Concevoir et construire un barrage
La Grande-1 dam, Quebec (Jeangagnon P199 [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons
La Grande-1 dam, Quebec (Jeangagnon P199 [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons
Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire un barrage qui retient un certain volume d’eau pendant une période donnée.
Survol
Les élèves créent et testent un prototype de barrage qui retient un volume d'eau donné pendant un certain temps.
Durée
30-45 minutes
Mise en contexte
Habiletés et connaissances antérieurs :
Pour participer de façon efficace à ce défi Concevoir et construire, les élèves doivent être en mesure d’utiliser des matériaux basiques (par ex. de l’argile, des cailloux, des batônnets et de l’eau) et de connaitre les solides et liquides familiers.
Contexte :
L’eau vive des rivières est une ressource naturelle que les humains ont appris à exploiter à leur avantage. La création de barrages est l’une des manières dont les humains exercent un effet sur les rivières. Les barrages sont des barrières qui peuvent interrompre, ralentir ou détourner le cours de l’eau. Les barrages peuvent être utilisés pour aider à éviter les inondations ainsi que pour d’autres usages, comme de canaliser l’eau vive afin de générer de l’électricité (hydroélectricité).
Durant ce défi, les élèves travailleront en équipe pour développer leurs habiletés de concevoir et construire en créant et en testant un prototype de barrage pouvant retenir l’eau durant un certain temps.
Ce défi Concevoir et construire pourrait partir :
- des questions et des commentaires des élèves provoqués par le visionnement de vidéos ou d’extraits de vidéos montrant plusieurs types de barrages construits au moyen de différentes techniques.
- une excursion ou regarder des photos de barrages locaux. Discutez en utilisant des questions telles que:
- "Selon toi, de quels matériaux ce barrage est-il fait?"
- "À ton avis, pourquoi a-t-on construit ce barrage ici?"
- de la lecture d’un livre, comme Le castor qui travaillait trop fort de Nicholas Oldland. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Quels effets ont les castors sur l’environnement? »
- « Un barrage d’origine humaine aurait-il les mêmes effets sur l’environnement qu’un barrage de castor? Pourquoi? »
Critères de conception :
Les élèves de la classe lancent des idées de critères que leur prototype de barrage doit respecter. Les éducateurs peuvent choisir d’ajouter d’autres critères propres au programme d’études, comme utiliser des systèmes d’assemblage ou de fixation, mesurer, utiliser des matériaux spécifiques, etc.
Exemples de critères de conception :
- Le barrage fait la largeur du contenant.
- Le barrage peut retenir x ml d’eau durant xx minutes.
- Le barrage doit avoir une hauteur de x cm et une longueur de x cm.
Détails
Matériel (liste à adapter selon l’endroit où vous souhaitez que l’activité Concevoir et construire se déroule, soit à l’intérieur ou à l’extérieur) :
- Accès à l’eau courante
- Bâtonnets de bois
- Blocs emboîtables
- Brindilles
- Cailloux/roches de petite taille
- Contenant en plastique, transparent, à fond plat
- Cure-dents
- Feuilles
- Ficelle
- Image d’un barrage
- Maison en papier (facultatif)
- Pailles (à boire)
- Papier
- Pâte à modeler, dure, de préférence brune ou grise
- Règle à mesurer
- Ruban adhésif
- Serviette
- Tasse à mesurer en plastique
- Rassemblez divers matériaux neufs et recyclés que les élèves utiliseront pour construire les prototypes de barrages. Les matériaux de la liste ci-dessus ne sont que des suggestions.
- Créez des postes d’approvisionnement par type de matériel. Vous pouvez également décider de distribuer un assortiment de matériaux.
Les élèves développent les habiletés Concevoir et construire en concevant, construisant et testant un prototype de barrage qui retient l’eau.
Les élèves suivent les étapes du processus Concevoir et construire :
- ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
- ils font un remue-méninge 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 font un plan de conception: ils déterminent les tâches ou étapes nécessaires à l’élaboration de la solution et décident des outils et matériaux nécessaires (et incluent des croquis annotés)
- ils concrétisent/construisent leur idée de prototype à partir de leurs croquis et du plan de conception;
- ils testent leurs prototypes pour vérifier s’ils répondent aux critères de conception;
- au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
- ils réfléchissent à leurs résultats et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leurs prototypes.
Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos la capacité des élèves à :
- Travailler en équipe - les élèves travaillent en équipe pour réaliser une tâche et ils évaluent le fonctionnement du groupe tout au long du processus Concevoir et construire.
- Générer des idées — les élèves utilisent 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 utilisent différents outils et matériaux de façon sécuritaire quand ils construisent le prototype
- Réfléchir - les élèves réfléchissent aux résultats des tests de leur prototype et suggèrent ce qu’ils pourraient faire différemment pour améliorer leur prototype.
| Les élèves – parler, faire et représenter | Les éducateurs – interagir en répondant et en questionnant |
|---|---|
| Les élèves identifient et précisent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire. |
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| Les élèves font un remue-méninges pour déterminer les critères que le barrage devra respecter et les consignent. |
|
| Les élèves visualisent leur solution et réalisent des croquis basés sur ce qu’ils visualisent |
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| Les élèves élaborent un plan de conception (p.ex., étapes-clés de la création du prototype, décisions quant aux outils et matériaux nécessaires). |
|
| Les élèves construisent/développent leur idée en se basant sur leurs croquis et le plan de conception, et ils la testent (ils créent le prototype). |
|
| Au besoin, les élèves modifient le prototype et le testent à nouveau pour vérifier qu’il réponde aux critères de conception. |
|
| Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et identifient ce qu’ils pourraient faire différemment dans le futur. |
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Littératie
- Poser des questions (p. ex., Pourquoi avons-nous besoin de barrages? En quoi les barrages sont-ils positifs/négatifs pour l’environnement?
- Communiquer des pensées, des sentiments et des idées (p. ex., suggérer les critères d’un barrage; discuter des façons dont les barrages construits par les humains ont changé et ont été améliorés au fil du temps; discuter des façons dont les barrages affectent leur environnement immédiat, dont les humains et les autres êtres vivants)
Raisonnement mathématique
- Mesurer le volume d’eau (ml) utilisé pour chaque test des barrages
- Mesurer combien de temps tient le barrage avant de céder à la pression de l’eau
Arts visuels
- Esquisser, représenter, sculpter ou construire des prototypes de barrage de castor
Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité :
- En fonction de ce qui est accessible dans votre collectivité, vous pouvez augmenter la complexité du défi de construction des barrages en demandant aux élèves de construire leurs barrages à l’extérieur, avec les matériaux qu’ils trouvent. Dans quelle mesure leur barrage retient-il l’eau? Quelle taille peuvent-ils donner à leur barrage? Quelles contraintes et quels problèmes rencontrent-ils?
- Comparez tous les modèles que la classe a produits. Quelles étaient les différences entre les modèles, et quelles étaient les forces de chaque modèle?
- Comparez tous les modèles que la classe a produits. Quelles étaient les différences entre les modèles? Quelles étaient leurs forces et leurs faiblesses? Quel rôle ont joué les différents matériaux dans le succès ou l’échec de chaque prototype de barrage?
- Proposez aux élèves d’observer des photos de barrages et de huttes de castors, ainsi que de dommages causés aux arbres par les castors. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « En quoi les barrages construits par les castors diffèrent-ils de ceux construits par les humains ? »
- « Quels matériaux les castors utilisent-ils pour construire leurs barrages ? »
- « Comment les castors coupent-ils les arbres ? »
Le castor qui travaillait trop fort
de Nicolas Oldland
Le castor est toujours très occupé, si bien qu'il oublie souvent de réfléchir... Il a coupé tant d'arbres que le paysage est désolant. Plusieurs animaux souffrent parce qu'il n'a pas fait attention... sans compter qu'il y a des fuites dans son barrage.
ISBN: 9781443111584
Vidéos
Pont du barrage Hoover (2015), Asterix Le Gaulois (2 min 55 sec)
Vidéo montrant la construction du barrage Hoover.
Les 10 plus grands barrages (2017), Haval Dnay (4 min 14 sec)
Les dix plus grands barrages du monde.
Barrages au Canada (2019)
Association Canadienne des Barrages (ACB) - Site Web sur les barrages au Canada. On peut y accéder à une galerie de photos de barrages.
Rôle des barrages (2019)
Commission Internationale Des Grands Barrages (CIGB) - Site Web qui donne des raisons pour lesquelles on construit des barrages.
Matériel
Matériel (liste à adapter selon l’endroit où vous souhaitez que l’activité Concevoir et construire se déroule, soit à l’intérieur ou à l’extérieur) :
- Accès à l’eau courante
- Bâtonnets de bois
- Blocs emboîtables
- Brindilles
- Cailloux/roches de petite taille
- Contenant en plastique, transparent, à fond plat
- Cure-dents
- Feuilles
- Ficelle
- Image d’un barrage
- Maison en papier (facultatif)
- Pailles (à boire)
- Papier
- Pâte à modeler, dure, de préférence brune ou grise
- Règle à mesurer
- Ruban adhésif
- Serviette
- Tasse à mesurer en plastique
Préparation
- Rassemblez divers matériaux neufs et recyclés que les élèves utiliseront pour construire les prototypes de barrages. Les matériaux de la liste ci-dessus ne sont que des suggestions.
- Créez des postes d’approvisionnement par type de matériel. Vous pouvez également décider de distribuer un assortiment de matériaux.
Quoi Faire
Les élèves développent les habiletés Concevoir et construire en concevant, construisant et testant un prototype de barrage qui retient l’eau.
Les élèves suivent les étapes du processus Concevoir et construire :
- ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
- ils font un remue-méninge 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 font un plan de conception: ils déterminent les tâches ou étapes nécessaires à l’élaboration de la solution et décident des outils et matériaux nécessaires (et incluent des croquis annotés)
- ils concrétisent/construisent leur idée de prototype à partir de leurs croquis et du plan de conception;
- ils testent leurs prototypes pour vérifier s’ils répondent aux critères de conception;
- au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
- ils réfléchissent à leurs résultats 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 :
- Travailler en équipe - les élèves travaillent en équipe pour réaliser une tâche et ils évaluent le fonctionnement du groupe tout au long du processus Concevoir et construire.
- Générer des idées — les élèves utilisent 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 utilisent différents outils et matériaux de façon sécuritaire quand ils construisent le prototype
- Réfléchir - les élèves réfléchissent aux résultats des tests de leur prototype et suggèrent ce qu’ils pourraient faire différemment pour améliorer leur prototype.
Co-construction des Connaissances
| Les élèves – parler, faire et représenter | Les éducateurs – interagir en répondant et en questionnant |
|---|---|
| Les élèves identifient et précisent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire. |
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| Les élèves font un remue-méninges pour déterminer les critères que le barrage devra respecter et les consignent. |
|
| Les élèves visualisent leur solution et réalisent des croquis basés sur ce qu’ils visualisent |
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| Les élèves élaborent un plan de conception (p.ex., étapes-clés de la création du prototype, décisions quant aux outils et matériaux nécessaires). |
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| Les élèves construisent/développent leur idée en se basant sur leurs croquis et le plan de conception, et ils la testent (ils créent le prototype). |
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| Au besoin, les élèves modifient le prototype et le testent à nouveau pour vérifier qu’il réponde aux critères de conception. |
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| Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et identifient ce qu’ils pourraient faire différemment dans le futur. |
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Liens Interdisciplinaires
Littératie
- Poser des questions (p. ex., Pourquoi avons-nous besoin de barrages? En quoi les barrages sont-ils positifs/négatifs pour l’environnement?
- Communiquer des pensées, des sentiments et des idées (p. ex., suggérer les critères d’un barrage; discuter des façons dont les barrages construits par les humains ont changé et ont été améliorés au fil du temps; discuter des façons dont les barrages affectent leur environnement immédiat, dont les humains et les autres êtres vivants)
Raisonnement mathématique
- Mesurer le volume d’eau (ml) utilisé pour chaque test des barrages
- Mesurer combien de temps tient le barrage avant de céder à la pression de l’eau
Arts visuels
- Esquisser, représenter, sculpter ou construire des prototypes de barrage de castor
Enrichissement
Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité :
- En fonction de ce qui est accessible dans votre collectivité, vous pouvez augmenter la complexité du défi de construction des barrages en demandant aux élèves de construire leurs barrages à l’extérieur, avec les matériaux qu’ils trouvent. Dans quelle mesure leur barrage retient-il l’eau? Quelle taille peuvent-ils donner à leur barrage? Quelles contraintes et quels problèmes rencontrent-ils?
- Comparez tous les modèles que la classe a produits. Quelles étaient les différences entre les modèles, et quelles étaient les forces de chaque modèle?
- Comparez tous les modèles que la classe a produits. Quelles étaient les différences entre les modèles? Quelles étaient leurs forces et leurs faiblesses? Quel rôle ont joué les différents matériaux dans le succès ou l’échec de chaque prototype de barrage?
- Proposez aux élèves d’observer des photos de barrages et de huttes de castors, ainsi que de dommages causés aux arbres par les castors. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « En quoi les barrages construits par les castors diffèrent-ils de ceux construits par les humains ? »
- « Quels matériaux les castors utilisent-ils pour construire leurs barrages ? »
- « Comment les castors coupent-ils les arbres ? »
Support mediatique
Le castor qui travaillait trop fort
de Nicolas Oldland
Le castor est toujours très occupé, si bien qu'il oublie souvent de réfléchir... Il a coupé tant d'arbres que le paysage est désolant. Plusieurs animaux souffrent parce qu'il n'a pas fait attention... sans compter qu'il y a des fuites dans son barrage.
ISBN: 9781443111584
Vidéos
Pont du barrage Hoover (2015), Asterix Le Gaulois (2 min 55 sec)
Vidéo montrant la construction du barrage Hoover.
Les 10 plus grands barrages (2017), Haval Dnay (4 min 14 sec)
Les dix plus grands barrages du monde.
Pour en savoir plus
Barrages au Canada (2019)
Association Canadienne des Barrages (ACB) - Site Web sur les barrages au Canada. On peut y accéder à une galerie de photos de barrages.
Rôle des barrages (2019)
Commission Internationale Des Grands Barrages (CIGB) - Site Web qui donne des raisons pour lesquelles on construit des barrages.