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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 une catapulte à action mécanique!

Le tout premier minéral prélevé sur la surface rocheuse de la planète Mars l’a été en 2004 par les rovers Spirit (NASA) et Beagle 2 (ASE). En cette année 2050, la première colonie humaine vient d’être inaugurée sur Mars.

Vous êtes un des scientistes de la colonie et vous avez découvert de nouveaux minerais. Vous désirez les envoyer de toute urgence sur la Terre pour les faire analyser. La colonie ne dispose que d’un nombre limité de matériaux de construction et d’articles recyclés. Vous devez construire un dispositif de lancement mécanique ou DLM (une catapulte) pour envoyer en orbite une capsule contenant des échantillons de minerai en orbite, où un Orbiter pourra la récupérer pour la ramener sur la Terre.

La capsule doit être lancée à un angle précis pour échapper à la gravité de Mars, et atteindre l’altitude voulue, où l’Orbiter est en attente.

Spécifications de design :

• La « capsule » (une balle de ping pong standard) doit être lancée par le DLM. Assurez-vous d’avoir un dispositif pour tenir la « capsule » en place.
• Seuls les matériaux apparaissant sur la liste sont permis. Les décorations sont permises et encouragées, en autant qu’elles ne nuisent pas à la fonction du DLM.
• La catapulte doit tenir, une fois complètement assemblée, dans une boîte de papier à photocopie standard (432 mm x 279 mm x 225 mm), avec son couvercle. Une catapulte hors dimensions sera disqualifiée.
• Tous les types de dispositifs de lancement sont permis (catapulte à proprement parler, trébuchet, fronde, etc.), mais ne peuvent être construits qu’avec les matériaux spécifiés.
• Toute modification est interdite à la charge (balle de ping pong).

Équipes de 3 à 5 élèves qui assumeront les responsabilités que voici :

• Le concepteur. Avec le concours des autres membres de l’équipe, il crée le modèle et obtient de l’enseignant ou de l’ingénieur bénévole l’autorisation d’en entreprendre la construction. Il trace les croquis de la ZPE imaginée par l’équipe.
• Le gestionnaire des matériaux. Il recueille les matériaux et note ceux employés par l’équipe pour construire son modèle.
• Le constructeur. Il dirige la fabrication du prototype selon les croquis et apporte les modifications suggérées par les autres membres de l’équipe.
• L’agent des relations publiques. Il sert de porte-parole à l’équipe en présentant son projet 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 de construction :

• La précision et la capacité de répéter les résultats obtenus sont essentiels au succès de la mission. Vous devez trouver un moyen de lancer votre capsule et d’obtenir les mêmes résultats lancement après lancement.
• Réfléchissez aux différents angles de tir nécessaires pour atteindre chaque cible et aux moyens de calibrer votre DLM afin d’atteindre les différentes cibles. (Truc : réfléchissez à l’utilisation que vous pourriez faire d’un rapporteur d’angle !) Tenez également compte de la hauteur du plafond dans l’aire de lancement.
• Assurez-vous que le DLM est assez robuste pour survivre à de multiples rondes d’essais.
• Essayez de construire un DLM aussi léger que possible - plus le DLM sera léger, plus il rapportera de points.
• S’il y a des pièces délicates sur votre DLM, faites quelques « pièces de rechange » qui peuvent facilement s’ajuster en cas de dommages pendant la compétition.

Critères d’essai des DLM :

Lorsque la construction est terminée, les équipes se réunissent afin de tester leur DLM et de le comparer à celui des autres équipes de la classe ou de l’école (pour plus de détails, voir «L’organisation de la finale »). Testez votre DLM et constatez si vous avez relevé avec succès le Défi du génie !

• Les équipes doivent tenter d’atteindre les cibles avec la charge à trois distances différentes : 3 m, 4 m et 5 m. Utilisez des boîtes de papier pour photocopieur standard comme cible.
• Créez un pas de tir sur le plancher afin de vous assurer que tous les DLM se trouvent à la même distance de la cible. Le DLM ne doit d’aucune manière toucher le plancher à l’avant de la ligne de démarcation tracée sur le plancher. Aucune partie du DLM ne doit traverser la ligne de lancement.
• Délimitez la zone cible sur le plancher au moyen de ruban à masquer en traçant une ligne à 2,5 m de la partie la plus avancée du pas de tir. Tracez d’autres lignes à 3,5 m, à 4,5 m et à 5,5  m. Vous vous trouverez ainsi à créer trois « zones cibles » où placer vos boîtes. La zone cible devrait mesurer 2 m et la boîte servant de cible, être placée au centre. (Voir illustration ci-dessous.)
• Placez la première cible à 3 m, le centre de la boîte devant se trouver à 3 m de la partie la plus avancée du pas de tir. Placez la deuxième cible à 4 m et la troisième à 5 m.
• Chaque équipe lancera sa cargaison sur la cible à deux reprises. La cargaison doit atterrir directement dans la boîte (aucun rebondissement toléré).
• Les équipes ont droit à 1 point si le projectile atteint la zone cible et à 2 points si le projectile atterrit directement dans la boîte cible.
• Les équipes doivent lancer leur charge dans les trois cibles successivement et dans l’ordre en commençant par la cible à 3 m. 
  

Critères appliqués par les juges

Les D LM sont jugés en fonction de leur performance ainsi qu’en fonction de l’ingéniosité  de leur conception et de leur construction.

Performance

La performance est établie en faisant le total des points accumulés au cours des Essais de lancement de la charge.

Nom de l’équipe	Cible à 3 m		Cible à 4 m		Cible à 5 m		Points obtenus (max. de 12 points) Total
	Essai 1	Essai 2	Essai 1	Essai 2	Essai 1	Essai 2
DLM1	1pt	2pts	1pt	2pts	1pt	2pts	9
DLM2	x	2pts	1pt	2pts	1pt	1pt	7
DLM3	2pts	x	1pt	x	x	2pts	5

Ingéniosité :	Points
Innovation/ qualité de l’exécution, imagination, minutie	0 - 10
Présentation par le préposé aux relations publiques et qualité de l’affiche	0 - 5
Note totale pour l’ingéniosité	/ 15

Critère facultatif : Masse

Bien que facultatif, on recommande de prendre ce critère en considération. La note sera accordée selon une courbe de Gauss, le DLM le plus léger remportant le maximum, qui est de 25 points. 

Exemple

Nom de l’équipe	Points de lancement du DLM x 5	Masse/g	Ingéniosité	Note totale
	/60	/25	/15	/100
DLM1	45	20	14	79

Remarque : nous vous fournirons électroniquement une grille de calcul pour le défi DLM 2011 (format .xls) à la séance d’orientation; vous pouvez aussi l’obtenir en écrivant à education@nrc.gc.ca

Les Stratégies pour enseignants et ingénieurs sont disponibles ici.

Les épreuves de conception et de construction sont disponibles ici.