Innover avec la forme et la fonction

Parlons sciences

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les élèves se servent de leur compréhension de la forme et de la fonction pour concevoir un objet ou un appareil innovant.

Résumé

  • Les élèves comprendront que la forme d’un objet ou d’une structure est déterminée par sa fonction.
  • Les élèves cerneront des problèmes ou des besoins dans leurs écoles et à la maison.
  • Les élèves se serviront de la pensée innovatrice et des compétences en collaboration pour concevoir et construire un objet ou un appareil innovant qui pourrait résoudre un problème à leur école ou à la maison.
Contenus d'apprentissage du programme d'études de l'Ontario

Sciences et technologie 7e année, Les structures : formes et fonctions

  • Acquisition d’habiletés en recherche scientifique, en conception et en communication
    • utiliser le processus de résolution de problèmes technologiques pour concevoir et construire une structure (p. ex., dôme géodésique, échafaudage, grue, étagère de livres, chevalet, marchette) et tester sa performance structurale pour supporter une charge (p. ex., utiliser le moins de matériel possible pour concevoir et construire un pont qui peut supporter une charge avec une masse de 4 kg).
  • Rapprochement entre les sciences, la technologie, la société et l’environnement
    • évaluer l’importance des facteurs (p. ex.,fonction, facilité d’usage, aspect esthétique, coût, durabilité, santé et sécurité) à considérer dans la conception et la construction de structures et dispositifs à fonction particulière en tenant compte des besoins individuels, collectifs, économiques et environnementaux. 

Mise en contexte

Les innovations et les inventions se produisent lorsque des personnes reconnaissent un problème puis conçoivent et élaborent une solution pour le résoudre. Les innovateurs et innovatrices déterminent la fonction que leur création doit servir puis prennent des décisions relatives à sa forme, notamment sa taille, sa configuration, ainsi que les matériaux qu’ils et elles utiliseront. Le fait de reconnaître que les objets et structures familiers qui les entourent ont tous été élaborés de cette manière, souvent grâce à des années de collaboration, permet de sensibiliser les élèves au processus de conception. Les élèves développent une compréhension de la manière dont leurs valeurs et leurs forces peuvent les aider à innover et à réaliser qu’ils et elles ont la capacité d’aborder les grands et petits enjeux dans leurs communautés. L’acquisition de l’expérience par la création de solutions innovantes qui tiennent compte de la fonction et de la forme pourrait inspirer les élèves à poursuivre une carrière liée à la conception et à la création. 

Dans cette leçon, les élèves réfléchissent à la manière dont la fonction recherchée détermine la forme de beaucoup de structures et d’objets courants. Ensuite, ils et elles déterminent les besoins dans leur école et à la maison, puis conçoivent des objets ou des appareils innovants qui répondent à ces besoins. Les élèves réfléchissent à la forme et à la fonction de leurs créations tout au long du processus de conception. Enfin, les élèves présentent leurs créations innovantes à leurs camarades.

Cette leçon est la deuxième d’une série de trois leçons pouvant être données dans l’ordre ou de façon indépendante. Les trois leçons de la série pourraient être données dans l’ordre suivant :

  1. Reconnaître la forme et la fonction autour de soi
  2. Innover avec la forme et la fonction
  3. Des carrières pour expérimenter avec la forme et la fonction

Matériel et préparation

  • Fiche reproductible Plan d’innovation (une par élève) [Document Google] [PDF] – fournie en version imprimée ou numérique

Facultatif: Matériaux que les élèves pourraient utiliser pour construire leurs objets ou leurs appareils. Ces matériaux varieront en fonction de leur disponibilité et des conceptions des élèves, mais pourraient inclure par exemple des boîtes de carton, du ruban, des ciseaux ou des marqueurs.

Marche à suivre

Partie 1 : Introduction 

  • Pour commencer, les enseignants et enseignantes peuvent demander aux élèves de se visualiser dans leur routine du matin pour aller à l’école. Vous pouvez leur demander de dresser une liste de tous les objets et appareils qu’ils et elles utilisent pour se préparer à leur journée. Vous pouvez aussi leur demander de partager leurs idées et de les consigner dans une colonne d’un tableau à deux volets. Les suggestions des élèves pourraient inclure des objets comme une brosse à dents, une douche, une voiture, un autobus, une bicyclette, un lit, une cuillère ou une porte. 
  • Une fois que les élèves ont dressé une liste, Vous pouvez leur demander d’identifier la fonction précise de chacun de ces objets ou de ces structures. Vous pouvez consigner ces fonctions dans l’autre colonne du tableau à deux volets. Par exemple, une brosse à dents permet de vous laver les dents.
Un frère et une sœur se lavent les dents
Un frère et une sœur se lavent les dents (Source: DGLimages via iStockphoto).
  • Les enseignants et enseignantes peuvent souligner que les structures et les objets énoncés par les élèves ont été inventés par une personne. Puisque nous nous en servons si régulièrement, nous oublions souvent qu’ils ont été créés par des gens. Vous pouvez inviter les élèves à imaginer leur routine du matin sans certaines de ces inventions. Vous pouvez leur dire qu’ils et elles pourraient être impliqués dans la création ou l’innovation d’un objet ou d’une structure qui deviendrait une partie intégrante du quotidien des gens.
Esquisses conceptuelles pour un rasoir électrique
Esquisses conceptuelles pour un rasoir électrique (Source: kurtcan via iStockphoto). 

Facultatif: Si les élèves possèdent déjà une bonne compréhension de la relation entre la forme et la fonction (grâce à la réalisation de Reconnaître la forme et la fonction autour de soi de Parlons sciences ou une autre activité), ils et elles peuvent sauter cette étape. Sinon, vous pouvez ajouter une colonne « forme » à leur tableau à deux volets et demander aux élèves de décrire la forme de chacun des objets de la liste. Il peut s’agir de décrire la configuration ou la taille de l’objet ainsi que les matériaux qui le composent. Vous pouvez ensuite demander aux élèves de préciser en quoi la forme de chacun des objets l’aide à remplir sa fonction. 

Partie 2 : Concevoir et construire un objet ou un appareil innovant

  • Les enseignants et enseignantes peuvent dire aux élèves qu’ils et elles devront créer un objet ou un appareil innovant en s’appuyant sur leurs apprentissages au sujet de la forme et de la fonctionnalité. D’abord, les élèves détermineront quelle fonction ils ou elles souhaitent que leur objet ou appareil puisse servir. Ensuite, ils et elles réfléchiront au type de forme que devra avoir l’objet ou l’appareil pour servir cette fonction. 
  • Les enseignants et enseignantes peuvent fournir aux élèves les exemples d’objets et d’appareils suivants et discuter des problèmes qu’ils pourraient résoudre :
    • Un lanceur de bonbons qui distribue les bonbons d’Halloween de manière sécuritaire pendant une pandémie.
    • Une gamelle pour chien automatisée qui relâche de la nourriture à certains moments de la journée.
    • Une solution d’élimination des déchets pour une cafétéria d’école.
Distributeurs d’eau et de nourriture pour animaux
Distributeurs d’eau et de nourriture pour animaux. (Source: DipakShelare via iStockphoto).
  • Les élèves peuvent suivre le processus Concevoir et construire pour créer leurs objets ou leurs appareils, individuellement ou en petits groupes. En classe ou en petits groupes, les élèves peuvent dresser une liste des problèmes ou des besoins qu’ils et elles ont remarqués dans leur école ou à la maison. Les élèves penseront peut-être à des enjeux comme l’accessibilité, les changements climatiques, la santé publique ou bien d’autres encore. Les élèves peuvent ensuite choisir l’un des problèmes qui pourrait être résolu par la création d’un objet ou d’un appareil. 
    • Note : Si les élèves doivent réaliser cette tâche avec d’autres camarades, les groupes peuvent être formés selon l’intérêt commun relatif à la résolution d’un problème ou à la création d’un type précis d’innovation.
  • Les élèves peuvent concevoir leur objet ou appareil en répondant aux questions de la fiche reproductible Plan d’innovation, individuellement ou en groupes.
  • Si le temps le permet, les élèves peuvent procéder à la construction de leur prototype de solution et le présenter à la classe. Si le temps ne permet pas de compléter la conception et la création, les enseignants et enseignantes peuvent demander aux élèves d’exposer leurs conceptions initiales à leurs camarades dans de courtes présentations ou vidéos.

Détails

Évaluation

  • Les enseignants et enseignantes peuvent évaluer les compétences en collaboration et en résolution de problème des élèves en les observant durant la conception de leurs objets ou de leurs appareils. 
  • Les enseignants et enseignantes peuvent évaluer la capacité des élèves à communiquer leurs idées à partir de leurs réponses sur la fiche reproductible Plan d’innovation et de leurs exposés. 
  • Les enseignants et enseignantes peuvent faire participer les élèves à une autoévaluation en leur demandant de terminer des phrases comme « Je sais que je peux apporter des changements parce que... ».

Évaluation

  • Les enseignants et enseignantes peuvent évaluer les compétences en collaboration et en résolution de problème des élèves en les observant durant la conception de leurs objets ou de leurs appareils. 
  • Les enseignants et enseignantes peuvent évaluer la capacité des élèves à communiquer leurs idées à partir de leurs réponses sur la fiche reproductible Plan d’innovation et de leurs exposés. 
  • Les enseignants et enseignantes peuvent faire participer les élèves à une autoévaluation en leur demandant de terminer des phrases comme « Je sais que je peux apporter des changements parce que... ».

Extensions

  • Identifier le problème
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à identifier les problèmes qu’ils et elles souhaitent résoudre grâce à l’innovation.
  • Générer des idées
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à générer des idées dans le processus de conception. 
  • Planifier la conception
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à concevoir et à tester leurs innovations.

Extensions

  • Identifier le problème
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à identifier les problèmes qu’ils et elles souhaitent résoudre grâce à l’innovation.
  • Générer des idées
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à générer des idées dans le processus de conception. 
  • Planifier la conception
    Les enseignants et enseignantes peuvent se servir de cette ressource pour en apprendre davantage sur les façons d’aider les élèves à concevoir et à tester leurs innovations.

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