Ressources pédagogiques  Les participants du challenge

Gouttes d’eau tombant sur des plantes

Gouttes d’eau tombant sur des plantes (annawaldi, Pixabay)

Concevoir et construire un système d’irrigation

Résumé

Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire un système d’irrigation simple qui peut transporter de l’eau vers au moins deux plantes à partir d’une même source, le tout sans fuites.

Survol

Les élèves concevront et construiront un système d’irrigation simple et le testeront pour démontrer qu’il peut transporter de l’eau vers au moins deux plantes à partir d’une même source, le tout sans fuites.

Durée
45-60 minutes

Mise en contexte

Connaissances et habiletés antérieures :

Pour réussir ce défi Concevoir et construire, les élèves doivent être capables de construire un prototype en utilisant des outils coupants (par ex., ciseaux), des fixations simples (par ex., ruban adhésif) et des matériaux (par ex., plastique) ainsi que de comprendre les besoins fondamentaux des végétaux. Ils doivent être conscients que les humains et la technologie peuvent contribuer à faire en sorte que les plantes obtiennent le nécessaire pour croître et s’épanouir.

Contexte:

Bon nombre de serres permettent de faire pousser des semis au milieu du froid de l’hiver afin que les gens puissent les acheter dès le printemps pour les transplanter dans leurs jardins personnels. Arroser les centaines, voire les milliers de plants d’une serre un par un prend beaucoup de temps.

Avant l’arrivée du personnel embauché pour l’été, le nombre de personnes qui s’occupent de la serre peut être très restreint; il leur faut donc disposer d’un système efficace pour arroser les plants.

Arroseur de jardin
Arroseur de jardin (Photo d’EME via Esther Merbt via Pixabay).

 

Système d’irrigation mobile
Système d’irrigation mobile (Photo de Slaunger via Wikimedia Commons

Quand ils s’attaquent à un défi Concevoir et construire, les élèves doivent envisager différentes solutions possibles. Le remue-méninges est une manière de générer des idées qui exige des élèves qu’ils s’écoutent avec respect et réfléchissent de façon créative. Pour ce type de réflexion collaborative, il est essentiel que l’atmosphère de la salle de classe encourage et soutienne la prise de risque et les idées novatrices.

Dans ce défi concevoir et construire, les élèves concevront et construiront un système d’irrigation simple et le testeront pour démontrer qu’il peut transporter de l’eau vers au moins deux plantes à partir d’une même source, le tout sans fuites.

Ce défi concevoir et construire pourrait partir : 

  • Des questions ou des commentaires formulés par les élèves au sujet de l’eau et des plantes. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Quels outils ou instruments utilise-t-on pour arroser les plantes d’intérieur? »
    • « Pourquoi les plantes ont-elles besoin d’eau? »
  • de l’observation de photos ou vidéos de différents types de systèmes d’irrigation utilisés un peu partout dans le monde et recourant à diverses technologies. Lancez la discussion à l’aide de questions comme : 
    • « Connaissez-vous des méthodes utilisées par les agriculteurs pour fournir de l’eau aux plantes? »
    • « En quoi ces méthodes sont-elles comparables ou différentes de la façon dont vous arrosez les plantes de votre jardin ou de votre maison? »
  • de la lecture d’un livre comme Le jardin voyageur de Peter Brown. Lancez la discussion à l’aide de questions comme
    • « De quoi a-t-on besoin pour cultiver un jardin? »
    • « Comment les besoins changent-ils selon l’endroit où vous cultivez votre jardin ? » (p.ex. sur un rebord de fenêtre ou à l’extérieur) 
  • de photos du parc linéaire High Line de New York avant et après les travaux. Lancez la discussion à l’aide de questions comme : 
    • « Quelle est la différence entre ces deux photos? »
    • « Trouvez-vous que c’est un endroit approprié pour un jardin? Pourquoi? »
À gauche: La High Line en 1936
À gauche: La High Line en 1936 (Photo via Wikimedia Commons) À droite: La High Line en 2010. (Sources: Gryffindor [domaine publique] via Wikimedia Commons et Beyond My Ken [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

Critères de conception :

Les élèves de la classe font un remue-méninges pour décider des critères que leur prototype de système d’irrigation devra respecter. Les éducateurs peuvent décider d’ajouter des critères liés au programme scolaire, comme utiliser des systèmes d’assemblage ou de fixation, prendre des mesures, utiliser des matériaux spécifiques, etc.

Exemples de critères de conception :

  • Le système d’irrigation/arrosage proposé doit pouvoir arroser au moins deux plantes en même temps.
  • L’eau devrait provenir d’une seule et même source.
  • Le système ne doit pas avoir de fuites.
  • Il ne faut utiliser que le matériel fourni.

Détails

Matériel
  • Crayons
  • Pailles à boire de divers diamètres
  • Tasses en plastique de divers formats
  • Ruban adhésif toilé (de type Duct Tape)
  • Petits outils : ciseaux, fixations diverses et colle
  • Instruments de mesure tels que : règles, mètres rigides, rubans à mesurer et/ou chronomètre
  • Instruments pour consigner des données, comme des crayons, gommes, papier, cahiers de notes, appareils-photo ou appareils électroniques portatifs
  • Accès à l’eau
  • Chiffons ou essuie-tout pour éponger les flaques d’eau
  • Facultatif : grands sacs à ordures ou nappes en plastique sur lesquels construire le prototype
     
Matériel
  • Crayons
  • Pailles à boire de divers diamètres
  • Tasses en plastique de divers formats
  • Ruban adhésif toilé (de type Duct Tape)
  • Petits outils : ciseaux, fixations diverses et colle
  • Instruments de mesure tels que : règles, mètres rigides, rubans à mesurer et/ou chronomètre
  • Instruments pour consigner des données, comme des crayons, gommes, papier, cahiers de notes, appareils-photo ou appareils électroniques portatifs
  • Accès à l’eau
  • Chiffons ou essuie-tout pour éponger les flaques d’eau
  • Facultatif : grands sacs à ordures ou nappes en plastique sur lesquels construire le prototype
     
Préparation
  • Rassemblez un assortiment de matériel neuf et recyclé dont les élèves pourront se servir pour construire le système d’irrigation.
  • Organisez des postes d’approvisionnement selon le type de matériel. Vous pouvez aussi préparer une trousse de matériel à distribuer à chaque élève ou équipe.
Préparation
  • Rassemblez un assortiment de matériel neuf et recyclé dont les élèves pourront se servir pour construire le système d’irrigation.
  • Organisez des postes d’approvisionnement selon le type de matériel. Vous pouvez aussi préparer une trousse de matériel à distribuer à chaque élève ou équipe.
Quoi Faire

Les élèves développent les habiletés « concevoir et construire » en concevant, construisant et testant un prototype de système d’irrigation.
Les élèves suivent les étapes suivantes du processus de conception et construction :

  • ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
  • ils font un remue-méninges sur les critères que le prototype doit respecter;
  • ils partagent leurs questionnements et idées de solution au problème ou au besoin;
  • ils discutent des avantages et inconvénients de chaque solution envisagée afin de choisir celle qu’ils testeront;
  • ils imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent un croquis de ce qu’ils visualisent;
  • ils élaborent un plan de conception (p.ex. déterminer les tâches ou les principales étapes nécessaires à l’élaboration de la solution, choisir les outils et les matériaux nécessaires, inclure des croquis annotés);
  • ils construisent/élaborent leur idée de prototype à partir de leurs croquis et du plan de conception;
  • ils vérifient si leurs prototypes répondent aux critères de conception;
  • au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
  • ils réfléchissent au résultat obtenu et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leurs prototypes
Quoi Faire

Les élèves développent les habiletés « concevoir et construire » en concevant, construisant et testant un prototype de système d’irrigation.
Les élèves suivent les étapes suivantes du processus de conception et construction :

  • ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
  • ils font un remue-méninges sur les critères que le prototype doit respecter;
  • ils partagent leurs questionnements et idées de solution au problème ou au besoin;
  • ils discutent des avantages et inconvénients de chaque solution envisagée afin de choisir celle qu’ils testeront;
  • ils imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent un croquis de ce qu’ils visualisent;
  • ils élaborent un plan de conception (p.ex. déterminer les tâches ou les principales étapes nécessaires à l’élaboration de la solution, choisir les outils et les matériaux nécessaires, inclure des croquis annotés);
  • ils construisent/élaborent leur idée de prototype à partir de leurs croquis et du plan de conception;
  • ils vérifient si leurs prototypes répondent aux critères de conception;
  • au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
  • ils réfléchissent au résultat obtenu et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leurs prototypes
Évaluation

Observez et consignez à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos la capacité des élèves à faire :

  • Travailler en équipe - Les élèves travaillent en équipe en vue d’effectuer une tâche et ils évaluent leur travail en groupe tout au long du processus de conception et de construction.
  • Rechercher des idées - Les élèves ont recours à des stratégies de création d’idées comme le remue-méninges pour trouver des pistes des solutions et peser les avantages et inconvénients de chaque solution envisagée.
  • Communiquer - Les élèves communiquent ce qu’ils ont pensé et appris en mots et/ou dessins, photos, vidéos ou autres (p. ex., plans conceptuels intégrant des croquis en deux dimensions, résumé des grandes étapes/tâches de conception, listes de matériaux, outils ou équipement nécessaires). 
  • Travailler en toute sécurité - Les élèves démontrent qu’ils savent travailler de façon sécuritaire en utilisant les divers outils et matériaux nécessaires à la construction/création de leurs prototypes.
  • Réfléchir - Les élèves réfléchissent au résultat obtenu par leur prototype et suggèrent d’autres manières de procéder afin de l’améliorer.
Évaluation

Observez et consignez à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos la capacité des élèves à faire :

  • Travailler en équipe - Les élèves travaillent en équipe en vue d’effectuer une tâche et ils évaluent leur travail en groupe tout au long du processus de conception et de construction.
  • Rechercher des idées - Les élèves ont recours à des stratégies de création d’idées comme le remue-méninges pour trouver des pistes des solutions et peser les avantages et inconvénients de chaque solution envisagée.
  • Communiquer - Les élèves communiquent ce qu’ils ont pensé et appris en mots et/ou dessins, photos, vidéos ou autres (p. ex., plans conceptuels intégrant des croquis en deux dimensions, résumé des grandes étapes/tâches de conception, listes de matériaux, outils ou équipement nécessaires). 
  • Travailler en toute sécurité - Les élèves démontrent qu’ils savent travailler de façon sécuritaire en utilisant les divers outils et matériaux nécessaires à la construction/création de leurs prototypes.
  • Réfléchir - Les élèves réfléchissent au résultat obtenu par leur prototype et suggèrent d’autres manières de procéder afin de l’améliorer.
Co-construction des connaissances
Les élèves: 
parler, faire et représenter
Les éducateurs: 
interagir en répondant et en questionnant
Les élèves identifient et affinent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire.
  • « Quelle distance l’eau devra-t-elle parcourir? » 
  • « D’où proviendra l’eau? » 
  • « De quelle quantité d’eau avez-vous besoin pour le test? »
Les élèves font un remue-méninges pour décider des critères applicables à leur système d’irrigation et les consignent. 
  • « Quels mots peut-on utiliser pour décrire les caractéristiques d’un système d’irrigation qui fonctionne adéquatement? »
  • « Comment ferez-vous pour que l’eau irrigue les deux côtés de la serre? » 
  • « Que faire pour que l’eau parcoure toute cette distance? »
Les élèves imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis de ce qu’ils visualisent.
  • « Pourquoi les ingénieurs identifient-ils chaque partie de leurs croquis? »
  • Comment allez-vous représenter chaque différente partie du système d’irrigation sur votre croquis ?
Les élèves élaborent un plan de conception (p.ex. déterminer les étapes nécessaires à l’élaboration du prototype, choisir les outils et les matériaux nécessaires)
  • « Quels matériaux allez-vous utiliser pour relier les éléments entre eux? »
  • « Quels outils pourraient être nécessaires à la construction du système d’irrigation? »
  • « Quel format de paille serait-il préférable d’utiliser? »
  • « Comment avoir l’assurance que les deux plantes obtiendront la même quantité d’eau? »
  • « Ce matériel permet-il de prévenir les fuites? Comment? »
Les élèves construisent/élaborent le prototype en se référant à leurs croquis et au plan de conception (ils créent le prototype), puis ils le testent.
  • « À quels critères de conception votre prototype répond-il? À quels critères ne répond-il pas encore? À votre avis, pourquoi? »
  • « Je constate que l’eau cesse de circuler avant d’atteindre les plantes. Quelles forces pourraient faciliter le fonctionnement de votre système d’irrigation? »
Les élèves modifient le prototype et le testent à nouveau en tenant compte des critères de conception.
  • « Quelles difficultés avez-vous rencontrées lors du nouveau test de votre système d’irrigation? »
  • « Comment pourriez-vous modifier votre modèle pour améliorer vos résultats? »
  • « Comment modifieriez-vous votre prototype s’il fallait que l’eau aille plus loin? »
  • « Comment modifieriez-vous votre prototype si vous vouliez arroser plus de plantes? »
Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et déterminent ce qu’ils pourraient faire différemment la prochaine fois.
  • « Quels matériaux ont donné les meilleurs résultats? Lesquels n’ont pas vraiment bien marché? »
  • « Quelles difficultés les membres de votre équipe ont-ils rencontrées en faisant ce défi tous ensemble? »
  • « Avez-vous trouvé difficile de concevoir un système d’irrigation qui ne fuie pas? »

 

Co-construction des connaissances
Les élèves: 
parler, faire et représenter
Les éducateurs: 
interagir en répondant et en questionnant
Les élèves identifient et affinent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire.
  • « Quelle distance l’eau devra-t-elle parcourir? » 
  • « D’où proviendra l’eau? » 
  • « De quelle quantité d’eau avez-vous besoin pour le test? »
Les élèves font un remue-méninges pour décider des critères applicables à leur système d’irrigation et les consignent. 
  • « Quels mots peut-on utiliser pour décrire les caractéristiques d’un système d’irrigation qui fonctionne adéquatement? »
  • « Comment ferez-vous pour que l’eau irrigue les deux côtés de la serre? » 
  • « Que faire pour que l’eau parcoure toute cette distance? »
Les élèves imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis de ce qu’ils visualisent.
  • « Pourquoi les ingénieurs identifient-ils chaque partie de leurs croquis? »
  • Comment allez-vous représenter chaque différente partie du système d’irrigation sur votre croquis ?
Les élèves élaborent un plan de conception (p.ex. déterminer les étapes nécessaires à l’élaboration du prototype, choisir les outils et les matériaux nécessaires)
  • « Quels matériaux allez-vous utiliser pour relier les éléments entre eux? »
  • « Quels outils pourraient être nécessaires à la construction du système d’irrigation? »
  • « Quel format de paille serait-il préférable d’utiliser? »
  • « Comment avoir l’assurance que les deux plantes obtiendront la même quantité d’eau? »
  • « Ce matériel permet-il de prévenir les fuites? Comment? »
Les élèves construisent/élaborent le prototype en se référant à leurs croquis et au plan de conception (ils créent le prototype), puis ils le testent.
  • « À quels critères de conception votre prototype répond-il? À quels critères ne répond-il pas encore? À votre avis, pourquoi? »
  • « Je constate que l’eau cesse de circuler avant d’atteindre les plantes. Quelles forces pourraient faciliter le fonctionnement de votre système d’irrigation? »
Les élèves modifient le prototype et le testent à nouveau en tenant compte des critères de conception.
  • « Quelles difficultés avez-vous rencontrées lors du nouveau test de votre système d’irrigation? »
  • « Comment pourriez-vous modifier votre modèle pour améliorer vos résultats? »
  • « Comment modifieriez-vous votre prototype s’il fallait que l’eau aille plus loin? »
  • « Comment modifieriez-vous votre prototype si vous vouliez arroser plus de plantes? »
Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et déterminent ce qu’ils pourraient faire différemment la prochaine fois.
  • « Quels matériaux ont donné les meilleurs résultats? Lesquels n’ont pas vraiment bien marché? »
  • « Quelles difficultés les membres de votre équipe ont-ils rencontrées en faisant ce défi tous ensemble? »
  • « Avez-vous trouvé difficile de concevoir un système d’irrigation qui ne fuie pas? »

 

Liens Interdisciplinaires

Littératie

  • Poser des questions (p. ex., « Pourquoi avons-nous besoin de systèmes d’irrigation? » « Pourquoi les plantes doivent-elles recevoir un approvisionnement régulier en eau? »)
  • Communiquer ses réflexions, sentiments et idées (p. ex., parler de l’évolution des systèmes d’irrigation au fil du temps; discuter de l’incidence des techniques d’irrigation sur notre qualité de vie et notre charge de travail)
  • Travailler en équipe pour trouver des solutions aux difficultés de construction qui se présentent 

Pensée mathématique

  • Mesurer et consigner (p.ex. dans un tableau) la distance, le volume et le temps en utilisant des unités de mesure conventionnelles (p.ex. le volume d’eau (en ml) utilisé à chaque test du système d’irrigation, la distance parcourue par l’eau avant et après la modification du prototype, le temps mis par l’eau pour atteindre l’extrémité du système) 
  • Résoudre des problèmes en utilisant des algorithmes créés par les élèves (p.ex., créer un algorithme en images afin de coder les instructions pour construire le système d’irrigation)

Arts visuels

  • Créer des œuvres d’art qui expriment les sentiments, les idées et les problèmes rencontrés en utilisant des technologies de dessin traditionnelles et contemporaines (p.ex., créer le plan du système d’irrigation avec un logiciel de dessin informatique)
  • Utiliser des éléments graphiques pour communiquer des idées, des messages et des connaissances (p.ex., créer une publicité pour faire la promotion des caractéristiques du système d’irrigation)
     
Liens Interdisciplinaires

Littératie

  • Poser des questions (p. ex., « Pourquoi avons-nous besoin de systèmes d’irrigation? » « Pourquoi les plantes doivent-elles recevoir un approvisionnement régulier en eau? »)
  • Communiquer ses réflexions, sentiments et idées (p. ex., parler de l’évolution des systèmes d’irrigation au fil du temps; discuter de l’incidence des techniques d’irrigation sur notre qualité de vie et notre charge de travail)
  • Travailler en équipe pour trouver des solutions aux difficultés de construction qui se présentent 

Pensée mathématique

  • Mesurer et consigner (p.ex. dans un tableau) la distance, le volume et le temps en utilisant des unités de mesure conventionnelles (p.ex. le volume d’eau (en ml) utilisé à chaque test du système d’irrigation, la distance parcourue par l’eau avant et après la modification du prototype, le temps mis par l’eau pour atteindre l’extrémité du système) 
  • Résoudre des problèmes en utilisant des algorithmes créés par les élèves (p.ex., créer un algorithme en images afin de coder les instructions pour construire le système d’irrigation)

Arts visuels

  • Créer des œuvres d’art qui expriment les sentiments, les idées et les problèmes rencontrés en utilisant des technologies de dessin traditionnelles et contemporaines (p.ex., créer le plan du système d’irrigation avec un logiciel de dessin informatique)
  • Utiliser des éléments graphiques pour communiquer des idées, des messages et des connaissances (p.ex., créer une publicité pour faire la promotion des caractéristiques du système d’irrigation)
     
Enrichissement

Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité:

  • Augmentez la complexité du système d’irrigation à construire (p. ex., augmenter le nombre de plantes à arroser, accroître la distance à parcourir ou la surface à irriguer).
  • Ajoutez un volet entrepreneurial à l’atelier (p. ex., établissez un budget et le prix des matériaux de construction) et intégrez des critères financiers (coût en matériaux aussi bas que possible, respect du budget, etc.) dans l’évaluation des modèles finaux.
Système d’irrigation goutte à goutte en serre
Système d’irrigation goutte à goutte en serre (Photo de Martin Fischer via Wikimedia Commons).
Enrichissement

Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité:

  • Augmentez la complexité du système d’irrigation à construire (p. ex., augmenter le nombre de plantes à arroser, accroître la distance à parcourir ou la surface à irriguer).
  • Ajoutez un volet entrepreneurial à l’atelier (p. ex., établissez un budget et le prix des matériaux de construction) et intégrez des critères financiers (coût en matériaux aussi bas que possible, respect du budget, etc.) dans l’évaluation des modèles finaux.
Système d’irrigation goutte à goutte en serre
Système d’irrigation goutte à goutte en serre (Photo de Martin Fischer via Wikimedia Commons).
Support mediatique
Couverture du livre Le jardin voyageur
Couverture du livre Le jardin voyageur (Photo de Peter Brown via leslibraires.ca)

Le jardin voyageur
de Peter Brown
Comment un petit garçon fait reverdir le monde...avec un seul jardin....
ISBN: 9782871428046

En apprendre davantage

Besoins des plantes (Documents d'information)

Information sur les principales conditions dont dépendent les plantes – lumière, air, eau, nutriments et espace.

Plantes : Besoins (Images)

8 images représentant certains des besoins des plantes pour une croissance saine (eau, nutriments, lumière, etc.).

Support mediatique
Couverture du livre Le jardin voyageur
Couverture du livre Le jardin voyageur (Photo de Peter Brown via leslibraires.ca)

Le jardin voyageur
de Peter Brown
Comment un petit garçon fait reverdir le monde...avec un seul jardin....
ISBN: 9782871428046

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Besoins des plantes (Documents d'information)

Information sur les principales conditions dont dépendent les plantes – lumière, air, eau, nutriments et espace.

Plantes : Besoins (Images)

8 images représentant certains des besoins des plantes pour une croissance saine (eau, nutriments, lumière, etc.).

Pour en savoir plus

Besoins des plantes (Documents d'information)

Information sur les principales conditions dont dépendent les plantes – lumière, air, eau, nutriments et espace.

Plantes : Besoins (Images)

8 images représentant certains des besoins des plantes pour une croissance saine (eau, nutriments, lumière, etc.).

Les fonctions des plantes (Documents d’information)

Renseignez-vous sur les fonctions végétales importantes que sont la photosynthèse, la respiration et de transpiration. Puis, rencontrez le Dr Smith, professeur de sciences végétales de l'Université McGill à Montréal.

Pour en savoir plus

Besoins des plantes (Documents d'information)

Information sur les principales conditions dont dépendent les plantes – lumière, air, eau, nutriments et espace.

Plantes : Besoins (Images)

8 images représentant certains des besoins des plantes pour une croissance saine (eau, nutriments, lumière, etc.).

Les fonctions des plantes (Documents d’information)

Renseignez-vous sur les fonctions végétales importantes que sont la photosynthèse, la respiration et de transpiration. Puis, rencontrez le Dr Smith, professeur de sciences végétales de l'Université McGill à Montréal.