jouet (facultative)
  • Bâtonnets de bois
  • Gobelets assortis, petits (p. ex., en carton ou en polystyrène)
  • Bandes élastiques de diverses tailles
  • Aimants (rondelles, barres, blocs de construction magnétiques)
  • Papier (de bricolage, cartonné, etc.)
  • Trombones
  • Cure-pipes
  • Argent fictif
  • Ciseaux (une paire par groupe)
  • Pailles (à boire)
  • Ruban-cache

Préparation:

  • Rassemblez divers matériaux neufs et à recycler que les élèves utiliseront pour construire leur prototype. La liste de matériaux ci-dessus est fournie à titre indicatif seulement.
  • Déterminez la quantité de matériaux requise pour chaque groupe de travail et organisez les matériaux.
  • Option : Donnez aux élèves une somme d’argent fictif qu’ils utiliseront pour « acheter » leurs matériaux dans un espace « magasin » prévu à cet effet. Cette activité peut être inclue dans les critères de conception (p. ex., vous devez dépenser au minimum 5 $ et au maximum 10 $).

Quoi faire

Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés concevoir et construire en concevant, construisant et testant un prototype de jouet qui se déplace à l’aide d’aimants.

Les élèves suivent les étapes du processus Concevoir et construire :

  • ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
  • ils font un remue-méninge pour déterminer les critères que le prototype doit respecter;
  • ils partagent leurs questionnements et idées de solution au problème ou au besoin;
  • ils discutent des avantages et inconvénients de chaque solution envisagée afin de choisir celle qu’ils testeront;
  • ils imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis de ce qu’ils visualisent;
  • ils élaborent un plan de conception (p.ex. déterminer les tâches ou les principales étapes nécessaires à l’élaboration de la solution, choisir les outils et les matériaux nécessaires, inclure des croquis annotés);
  • ils construisent/élaborent leur idée de prototype à partir de leurs croquis et de leur plan de conception;
  • ils vérifient si leurs prototypes répondent aux critères de conception;
  • au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
  • ils réfléchissent au résultat obtenu et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leurs prototypes.

Évaluation

Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à :

  • Travailler en équipe – Les élèves travaillent en équipe pour réaliser une tâche et évaluent le fonctionnement de leur groupe tout au long du processus Concevoir et construire.
  • Rechercher des idées – Les élèves utilisent des stratégies de recherche d’idées, comme le remue-méninges, afin de recenser les solutions possibles et prennent des décisions en se fondant sur les avantages et les inconvénients de chaque solution.
  • Communiquer – Les élèves utilisent des mots, des dessins, des photos ou des vidéos pour communiquer leurs idées et leurs connaissances lorsqu’ils identifient les problèmes, effectuent des recherches, élaborent des plans de conception et discutent des solutions.
  • Travailler en toute sécurité – Les élèves font preuve de prudence lorsqu’ils manipulent les divers outils ou matériaux pour construire leur prototype.
  • Réfléchir – Les élèves réfléchissent aux résultats des tests de leur prototype et proposent des modifications en vue de l’améliorer.

Co-construction des connaissances

Les élèves –
parler, faire et représenter

Les éducateurs –
interagir en répondant et en questionnant

Les élèves identifient et affinent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire.

  • « Quel genre de jouet envisagez-vous de construire? »
  • « Quelles sont les différentes façons pour un jouet de se déplacer? »

Les élèves proposent des critères auxquels le jouet doit répondre et les consignent.

  • « Quels mots pouvons-nous utiliser pour décrire certaines des caractéristiques qu’un jouet doit posséder pour être amusant? »

Les élèves imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis sur la base de ce qu’ils visualisent.

  • « Pourquoi les ingénieurs identifient-ils chaque partie de leurs croquis? »
  • « Comment allez-vous représenter chaque partie du jouet sur votre croquis? »
  • « Comment les aimants seront-ils utilisés? »

Les élèves préparent un plan de conception (p. ex., étapes pour créer un prototype, décisions au sujet des outils et des matériaux).

  • « Comment votre équipe déterminera-t-elle les tâches à effectuer pour construire votre prototype? »
  • « Comment allez-vous consigner vos observations durant vos tests et les modifications que vous apporterez à la suite de ces tests? »
  • « Quels matériaux seraient utiles pour construire votre jouet? »
  • « De quels outils aurez-vous besoin pour construire votre jouet? »
  • « Quel(s) type(s) d’aimant fonctionnera le mieux pour votre jouet, selon vous? Qu’est-ce qui vous fait dire cela? »

À partir de leurs croquis et du plan de conception, les élèves construisent ou élaborent leur idée de solution et la testent (créent le prototype).

  • « Quels changements pourriez-vous apporter à votre prototype pour…? » (P. ex., « qu’il soit plus facile à déplacer? », « intégrer plus de formes? », « utiliser différents types de fixations? »)

Si nécessaire, les élèves modifient le prototype et le testent de nouveau en se basant sur les critères de conception.

  • Quelles modifications avez-vous apportées à votre prototype après le premier test? Pourquoi avez-vous eu à faire ces changements? »
  • « Quels problèmes avez-vous rencontrés quand vous avez retesté votre jouet? »
  • « Comment pourriez-vous modifier votre prototype pour que votre jouet puisse se déplacer sans que vous le touchiez? »

Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et déterminent ce qui pourrait être fait autrement une prochaine fois.

  • « Quels matériaux ont donné les meilleurs résultats? Lesquels n’ont pas vraiment bien fonctionné? »
  • « Avez-vous rencontré des difficultés pour travailler en équipe sur cette activité? Lesquelles? »
  • « Que feriez-vous différemment la prochaine fois? »
  • « Avez-vous eu du plaisir en jouant avec votre jouet? D’autres enfants trouveraient-ils votre jouet amusant? », « Quelles modifications pourraient rendre votre jouet encore plus amusant? »

Liens interdisciplinaires

Liens interdisciplinaires

Littératie

  • Poser des questions (p. ex., « Qu'est-ce qui rend votre jouet amusant? », « Pourquoi pensez-vous que les gens jouent avec des jouets? », « Est-ce que les enfants sont les seuls à jouer avec des jouets? », « Où utilisons-nous des aimants à la maison et à l’école? »).
  • Communiquer des pensées, des sentiments et des idées (p. ex., pendant le remue-méninges pour établir les critères du jouet, dans le plan de conception qui comprend des croquis en deux dimensions, dans la description des principales étapes ou tâches de conception et dans les listes de matériaux, d’équipement ou d’outils nécessaires).
  • Travailler en équipe afin de trouver des solutions (p. ex., comment faire pour construire un jouet qui se déplace grâce à des aimants).

Pensée mathématique

  • Reconnaître et utiliser des formes en 2D et en 3D pour fabriquer des jouets (p. ex., utiliser un triangle pour la voile de leur bateau).
  • Représenter des objets ou des idées au moyen d’images, de diagrammes, de graphiques, de tableaux, de nombres, de mots ou de symboles (p. ex., réaliser des croquis montrant comment faire pour que le jouet réponde aux critères établis; consigner dans des tableaux les résultats des tests et les modifications apportées au jouet).
  • Mesurer et consigner des longueurs (p. ex., la distance sur laquelle le jouet peut se déplacer).
  • Additionner et soustraire des sommes d’argent (p. ex., calculer le coût des matériaux pour construire le jouet).

Arts visuels

  • Discuter des éléments de conception visuelle (p. ex., comment inclure la couleur, le modèle, la texture, la forme dans la conception de leur jouet).
  • Communiquer avec différents publics et à des fins diverses par les arts (p. ex., discuter de l’attrait, pour un public en particulier, de leur concept de jouet).

Enrichissement

Couverture du Galimoto par Karen Lynn Williams
(Source : Photo via Open Library)

Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité :

  • Explorez les jouets traditionnels avec lesquels s’amusent les enfants dans d’autres pays du monde. Lancez la discussion à l’aide de questions comme:
    • « En quoi ces jouets ressemblent-ils aux jouets avec lesquels vous jouez? En quoi sont-ils différents? Comment se déplacent-ils? Pourquoi selon vous? »
    • « De quels matériaux les jouets sont-ils faits? Pourquoi a-t-on utilisé ces matériaux, selon vous? »
    • « Est-ce que certains de ces jouets utilisent des aimants comme le jouet que vous avez conçu et construit? Pourquoi, selon vous? »
  • Donnez aux élèves la possibilité de concevoir et de construire des jouets utilisant d’autres moyens de propulsion (par des piles, la gravité, des ressorts, le vent, etc.). Par exemple, les élèves pourraient créer leur propre boîte à surprise à l’aide de ressorts fabriquée avec du papier et des boîtes de carton recyclées ou avec des fixations étudiées dans l’enquête Trier et classer des fixations.
  • Poupées traditionnelles russes
    (Source : Photo de falco via Pixabay)