Boîte à outils : "Situations-problèmes en Éducation Par la Technologie"

Compétences mobiliséesPlus de détails [doc]

• Observer

• Émettre des hypothèses

• Réaliser

• Réguler

• Structurer

Domaine(s) Plus de détails [pdf]

• Technologie de l'alimentation

• Technologie des matériaux

• Technique de production et de processus

• Structures et mécanismes

Portes d'entrée Plus de détails [doc]

• Concevoir et réaliser un objet en vue d'une performance déterminée

• Transformer un objet ou un système existant afin qu'il atteigne une performance déterminée

• Agir afin de supprimer le dysfonctionnement d'un système

Coût estimé

• 2 à 3 € par cuiseur

  (les verres peuvent être réutilisés d'année en année)

Matériaux de base

• Caisses et boîtes en carton ;

• Colle en bâton ;

• Journaux ;

• Papier aluminium (pour le réflecteur = 1 rouleau pour la classe)

  (le prendre assez épais, c'est plus facile à travailler)

  • Alternative : feuille-miroir autocollante (20 € pour 0,5m² → plus chère, mais plus efficace) ;

• Papier kraft gommé (1 rouleau de 200m pour la classe) ;

• Peinture noire non toxique ou papier noir ;

• Vitre de 2 ou 3 mm d'épaisseur, typiquement en verre 20cm x 30cm ; certains modèles ne nécessitent pas de vitre mais une casserole, un sachet cuisson, un saladier en verre...

  • Alternatives : plexiglas (plus cher, minimum 3mm) ou plat en verre pour le four (utilisé retourné sur l'aliment).

• Ingrédients pour par exemple un petit gâteau genre muffin : farine, œuf, sucre, beurre, levure chimique

Outillage nécessaire

• Accès à l'Internet (pour les recherches) ;

• Ciseaux ;

• Cutter ;

• Pistolet à colle (facultatif)

• Éponge humide (pour coller le kraft)

• matériel pour préparer les recettes (une seule préparation pour la classe),

• gants de cuisine ou maniques.

• godets en papier ou des petits moules en silicones ou du papier sulfurisé

• Il serait préférable d'organiser cette situation problème en fin de deuxième année pour deux raisons :

  1. Dès le début du mois de mai, la hauteur du soleil dans le ciel permet d'atteindre des températures suffisantes à notre latitude (50°N). Les chances d'avoir un ciel bien dégagé (indispensable) augmentent également

  2. Les modes de propagation de la chaleur (la conduction, la convection, le rayonnement, les isolants, l'influence de la couleur) sont inscrits au programme de sciences en 2e année.

• On peut faire découper des vitres (environ 20 cm x 30 cm) chez Brico.

• On peut utiliser des verres de récupération que l'enseignant peut découper avec un coupe verre :

  méthode : https://www.brico.be/fr/tips/construction/window

• On peut acheter un cadre photo format A4 :

  (chez action par exemple : http://www.action.be/fr/decoration/cadres-photos-decoration-murale

• On peut utiliser un plat en verre de 27 cm x 18 cm :

  (chez IKEA par exemple http://www.ikea.com/be/fr/catalog/products/80058761/#/60058762)

• On peut utiliser un saladier en verre :

  (chez Ikea par exemple http://www.ikea.com/be/fr/catalog/products/20132453/)

Le beau temps est revenu et comme chaque année, l'envie de faire un barbecue ressurgit. Bien entendu, pendant que les uns s'activent à la réalisation des salades et féculents, les autres préfèrent s'occuper de la cuisson en dégustant un apéritif.

Cette année, grâce à ce défi, tu seras capable d'épater la galerie en prenant en charge le dessert qui sera cuit de manière originale et surtout écologique...

... Succès garanti auprès des invités !

Tu vas donc tenter de réaliser un cuiseur solaire d'une contenance de 2 à 3 litres, capable de cuire par exemple un gâteau 4/4. Cette séquence t'invitera à comparer des modèles de cuiseurs et des techniques de construction possibles avant de te lancer dans la production. Ton cuiseur devra avoir des mesures adaptées. La réalisation en classe ne pourra pas dépasser 2 heures de cours.

[doc] Les codes de la colonne de gauche correspondent aux compétences mobilisées à chaque étape.

C1.1

C1.2

• L'enseignant lit la situation-problème sans distribuer de support et précise que chacun doit retenir un maximum d'informations.

• L'enseignant interroge ensuite les élèves :

  • Quelle période est la plus favorable aux barbecues ?

  • Citez quelques féculents

  • Que signifie « épater la galerie » ?

  • Que signifie « écologique » ?

  • Pourquoi a-t-on donné à un type de gâteau le nom « gâteau 4/4 » ?

• L'enseignant distribue le document d'appropriation (annexe 4.01) que les élèves complètent individuellement.

• L'enseignant projette le diaporama composé d'une douzaine de modèles de cuiseurs (annexe 4.02) :

  • Les élèves observent chaque modèle et remplissent la grille (annexe 4.03)

Annexe 4.01 [doc]

Annexe 4.02 [ppt]

Annexe 4.03 [doc]

• S'il n'est pas possible de projeter, le diaporama peut être imprimé pour chaque élève.

• Les élèves complètent le document d'appropriation 4.01 (en classe ou en devoir) et la grille d'analyse 4.03.

• La présentation de quelques modèles variés avant la recherche d'information (étape 2) permet d'éviter que des élèves s'enferment dans une solution trop compliquée sans aborder d'autre possibilités, ou se noient dans les sites très fournis et détaillés.

• Évitez que les élèves se lancent dans la conception de cuiseurs-boîte qui sont plus compliqués à construire.

• Voir ressources enseignants (annexe 4.8 [doc]) sur le transfert de chaleur.

C2.1

C2.2

• L'enseignant distribue le document « aide à la recherche » (annexe 4.04).

• L'enseignant donne les consignes :

  Pour 4 modèles différents (du Powerpoint ou autres), trouvez au moins une information importante qui n'a pas été présentée.

  Exemples :

  • un détail important à prendre en compte,

  • une amélioration,

  • des renseignements sur la technique de fabrication,

  • des trucs et astuces

  • ...

• Les élèves parcourent des sites Internet afin de rechercher des détails intéressants, des trucs et astuces ou des modèles différents, ainsi qu'au moins une recette de cuisine adaptée à la cuisson solaire.

• L’enseignant donne un lien "Padlet" et invite les élèves à déposer leurs idées sur le mur virtuel qui est projeté.

• Sur le mur, les 12 images de cuiseurs sont déposées au préalable ainsi qu'une zone intitulée "RECETTES".

Annexe 4.04 [doc]

• Cette activité de recherche sur internet peut se faire en collaboration avec le professeur d'informatique.

• Les élèves peuvent effectuer leurs recherches en classe par binômes ou individuellement en devoir.

• L'activité Padlet peut être remplacée par une activité Post-its.

• Les élèves collaborent à la réalisation du mur virtuel (ou sur Post-its) en y intégrant le fruit de leurs recherches.

• Padlet permet de créer gratuitement des murs virtuels. Il suffit d'ouvrir un compte sur https://fr.padlet.com/, de créer ensuite un nouveau mur de partage, de copier le code URL qui apparaît en bas à droite et de le partager avec les élèves. Que ce soit en présentiel ou à distance (devoir), chaque participant peut déposer sa production :

  • Tutoriel vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=akWyL8o1qcE

  • Tutoriel écrit : https://francaisetnumerique.files.wordpress.com/2013/10/tutoriel-padlet.pdf

C2.3

C2.4

C2.5

• Les recherches sont affichées sur les murs de la classe (Padlet ou Post-its).

• Les élèves observent en silence les différentes propositions pendant un temps imposé (maximum 10 minutes).

  Chacun doit noter un maximum de points positifs et négatifs ainsi que le nom des projets y afférents.

• L'enseignant interroge le groupe classe afin de rappeler les contraintes.

• L'enseignant anime la discussion collégiale afin de faire émerger les critères d'évaluation des cuiseurs analysés :

  1. Les critères sont noté sur une Mind map (carte heuristique)

  2. Une pondération est ensuite ajoutée pour chaque critère

  3. En vis-à-vis de chaque critère, les avantages et inconvénients de chaque projet sont répertoriés

• Les élèves complètent la grille d'analyse (annexe 4.05).

Annexe 4.05 [doc]

• En l'absence de moyens numériques adaptés, l'activité de synthèse proposée par la projection d'une carte heuristique pourrait être réalisée par une carte heuristique sur papier, cette dernière ayant le désavantage de devenir rapidement brouillon.

• Pour l'activité "émergence des critères", l'enseignant peut réaliser en direct un google forms qu'il projette au tableau. Les élèves, avec leur smartphone, complètent le formulaire pour proposer une pondération. L'enseignant peut ainsi montrer les résultats en direct.

• Les élèves recopient, les informations notées au tableau sur une carte heuristique papier.

• Les élèves complètent l'annexe 4.05 en recopiant les critères, classés par ordre décroissant d'importance et leur pondération.

• Pour télécharger XMind gratuitement :

  http://www.xmind.net/download/win/

• Il est possible d'utiliser d'autres outils collaboratifs avec des logiciels libres :

  Exemple : https://framindmap.org/mindmaps/index.html

• Exemples de critères : prix ; simplicité de construction ; compacité ; facilité d'utilisation ; solidité ; disponibilité des matériaux ; efficacité de la cuisson ; volume du four ; temps de fabrication...

C2.3

• L'enseignant invite les élèves à former des binômes.

• L'enseignant rappelle les notions scientifiques en s'appuyant sur l'annexe 4.08 [doc] et insiste sur les points d'attention :

  • augmenter l'entrée de chaleur par rayonnement

  • minimiser les pertes par conduction et convection

  • présence de surfaces noires à l'intérieur du foyer (pour absorber les rayons du soleil)

• L'enseignant rappelle les contraintes de la situation-problèmes.

• Chaque binôme imagine un avant-projet en tenant compte du temps réduit de fabrication qui est alloué.

• Les élèves réalisent les exercices de l'annexe 4.07 en devoir.

Annexe 4.07 [doc]

• Les élèves ne reçoivent aucune consigne quant à la formalisation de leur avant-projet.

• Les élèves complètent en devoir l'annexe 4.07 "perspective cavalière".

• La convection est souvent négligée par les élèves, ce qui peut nuire fortement au résultat. Le foyer doit être le plus étanche possible. L'étanchéité du volume de cuisson doit notamment être bien pensée. C'est particulièrement délicat pour les cuiseurs “boîte” qui, en plus, sont plus longs à construire (mais très efficaces car bien isolés).

• Laisser une semaine de cours entre la réflexion de l'avant-projet et la conception du projet.

C3.2

• Le devoir sur les perspectives cavalières (annexe 4.07) est corrigé collégialement.

• L'enseignant réalise au tableau la figure du point 3 de l'annexe 4.07 et explique comment coter sur le dessin.

• Chaque binôme formalise son projet et s'organise (chacun réalise les documents demandés en annexe 4.06).

Annexe 4.06 [doc]

• Les élèves réalisent le dessin de leur projet et complètent l'annexe 4.06.

• Pour garantir l'investissement de chacun, imposer le partage des éléments à construire et non pas les étapes de la construction.

• Ressource pour l'enseignant sur les normes du dessin :

  http://fvb.constructiv.be/~/media/Files/Shared/FVB/Stukadoor/FR/plafonnageNBi2FR07%20hdefforweb3.pdf.

C3.3

C3.4

• Les élèves réalisent leur cuiseur en respectant la contrainte temps qui est rappelée.

• Proscrire le papier collant dont la colle fond à la chaleur, en tout cas dans la partie chaude (autorisé pour les réflecteurs).

• Les colles à base d'eau (colle en bâton par exemple) et le kraft gommé tiennent bien (ces colles se solidifient lorsque le four chauffe).

• La vapeur dégagée par la cuisson risque de ramollir le carton et décoller les éléments. Par conséquent, tapisser soigneusement l'intérieur du cuiseur d'une feuille d'aluminium collée. Ceci favorise en outre le rayonnement et limite les pertes de chaleur.

• La peinture noire à l'eau (genre pour école fondamentale, par litre) ne sent rien, sèche vite et résiste parfaitement à la chaleur. Par contre, elle tache si elle est mouillée (de l'humidité est dégagées par les aliments qui cuisent). Vérifier la non-toxicité et la résistance à la chaleur de la peinture amenée par les élèves.

C3.3

C3.4

• En début de cours, les cuiseurs sont installés avec un aliment à cuire. Les cuiseurs doivent en général être réorientés vers le soleil une fois par heure.

• Le groupe classe retourne en classe afin d'organiser l'évaluation des cuiseurs :

  • Des groupes (3 ou 4 élèves) sont constitués

  • Le document d'évaluation des cuiseur réalisé au préalable (annexe 4.05) est revisité

  • L'enseignant demande aux équipes de s'organiser pour que l'évaluation des cuiseurs se fasse le plus rapidement possible

• En fin de cours, les groupes analysent chaque cuiseur.

Annexe 4.05 [doc]

• Chaque groupe complète la grille d'évaluation des cuiseurs (annexe 4.05).

• De mai à septembre, dans de bonnes conditions d'ensoleillement (heures chaudes de la journée, entre 11h et 16h), un gâteau 4/4 de 200g est cuit après deux bonnes heures. Un gâteau plus petit (dans un godet en papier par exemple) ne cuit pas beaucoup plus vite.

• La mise en place se fait typiquement à la récréation du matin. Un ou deux élèves reviennent à chaque intercours réorienter l'ensemble des cuiseurs. La cuisson est vérifiée au début du temps de midi et se prolonge jusqu'à la fin de celui-ci si nécessaire.

• Prévoir un endroit protégé du passage (la cour, ce n'est pas top).

• Le gâteau peut être remplacé par un œuf sur le plat, qui cuit plus rapidement (vers 70°C).

• Un thermomètre de four peut également prendre place dans chaque cuiseur, afin de comparer les températures obtenues.

• Un des dernier cours de juin peut être consacré à une surveillance des cuiseurs par les élèves, qui révisent sur l'herbe (prévoir des casquettes et des bouteilles d'eau) - une belle manière de terminer le parcours en EPT et de joindre l'utile à l'agréable.

C4.1

C4.2

C5.3

• L'enseignant anime une discussion collective :

  • Retour sur l'intérêt de l'activité

  • Réflexion sur l'organisation de l'évaluation des cuiseurs (durée, difficultés d'évaluer, coordination des équipes...)

  • Réflexion sur des dysfonctionnements constatés

  • Réflexion sur les raisons pour lesquelles certains cuiseurs étaient plus performants

  • Réflexion sur les principales régulations envisageables

• Individuellement, chaque élève note la ou les améliorations qu'il apporterait à sa fabrication (annexe 4.06).

Annexe 4.06 [doc]

• Les élèves proposent des régulations à la fin de leur document "Conception d'un cuiseur solaire" (annexe 4.06).

• L'enseignant réalise au tableau 2 colonnes avec les intitulés "renouvelable" et "fossile (non renouvelable)".

• L'enseignant demande : "pourquoi l'énergie fossile n'est-elle pas renouvelable ?"

• L'enseignant anime un brainstorming afin de faire émerger les types d'énergie.

  Remarque : les erreurs ne sont pas corrigées

  • Chaque énergie évoquée est inscrite dans la colonne ad-hoc par l'élève qui l'a évoquée (il peut questionner la classe).

  • L'enseignant cite une à une les énergies non citées. Après négociation, chacune d'elle est également inscrites dans une des colonnes

    (pétrole, charbon, gaz, nucléaire, solaire, biomasse, déchets, éoliennes, géothermie , hydraulique, hydrolienne, marine).

• Un tirage au sort est réalisé afin que chaque énergie soit attribuée à 1 ou 2 élève(s).

• En devoir, les élèves devront préparer une courte présentation tout en s'accordant avec celui qui a reçu la même énergie à présenter.

  Le contenu est :

  • Nom de l'énergie

  • Renouvelable ou non-renouvelable ?

  • D'où vient-elle ? Comment apparaît-elle ?

  • Comment l'homme l'a-t-il apprivoisée ?

  • Que deviennent les déchets produits ?

  • Citer un lieu où elle est exploitée

• En classe : chaque énergie est présentée et sa place dans la colonne "renouvelable" ou "fossile" est corrigée.

• Les élèves recopient, au crayon, le contenu du tableau dans leur cahier.

• Les élèves réalisent le devoir sur une énergie.

• Les élèves corrigent leur tableau à 2 colonnes dans leur cahier.