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Sommaire / Proposition de séquences / Cycle 3 / Les objets techniques








Architecture 2 - Comment faire tenir le toit de mon garage ?
INVESTIGATION

samedi 19 février 2011


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THEMES ABORDES :

Cycle 3

Matière

modélisation

Technologie

Cette séance fait partie d'une séquence comportant trois phases :

  1. Découvrir le principe de la poutre (voir l'article : comment fabriquer un pont en papier) ?
  2. Découvrir le principe du poteau : comment faire tenir le toit de mon garage ? (cette page)
  3. Combiner les deux principes découverts pour réaliser des architectures (voir l'article : comment fabriquer un toboggan à billes ?).



A. Présentation

En lien avec la découverte des propriétés des matériaux, les activités de fabrication de maquettes en papier permettent d'étudier différents problèmes :

-  Comment résiste un matériau selon la forme qu'on lui donne ?
-  Comment rigidifier un matériau pour augmenter sa résistance à des efforts ?
-  Comment obtenir une forme fonctionnelle adaptée à un besoin ?
-  Le principe découvert est-il en usage dans notre environnement proche ?

L'observation de notre environnement montre que l'usage de matériaux fins pliés pour être rigides est très présent autour de nous.



B. Objectifs

-  Découvrir que l'on peut augmenter la rigidité d'un matériau fin sans ajout de matière.
-  Prendre conscience des propriétés de certaines formes.
-  Comparer les maquettes réalisées aux pratiques sociales de référence (l'architecture, les objets du quotidien, le design).
-  Associer les questionnements, les méthodologies de recherche, les découvertes de solutions techniques.

Matériel

-  Feuilles de papier (format : 29.7 x 10.5)
-  Une voiture jouet
-  Une planche de bois ou un livre qui va servir de toit
-  Deux briques




C. Plan de la séquence

Situation de départ pour faire émerger les idées spontanées des élèves avant d'aborder le problème à résoudre : comment pourrait-on faire pour que ce toit tienne au dessus de la voiture avec les deux briques qui représentent deux étages ?



Le problème qu'il faudra résoudre ensuite : Pour faire tenir le toit vous avez pensé utiliser du bois, des briques ou encore du métal. Mais si on utilise du papier, comment pourrait-on faire pour que le toit tienne ?



Etapes :

-  Recueil d'informations au sujet des idées spontanées des élèves à partir de la situation de déclenchement.
-  Clarification du problème : le matériau utilisé pour faire tenir le toit est du papier.
-  Vérification des hypothèses.
-  Mise en commun et synthèse pour dégager le principe découvert.
-  Observation d'objets techniques qui utilisent ce principe.



D. Déroulement et mise en oeuvre

Situation de départ

« Nous allons fabriquer un garage pour notre voiture ; sur ce garage il y aura deux étages ». L'enseignant fait circuler la planche et les deux briques pour que chacun soupèse l'ensemble.

L'enseignant propose ensuite aux élèves de réfléchir à ce qu'il pourrait mettre sous le toit pour faire tenir l'ensemble.

La mise en commun permet de lister différentes idées généralement toutes basées sur l'usage d'objets constitués d'une matière peu déformable et d'une certaine épaisseur(métal, carton, bois...).

Il s'agit de faire évoluer cette conception des élèves en découvrant le principe selon lequel un matériau fin (dit en feuille : papier, métal, plastique) acquiert une rigidité si on le plie d'une manière adéquate.

Les élèves avaient découvert précédemment (voir ici) qu'il était possible de rigidifier du papier en le pliant, mais ils n'ont pas l'idée de reconduire ici ce principe.

Expérimentation

L'enseignant propose une nouvelle question : "Pourriez-vous à l'aide d'une seule feuille de papier (format A4) trouver une solution pour faire tenir le toit et les deux briques ?"

Les élèves vont marquer leur surprise en indiquant que selon eux c'est impossible. Cette réaction témoigne de ce qui fait obstacle : la notion de solidité est associée aux matériaux massifs et rigides.

-  Contraintes :

  • On ne peut utiliser rien d'autre que la feuille de papier et du ruban adhésif.
  • Il est possible de découper la feuille
  • La voiture doit pouvoir entrer dans le garage.
  • Les élèves notent leurs solutions sur le cahier de recherche.

-  4 tests à réaliser :

  • poser le toit,
  • poser la première brique,
  • poser la deuxième brique,
  • faire entrer la voiture.

Mise en commun

Les propositions des élèves sont regroupées par affiche : celle de gauche présentent les solutions qui ne résistent pas au test 1, celle du milieu présente les solutions qui ne résistent pas au test 2, celle de droite présente les solutions qui résistent aux trois tests.

Un tableau à 2 entrées permet de consigner les résultats.

Une solution possible, 4 poteaux cylindriques



Synthèse

Nous avons découvert qu'en découpant notre feuille et en pliant les différents morceaux d'une certaine manière, le papier devient plus rigide. Nous pouvons réaliser des poteaux ou des murs capables de soutenir le toit et les deux briques.

La synthèse est notée sur le cahier avec des schémas ou des échantillons des différents profils

Prolongements

La situation proposée est un problème ouvert qui permet, sous la forme du brainstorming, d'évoquer de nombreuses idées pour les tester ensuite.

Ce faisant, de multiples paramètres auront été sollicités sans pour autant donné lieu à une exploration raisonnée. On peut du coup lister une série d'interrogations susceptibles de générer un ensemble d'expérimentations : le type d'assemblage pour réaliser les poteaux a-t-il une influence ? La hauteur, le diamètre, le nombre des poteaux jouent-ils un rôle ? 3 ou 2 poteaux suffiraient-ils... ?