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Le processus Concevoir et construire

Parlons sciences

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L’une des manières d’assouvir notre désir d’adapter le monde à nos besoins consiste à résoudre des problèmes technologiques en mobilisant nos habiletés et nos connaissances.

Depuis des millénaires, l’être humain doit sa survie et son développement à sa capacité à fabriquer des objets. Nous cherchons constamment des moyens de créer des outils, des machines et des systèmes qui répondent à nos besoins et à nos envies. L’une des manières de le faire consiste à résoudre des problèmes technologiques.

Le saviez-vous?

La technologie désigne tant les produits inventés par les gens que les procédés et les connaissances nécessaires pour concevoir et construire ces produits.

Les « produits » issus de la résolution de problèmes technologiques prennent de nombreuses formes différentes :

  • objets physiques (p. ex., ponts, tours, chaises),
  • dispositifs (p. ex., cannes à pêche, ouvre-boîtes, taille-crayons)
  • procédés (p. ex., un moyen de ranger les bottes d’hiver, manteaux, tuques et mitaines de façon ordonnée et sécuritaire dans un vestibule).

Il est important que les élèves aient conscience que tous les produits et systèmes qui les entourent ont été conçus et construits par des personnes. En participant aux activités de résolution de problèmes technologiques, les élèves découvriront qu’eux aussi peuvent résoudre des problèmes et créer des produits et des systèmes grâce à leur imagination.

Les ingénieur/e/s, les inventeurs et les inventrices sont des gens qui passent leur temps à résoudre des problèmes technologiques. Ils et elles réfléchissent aux problèmes, envisagent et testent des solutions et examinent leurs réussites et leurs échecs. À leur instar, les élèves peuvent eux aussi réfléchir méthodiquement à des problèmes et planifier et tester des solutions. Cette réflexion méthodique est illustrée dans le processus Concevoir et construire décrit ci-dessous.

Les phases du processus concevoir et construire
Les phases du processus concevoir et construire (©2018 Parlons sciences).
Graphique - Version textuelle

Le processus Concevoir et construire consiste à identifier le problème, à effectuer des recherches, à générer des idées, à planifier, à créer, à tester et évaluer, puis à réfléchir et échanger.

Icône Identifier le problème
Icône Identifier le problème (©2018 Parlons sciences).

La première étape du processus Concevoir et construire consiste à identifier le problème clé à résoudre ou le besoin à satisfaire. Les problèmes ou les besoins relevés par les élèves peuvent avoir été provoqués par exemple, par un événement de leur vie quotidienne vécu à la maison, à l’école ou dans la collectivité. Les problèmes peuvent aussi être inspirés par des histoires qu’ils ont entendues ou lues.

Les élèves développent leur capacité à identifier un problème en posant des questions, en mettant en commun leurs connaissances et en travaillant en équipe pour clarifier et affiner le problème à résoudre. Les élèves doivent se demander si le problème exige d’eux qu’ils construisent quelque chose (p. ex., un radeau pour transporter les personnages d’une histoire) ou qu’ils trouvent un moyen de faire quelque chose (p. ex., comment utiliser équitablement un nombre limité de nouvelles tablettes). Les étapes ultérieures du processus de conception et de construction peuvent mener à l’identification ou à la clarification de problèmes ou de contraintes supplémentaires.

Il importe que les élèves aient une compréhension générale claire de ce qu’ils essaient de réaliser. Pour ce faire, les élèves doivent déterminer :

  • les critères de conception :caractéristiques de la solution ou du produit final et
  • les contraintes :  limites à la réalisation d'une solution (temps, coûts, disponibilité du matériel...).

(p. ex., « Le bateau doit pouvoir contenir six objets et flotter sur l’eau sans aide pendant dix minutes. Vous ne pouvez utiliser que les matériaux fournis. »).

Effectuer des recherches icône
Effectuer des recherches icône (©2018 Parlons sciences).

La deuxième étape du processus Concevoir et construire consiste à effectuer des recherches. Cela peut prendre de nombreuses formes, allant d’une discussion avec des personnes susceptibles de contribuer à la solution à une analyse des outils, des matériaux et des procédés.

Étant donné que de nombreuses solutions technologiques ne sont en fait que des modifications de technologies existantes, les éducateurs devraient inciter les élèves à s’informer sur les solutions similaires qui existent déjà. Pour cela, les élèves peuvent :

  • participer à une sortie sur le terrain
  • lire des livres
  • consulter des sites Web
  • visionner des vidéos sur des solutions technologiques actuelles à des problèmes concrets (p. ex., la méthode de construction d’un barrage, le fonctionnement d’un château d’eau).
Rechercher des idées icône
Rechercher des idées icône (©2018 Parlons sciences).

Quand on cherche une solution à un problème dans le cadre du processus Concevoir et construire, il faudrait rechercher et examiner un grand nombre d’idées différentes. Les élèves développeront des habiletés liées à la recherche d’idées en générant leurs propres idées et en participant à des activités en petits et en grands groupes, comme un remue-méninges.

La recherche d’idées est souvent un travail d’équipe du fait que les idées affluent et se renouvellent davantage quand on écoute parler les autres et qu’on s’inspire de leurs réflexions. Les enseignantes et enseignants pourraient avoir à démontrer comment rechercher des idées et émettre des commentaires dans le respect des pensées et des opinions des autres. Ils devront peut-être rappeler aux élèves de ne pas s’écarter du sujet et de parler chacun à leur tour.

À la fin de cette étape du processus Concevoir et construire, les élèves devraient discuter des avantages et des inconvénients des idées de conception potentielles en les comparant et différenciant afin de choisir une solution à mettre en œuvre et à tester. Les éducateurs devraient rappeler aux élèves de revoir les critères et les recherches des précédentes étapes du processus avant de prendre une décision finale.

Les éducateurs devraient également insister auprès des élèves sur le fait que même s’il existe plusieurs solutions à un problème donné, certaines sont parfois mieux adaptées à la situation que d’autres. Étant donné que les élèves prennent souvent leurs idées à cœur, les éducateurs peuvent leur rappeler que pendant les activités Concevoir et construire en groupe, les bonnes solutions sont toutes le fruit d’un travail en équipe.

Planifier icône
Planifier icône (©2018 Parlons sciences).

Une fois qu’ils ont restreint la liste des solutions possibles à un problème, les élèves doivent visualiser ce à quoi ressemblerait leur solution . Pour communiquer leur vision aux autres, ils peuvent créer des plans de conceptionPlanifier la conception suppose de choisir les méthodes, les outils, les matériaux et la séquence des étapes nécessaires pour créer et tester une solution à un défi Concevoir et construire. Les plans de conception peuvent comprendre des croquis annotés, des diagrammes et des scénarimages.

Avant d’élaborer les plans de conception, les élèves devront peut-être se familiariser avec différents types d’outils, de matériaux et d’équipements en participant à des activités exploratoires. Ils et elles peuvent le faire en participant à des enquêtes scientifiques. Pour en savoir plus sur l’approche de Parlons sciences en matière d’apprentissage par l’enquête, veuillez consulter notre document d’information sur le processus d’apprentissage par l’enquête.

En élaborant leurs plans de conception, les élèves peuvent s’apercevoir que leur idée initiale n’est pas réalisable. Dans ce cas, les éducateurs doivent les encourager à réexaminer les autres idées qu’ils ont eues pendant la phase de recherche d’idées.

Créer icône
Créer icône (©2018 Parlons sciences).

Une fois qu’ils ont choisi une solution prometteuse et élaboré un plan, les élèves peuvent mettre en œuvre leur idée. Pour cela, ils vont créer un prototype.

Le prototype est un modèle de travail utilisé pour tester une solution conceptuelle. Dans la vie réelle, les prototypes servent à déterminer l’efficacité de solutions conceptuelles avant la production du produit ou du système final. Dans le cas des élèves, le prototype peut être la solution finale elle-même (prototype fonctionnel). La création d’un prototype mobilise de nombreuses habiletés différentes, selon le type de produit ou de système qui est créé (produit matériel, système, code informatique, etc.).

Lors de la création des prototypes, les éducateurs doivent encourager les élèves à travailler en toute sécurité. Pour ce faire, les élèves doivent :

  • clairement savoir à quoi ressemblent des pratiques sûres en classe,
  • respecter les procédures de sécurité établies lorsqu’ils utilisent les matériaux, les outils et l’équipement, et
  • se soucier de leur sécurité et de celle des autres.

En mettant en œuvre leur solution, les élèves s’apercevront peut-être qu’ils ne pourront pas la tester. Dans ce cas, les éducateurs doivent les encourager à réexaminer les autres idées qu’ils ont eues pendant la phase de recherche d’idées et à élaborer un nouveau plan.

Tester et évaluer icône
Tester et évaluer icône (©2018 Parlons sciences).

Une fois prêts, les élèves testent leur prototype en se référant aux critères de conception et en suivant les paramètres de test définis lors de la phase de planification.

Il convient d’encourager les élèves à se reporter aux critères, aux exigences ou aux contraintes de conception quand ils testent leur prototype. Il faut également travailler avec les élèves afin de s’assurer que la plateforme d’essai est installée de telle sorte que les tests pourront être effectués de façon sécuritaire et objective (p. ex., installer un récipient contenant de l’eau d’une profondeur suffisante pour tester les bateaux).

De même, pendant le test, les éducateurs doivent encourager les élèves à faire des observations et à consigner des données sur le fonctionnement du prototype, en tenant compte des critères de conception. Cela peut se faire sous la forme d’une vidéo, d’un journal, de graphiques, etc. Il est important de consigner ce qui se produit, surtout si la première tentative avec une solution échoue.

Réfléchir et échanger icône
Réfléchir et échanger icône (©2018 Parlons sciences).

La dernière étape du processus Concevoir et construire consiste à analyser les résultats du test du prototype et à déterminer dans quelle mesure la conception est conforme aux critères établis. Si les critères sont respectés, la solution est une réussite. Dans le cas contraire, la solution initiale est un échec.

On encourage les enseignants et enseignantes à réconforter les élèves quand la conception n’est pas conforme aux critères, car cela peut être une expérience pénible. Rappelez-leur que l’on échoue souvent à la première conception, mais qu’il y a encore beaucoup à apprendre quand cela ne fonctionne pas comme prévu.

Lorsqu’une solution n’est pas conforme aux critères, il faudrait encourager les élèves, dans le cadre du processus de réflexion, à se demander ce qui n’a pas fonctionné et pourquoi. Cela peut consister, par exemple, à réfléchir aux matériaux et aux fixations utilisés, à la précision des mesures et aux paramètres du test. S’il s’avère nécessaire de modifier la solution pour la rendre conforme aux critères, les élèves peuvent recommencer le processus de conception depuis le début.

À la fin de chaque défi Concevoir et construire, les élèves sont incités à réfléchir à leur expérience afin d’établir ce qu’ils pourraient faire mieux ou différemment dans l’avenir (p. ex., comment travailler en équipe, gérer les ressources et le temps). Les élèves sont aussi encouragés à identifier de nouveaux problèmes ou besoins en s’inspirant du défi Concevoir et construire.

Références

International Technology and Engineering Educators Association. (n.d.). ITEEA homepage.

International Technology Education Association. (2007). Standards for technological literacy: content for the study of technology. ITEA.

Teach Engineering.org (n.d.). Engineering design process.