Dans ce document, un enseignant rapporte le déroulé d’une séquence d’activités qu’il a menée en classe - réactions des élèves, difficultés rencontrées, conseils aux autres enseignants... Ces témoignages peuvent être utiles à la fois dans le cadre de la préparation d’une séquence ou activité de classe, ou servir de matière aux enseignants pour construire leurs propres activités de classe.
Notions et connaissances travaillées : Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions
Disciplines : Sciences et technologie; Technologie (Collège)
Message à emporter : Pour résoudre le problème du basculement des bateaux lors de leur flottaison, nous avons exploré deux types de solutions techniques : doubler la coque (comme pour le catamaran) ou alourdir le bas du navire (comme le quillard et le navire à ballast). Dans le cas des bateaux à coque creuse, on peut mettre en relation la place occupée par l'engin dans l'eau et la charge transportable, ainsi que la répartition de la charge sur l'assiette du navire.
Démarche pédagogique
Les élèves apportent en classe des "bateaux" qui flottent comme par exemple :
un (des) jouet(s) du commerce,
un (des) bateau(x) fabriqués par quelqu'un,
une (des) photo(s) de bateau(x) (linventaire possible va de la péniche au super-tanker en passant par la barque, et les bateaux gonflables des vacances),
une photo de pédalo.
N.B : Par rapport à la contrainte "il faut que le bateau flotte et ne bascule pas", on laisse de côté les bateaux à voile qui posent dautres problèmes.
On propose ensuite aux élèves deux types de fabrications : des "bateaux silhouettes" et des "bateaux à coques creuses". Ces deux propositions pourront vous apparaître éloignées de la fabrication de modèles réduits de "vrais bateaux" mais elles permettent néanmoins de donner aux enfants des clés de lecture des solutions techniques réellement utilisées dans la conception d' "engins flottants".
Partie 1 : "Bateaux silhouettes"
Objectifs : Mettre en évidence deux familles de solutions techniques développées comme réponse au problème du "basculement" des bateaux.
Matériel
Pour la classe :
- Tasseaux de bois, polystyrène extrudé épais
- Scie à métaux, papier de verre,cale à poncer
- Colle à bois (vynilique), pointes,vis à bois, marteau, rondelles ou écrous,
- Adhésif double face, fil métallique.
Démarche pédagogique
1) Construction par groupes de deux
Ceci permet de faire travailler deux élèves sur des solutions individuelles qu'ils pourront enrichir mutuellement, et d'autre part de "mettre en commun leurs deux silhouettes" pour appliquer des solutions de type catamaran.
2) Découper la silhouette choisie
Pour la découpe des matériaux, style polystyrène, la scie à métaux est efficace, mais il sera nécessaire de finir les bords au papier de verre avec cale à poncer pour que laspect soit correct.
Pour la découpe dans le bois, il est préférable de partir dun tasseau à section rectangulaire et de découper successivement les éléments de la silhouette puis de les assembler par collage et clouage. Ces deux techniques d'assemblage utilisées simultanément peuvent paraître redondantes, mais elles permettent de ne pas attendre le temps nécessaire à la prise de la colle. Les essais de l'objet fabriqué sont ainsi possibles immédiatement après assemblage.
Le collage se fera avec de la colle à bois (colle vynilique). Le clouage se fera en clouant le morceau le plus mince sur le plus épais (deux pointes situées à quelque distance l'une de l'autre valent mieux qu'une seule, autour de laquelle le morceau cloué pourrait tourner). Pour que la résistance mécanique du clouage soit efficace la longueur totale de la pointe doit être choisie de façon à ce que la longueur d'implantation dans la pièce la plus épaisse soit supérieure à dix fois le diamètre de la pointe. Des pointes "tête d'homme" sont plus facile à enfoncer droit que des pointes à "tête plate" pourvu qu'elles soient enfoncées avec un marteau à table plate. Pour éviter l'éclatement des bois fibreux le matage de l'extrémité pointue de la pointe est indispensable. Pour réaliser cela la pointe, tenue entre deux doigts ou les deux becs d'une pince plate, est appuyée tête contre sol (résistant) et légèrement martelée sur l'extrémité pointue ( pour l'aplatir légèrement).
3) Poser une silhouette sur l'eau
Le constat est que la silhouette bascule sur le flanc.
4) Proposer d'intervenir sur la silhouette
Pour remédier au problème constaté, on amène les enfants à comparer leur " bateau" avec ceux qui sont en classe ainsi que les photos en représentant.
5) Petit guide d'intervention de l'enseignant
Des pistes possibles pour guider les enfants dans leurs recherches de solutions
-
doubler la coque (vers le catamaran)
-
alourdir le bas du navire (vers le quillard et le navire à ballast).
Des solutions techniques simples pour concrétiser chacune de ces pistes sont représentées ci-dessous.
Partie 2 : "Bateaux à coques creuses"
Objectifs : Mettre en relation la place occupée par l'engin dans l'eau et la charge transportable, ainsi que la répartition de la charge sur l'assiette d'un navire.
Matériel
Pour la classe :
Coquilles de noix, bouchons en plastique, en métal (à visser), tubes en PVC, mousse disolation pour tuyau, boites métalliques, tasseaux de bois, lattes de cagettes,
Bracelets élastiques, adhésif double face.
Démarche pédagogique
Proposer un défi
On pose sur l'eau un certain nombre d'éléments (de tous matériaux) qui flottent et on propose le défi suivant : " Choisir un des éléments qu'il y a en ce moment sur l'eau et en l'assemblant avec des éléments identiques* construire un engin flottant qui puisse transporter la plus grande charge possible sans couler".
* Il est indispensable d'avoir préparé quelques exemples d'assemblages rapides. Ceci afin de permettre de monter et démonter facilement des "engins" pour arriver à la meilleure solution sans passer par des assemblages longs, difficiles et fastidieux qui repousseraient trop loin dans le temps la validation (ou l'invalidation) des idées des élèves.
Illustration complémentaires
Réalisations en cycle 2 et 3, présentées au forum des projets à l'Université Orsay 2006) . Il s'agissait de parvenir à une propulsion du bateau.
Le fait d'avoir motorisé le bateau en ajoutant une hélice et une pile met en péril l'équilibre obtenu à vide et oblige à réétudier les prototypes.
