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Qu’est-ce que le Défi du génie?

En équipes, les élèves de 5e – 7e années conçoivent, construisent et testent un prototype technique. Les professeurs peuvent recruter un ingénieur bénévole pour travailler avec les équipes d’étudiants et les guider dans la conception et la construction du prototype. Les ingénieurs de toutes les disciplines (par exemple, ingénieur en mécanique, en électricité, ingénieur civil, etc.) possèdent suffisamment de connaissances générales pour participer à cette activité, et ils sont bienvenus comme bénévoles.

Objectifs d’apprentissage

Les professeurs peuvent intégrer à leur programme d’enseignement en classe l’activité du Défi, qui contribuera à leur enseignement des concepts de forces agissant sur les structures et les mécanismes, conservation de l’énergie et ressources, et forme et fonction.

Les élèves vont :

• planifier et concevoir la construction d’un prototype technique,
• mettront en pratique ce qu’ils comprennent des principes enseignés dans le cadre du curriculum, c.-à-d. : forces agissant sur les structures et les mécanismes, conservation de l’énergie et ressources, ainsi que formes et fonctions. STSE : impact de divers facteurs sur la conception et la construction de dispositifs qui satisfont à des besoins précis,
• communiquer leurs plans de conception, expliquer leurs choix et leurs décisions de conception,
• travailler en collaboration et de façon efficace en petits groupes pour résoudre un problème pratique.

Stratégies d’enseignement

Le Défi du génie contribue à une culture de recherche faite en collaboration dans la classe, de plusieurs façons :

• il incite des groupes d’étudiants à participer à des activités de résolution de problèmes, qui s’adressent à la fois aux mains et à l’esprit,

• il inculque le concept d’une approche par équipe pour résoudre un problème à solutions multiples,
• il présente la profession de l’ingénieur dans la salle de classe
  

Activité : Construire un dispositif pour une OSS (Opération de secours aux sinistrés)!

Depuis quelques années, maints cataclysmes tels les ouragans dévastent diverses régions de la planète, laissant de nombreuses personnes sans abri. Vivres et matériel sont souvent parachutés, les routes étant impraticables, cependant ils ne doivent pas être endommagés et doivent tomber aussi près que possible des lieux du désastre.

Faisant partie d’une des équipes d’ingénieurs qui apportent leur concours aux organisations de secours internationales, on vous demande d’imaginer puis de bâtir un dispositif pour transporter et larguer les « approvisionnements » – un œuf cru – le long d’un plan incliné afin qu’ils atterrissent sur une cible située 1,75 mètre en contrebas, à 1,75 mètre de la verticale. Le dispositif doit être assez robuste pour que les « approvisionnements » parviennent intacts à bon port.

Spécifications

• La cargaison – un œuf cru – se trouvera dans le dispositif OSS durant l’essai. ASTUCE : placez l’œuf dans un sac ZiplockMD pour limiter les dégâts s’il se brise.
• Seuls les matériaux indiqués sont autorisés. Le dispositif peut être décoré (nous vous encourageons même à le faire), pourvu que les décorations ne nuisent pas à son fonctionnement.
• Le dispositif OSS ne peut dépasser 20 cm par 20 cm par 20 cm. Ceux dépassant ces mesures seront automatiquement disqualifiés.

Les équipes se composent de 3 à 5 étudiants chargés des responsabilités suivantes :

• Concepteur : avec l’apport des autres membres de l’équipe, crée le design et obtient l’autorisation du professeur ou de l’ingénieur bénévole pour procéder à la construction. Fait le dessin du design de l’équipe.
• Gérant des matériaux : ramasse tous les matériaux utilisés pendant la construction et en tient un inventaire.
• Constructeur : dirige la construction du prototype suivant le dessin du design et inclut les modifications suggérées par ses coéquipiers.
• Spécialiste de la communication : porte-parole de l’équipe, qui présente le projets aux autres.
  

Matériaux de construction

INCLUS :

• papier, carton, journaux
• ficelle, laine, corde, tissu
• colle, pâte à modeler, ruban
• bâtons de popsicle, abaisse-langue, cure-dents, baguettes chinoises, goujons
• crayons en bois
• plastiques, mousse de polystyrène, caoutchouc
• CD
• fuseaux (bois, plastique)
• capsules de bouteilles (plastique)
• peinture, décorations
• pailles, bandes élastiques
• trombones
• sable et pâte à modeler

EXCLUS :

• verre
• métal (sauf pour les trombones)
• souricières
• bois (sauf les bâtons de popsicle, les abaisse-langue, les cure-dents, les baguettes chinoises, les crayons, les fuseaux, les goujons)
• ensembles de construction (Lego, Meccano, K’nex, etc.)
• piles électriques
• eau

Conseils

• Il faut de la précision pour réussir cette mission; il faut aussi pouvoir reproduire les résultats. Trouvez un moyen pour libérer le dispositif OSS de telle façon que vous obtiendrez les mêmes résultats à chaque essai.
• Assurez-vous que le dispositif soit assez robuste pour résister à plusieurs essais.
• Si le dispositif compte des éléments plus fragiles, apportez quelques « pièces de rechange » qui pourront être installées facilement si le prototype est endommagé durant les éliminatoires.

Essai du dispositif

Une fois la construction terminée, les équipes se rassemblent pour tester leurs dispositifs. (Enseignants : lire « L’organisation de la finale » pour en savoir plus.) Testez le dispositif de votre équipe et voyez si vous avez relevé le Défi du génie!

• Plan incliné : carton de 1 mètre de longueur et de 0,45 mètre de largeur recouvert de papier d’aluminium (voir « Plan incliné » pour d’autres précisions).
• Le dispositif OSS doit être libéré au sommet du plan incliné et glisser ou rouler jusqu’à son extrémité sans aucune aide.

Critères d’évaluation du dispositif OSS

L’élimination est automatique dans les cas suivants :

• L’œuf se casse lors de l’essai
• Le dispositif mesure plus de 20 cm x 20 cm x 20 cm

Note pour le volume LOngueur x LAgeur x Hauteur Remarque : Aucune dimension (Lo, La ou H ) ne peut dépasser 20 cm Points Volume (cm3) Disqualifié >8 000 1 ≤8 000 2 ≤7 000 3 ≤6 000 4 ≤5 000 5 ≤4 000 6 ≤3 000 7 ≤2 500 8 ≤2 000 9 ≤1 500 10 ≤1 000

Note pour la distance de la cible On mesurera la distance à partir du point du dispositif OSS le plus près de la cible. Identifiez la cible avec du ruban cache collé sur une surface dure. Chaque équipe a droit à deux essais. La note correspond à la moyenne des deux essais.  Points Distance (cm) 1 >175 2 ≤ 175 3 ≤112 4 ≤72 5 ≤46 6 ≤30 7 ≤18 8 ≤12 9 ≤7 10 ≤5

Ingéniosité Points Créativité et souci du détail dans la construction 0 -5 Présentation du spécialiste de la communication et qualité de l’affiche 0 -5 Total ingéniosité = Somme des notes individuelles /10

Example:

Équipe	Volume	Distance de la cible	Ingéniosité	Total
OSSOeuf1	2 450 cm3	(35+53)/2  = 44 cm	4+3	7+5+7
	7/10	5/10	7/10	19/30

Plan incliné

Matériaux

• carton
• ruban adhésif ou colle
• papier d’aluminium

1. Découper une feuille de carton ou de contreplaqué aux dimensions indiquées.

2. Pratiquer deux fentes au bas du plan incliné pour accueillir le support triangulaire. La distance entre les fentes devraient permettre à la structure de reposer solidement sur le haut de l’échelle.

3. Assembler les pièces avec du ruban adhésif entoilé ou de la colle pour que l’ouvrage final soit rigide. Couvrir la surface du plan incliné avec du papier d’aluminium afin que les prototypes glissent plus facilement.

4. Tester le plan incliné sur l’échelle et circonscrire la cible.

Les Stratégies pour enseignants et ingénieurs sont disponibles ici.

Les épreuves de conception et de construction sont disponibles ici.