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Pourquoi préparer une partie du matériel ?

Cette préparation a pour avantage de faire gagner un peu de temps au niveau de la réali-sation des expérimentations par les élèves, mais elle leur permet surtout de ne pas voir surgir deux problèmes de fixation en même temps, ce qui rendrait leurs recherches de résolution de problème plus difficiles.

En effet, lors de la fixation des roues dentées et des poulies sur les arbres, les premières liaisons réalisées ne permettront vraisemblablement pas d’obtenir un bon fonctionnement des systèmes. Les couples demandés sur l’arbre en entrée et en sortie ne pourront pas être pris en charge par les éléments de transmission si ceux-ci ne sont pas suffisamment solidaires de leurs arbres respectifs. Les éléments de transmission devront également être alignés, il y a donc, là, matière à sentir et percevoir des notions importantes de mécanique et pour lesquelles les élèves devront trouver eux-mêmes des solutions (avec l’aide ou non des cartes GPS). Cette démarche permettra que les principes liés à la liaison pivot, à la liaison pivot glissant, à la liaison fixe, au jeu fonctionnel prennent sens et soient mémorisés par les élèves.

Le dysfonctionnement des systèmes construits sera donc particulièrement utile pour amener les élèves à réfléchir aux problèmes des liaisons mécaniques, mais il est nécessaire néanmoins qu’ils ne soient pas noyés sous les problèmes.

Remarques pédagogiques :

Comme toujours, il y a 2 risques d’éliminer d’emblée toute velléité d’autonomie d’un élève :

Dans les 2 cas, le risque est de constater qu’il est alors malheureusement indispensable de prendre complètement l’élève en mains et de lui dicter toutes les opérations à effec-tuer, ce qui est évidemment dommageable par rapport aux objectifs de formation que s’est fixés l’enseignant(e) car on s’éloigne alors de toute activité intellectuelle de l’élève pour entrer dans de l’activisme et de l’occupationnel.

« Ne courir qu’un lièvre à la fois »

Il n’est pas envisageable d’expérimenter des systèmes de transmissions sans aborder les notions de rapport de transmission correspondants mais la présente séance a pour objec-tif essentiel de faire d’abord sentir et de toucher les problèmes mécaniques engendrés par la réalisation de transmissions de mouvement. La partie calcul et les exercices théoriques, forts intéressants bien sûr, n’ont absolument pas leur place dans cette première séance, c’est la raison pour laquelle les élèves utiliseront l’informatique pour obtenir le fameux rap-port de transmission. Il leur faudra ensuite (structuration) essayer de comprendre le résultat affiché par l’ordinateur associé aux expressions « 1 tour…permet… », « Pour ob-tenir 1 tour… il faut… » et il n’est pas impossible, que lors de cette recherche personnelle, certains élèves comprennent enfin le sens de la division !

Ce sera aussi une opportunité intéressante pour le professeur de technologie, de donner l’occasion à son collègue de mathématiques d’utiliser ces modélisations et d’en extraire des situations problème ayant du sens pour les élèves.

Préparation des masses

Situation La séance de synthèse précédente a permis d’identifier deux types de transmissions : la transmission par courroie de la trottinette la transmission par chaîne du vélo Le démontage, l’observation et l’analyse de ces transmissions ont, par ailleurs, fait émer-ger une question importante : Pourquoi avoir dans un système de transmission une roue menante plus petite ou plus grande que la roue menée ? Les élèves ont pu donner leur avis en faisant part de leurs conceptions initiales. Il s’agit maintenant de valider ou d’invalider les hypothèses en testant et expérimentant différents systèmes de transmission. Connaissances Transmissions de mouvement par chaîne, courroie, engrenages Mode de description, principes techniques découverte des notions de démultiplication et de multiplication perception de la notion de vitesse et de force (couple en sortie) Compétences Identifier les éléments réalisant une fonction technique : la fonction de transmission Représenter le fonctionnement observé Mise en oeuvre de la séance Après le rappel, par les élèves, des activités précédentes1, des questionnements induits par celles-ci et des hypothèses émises, l’enseignant(e) présente le problème du jour : Soulever une charge en construisant un système entraîné par manivelle. Il s’agit de soulever alternativement chacune des deux charges (une de 100 grammes environ et une autre d’une vingtaine de grammes) et en réalisant deux systèmes de trans-mission différents conçus avec les seuls éléments d’une boîte (par exemple petite poulie en entrée et grande poulie en sortie puis l’inverse). (1) L’enseignant(e) gardera d’ailleurs les diverses conceptions des élèves au tableau ou sur un paper-board qu’il présentera en début de séance pour accentuer le sens donné à ces investigations/expérimentations. Matériel La valisette « transmissions » regroupe pour cette première activité 5 boîtes ou sous-ensembles qui permettent de réaliser 5 expérimentations différentes. Chaque boîte pourra être proposée à un groupe de 2 ou 3 élèves. Documents 5 Jeux de cartes GPS (1 jeu par boîte) 1 feuille compte rendu d’activités par élève Préparation du matériel Suivant le niveau de compétence manuelle des élèves, il pourra être judicieux, de prép-rer et de monter, une fois pour toutes, l’arbre d’entrée avec sa manivelle et l’arbre de sor-tie avec la fixation du fil.

Le blocage de la manivelle et du fil sur leurs arbres respectifs sera réalisé par un fort serrage. Les élèves observeront peut-être d’ailleurs l’utilisation qui a été faite de rondelles à dents qui pourraient leur donner des idées au moment de la mise en œuvre de leurs expérimentations et….. des problèmes qui vont se poser à eux.
		La manivelle sera fournie incomplète, sans poignée. Les élèves la monteront. La nécessité d’avoir une liaison parfaitement fixe pour la poignée (1) est moins problématique pour le fonctionnement du système. Le positionnement (2) du fil sur la tige filetée ne sera pas toujours en bout d’arbre. Il faudra réaliser un premier montage pour déterminer cette position (voir solutions en fin de document).
Pourquoi préparer une partie du matériel ? Cette préparation a pour avantage de faire gagner un peu de temps au niveau de la réali-sation des expérimentations par les élèves, mais elle leur permet surtout de ne pas voir surgir deux problèmes de fixation en même temps, ce qui rendrait leurs recherches de résolution de problème plus difficiles. En effet, lors de la fixation des roues dentées et des poulies sur les arbres, les premières liaisons réalisées ne permettront vraisemblablement pas d’obtenir un bon fonctionnement des systèmes. Les couples demandés sur l’arbre en entrée et en sortie ne pourront pas être pris en charge par les éléments de transmission si ceux-ci ne sont pas suffisamment solidaires de leurs arbres respectifs. Les éléments de transmission devront également être alignés, il y a donc, là, matière à sentir et percevoir des notions importantes de mécanique et pour lesquelles les élèves devront trouver eux-mêmes des solutions (avec l’aide ou non des cartes GPS). Cette démarche permettra que les principes liés à la liaison pivot, à la liaison pivot glissant, à la liaison fixe, au jeu fonctionnel prennent sens et soient mémorisés par les élèves. Le dysfonctionnement des systèmes construits sera donc particulièrement utile pour amener les élèves à réfléchir aux problèmes des liaisons mécaniques, mais il est nécessaire néanmoins qu’ils ne soient pas noyés sous les problèmes. Remarques pédagogiques : Comme toujours, il y a 2 risques d’éliminer d’emblée toute velléité d’autonomie d’un élève : une trop grande difficulté qualitative du travail attendu. Difficulté intrinsèque de l’action à accomplir trop en dehors du champ de compétences de l’élève. Les didacticiens recom-mandent alors de rester dans sa zone proximale de développement. une trop grande difficulté quantitative du travail demandé. Dans les 2 cas, le risque est de constater qu’il est alors malheureusement indispensable de prendre complètement l’élève en mains et de lui dicter toutes les opérations à effec-tuer, ce qui est évidemment dommageable par rapport aux objectifs de formation que s’est fixés l’enseignant(e) car on s’éloigne alors de toute activité intellectuelle de l’élève pour entrer dans de l’activisme et de l’occupationnel. « Ne courir qu’un lièvre à la fois » Il n’est pas envisageable d’expérimenter des systèmes de transmissions sans aborder les notions de rapport de transmission correspondants mais la présente séance a pour objec-tif essentiel de faire d’abord sentir et de toucher les problèmes mécaniques engendrés par la réalisation de transmissions de mouvement. La partie calcul et les exercices théoriques, forts intéressants bien sûr, n’ont absolument pas leur place dans cette première séance, c’est la raison pour laquelle les élèves utiliseront l’informatique pour obtenir le fameux rap-port de transmission. Il leur faudra ensuite (structuration) essayer de comprendre le résultat affiché par l’ordinateur associé aux expressions « 1 tour…permet… », « Pour ob-tenir 1 tour… il faut… » et il n’est pas impossible, que lors de cette recherche personnelle, certains élèves comprennent enfin le sens de la division ! Ce sera aussi une opportunité intéressante pour le professeur de technologie, de donner l’occasion à son collègue de mathématiques d’utiliser ces modélisations et d’en extraire des situations problème ayant du sens pour les élèves. Préparation des masses

Percer	Visser le piton	Réaliser un crochet avec un morceau de fil de fer
Objectifs de la séance Construire deux systèmes de transmission Expliquer leur fonctionnement par écrit et avec un dessin Remarque : Il est possible de définir également un objectif de savoir-être, même si cela n’a pas été précisé sur cette fiche. La bonne collaboration dans un travail à deux ou à trois, peut, sui-vant les groupes et les élèves, être un point important à développer, il faudra alors ajouter cet objectif sur la fiche. L’évaluation du premier objectif sera essentiellement liée au nombre de carte GPS utilisées par l’équipe. En ce qui concerne le second objectif, l’évaluation portera sur la pertinence des dessins, observations et analyses effectuées (voir livret de compétences). TIC ouvrir un fichier (éventuellement) compléter un document tableur imprimer un document Ces objectifs peuvent être ajoutés sur la fiche élève Remarque : Suivant le niveau de compétence des élèves, l’enseignant(e) peut ouvrir les fichiers à l’avance mais il est aussi envisageable de leur demander d’aller eux mêmes ouvrir le fichier correspondant à leur boîte, voire même de lancer le logiciel tableur. Comme pour l’approche « calculs » précédente, il n’y a surtout pas d’explications à donner d’emblée, concernant le tableur mis à part préciser aux élèves qu’ils doivent entrer le nombre de dents ou la mesure du diamètre des poulies. Leur curiosité et leurs question-nements feront le reste ! (Pensez à configurer le format « nombre » des cellules à 3 décimales !) Il faudra aider le groupe « vis sans fin » pour qu’il identifie qu’un tour de la vis sans fin fait avancer l’entrée de l’équivalent d’une dent (par rapport à une roue dentée. (voir aussi carte GPS). Il y a aussi une possibilité de réaliser tout ou partie du document de structuration sur poste informatique (voir « proposition de structuration ») Lien avec la séance prochaine : Les expérimentations proposées permettent aux élèves de percevoir la notion de puis-sance et de couple. Ces notions seront réellement abordées et structurées lors de la prochaine séance. Il faudra néanmoins bien faire émerger le problème et encore permettre aux élèves d’exprimer leurs idées, leurs hypothèses qui introduiront avec logique la séance suivante. Cela permettra surtout de ne pas cumuler trop de connaissances et de notions lors de cette séance-ci. Questionnements annexes, liens avec l’évolution des solutions techniques Il y a, ici encore, une possibilité d’établir de nombreux liens avec l’histoire des solutions techniques : Étudier les problèmes et les solutions de levage qui se sont posés dans l’histoire. Même si le thème n’est pas strictement lié au domaine des transports, les principes physiques sont les mêmes et de nombreux exemples montrent les degrés d’inventivité de l’homme qu’il est intéressant de prendre en compte. quelle réponse au problème posé de soulèvement de charge pourrait-on apporter en ayant une solution technologique comparable à celle utilisée pour le grand bi (c’est à dire sans mettre en œuvre une transmission de mouvement) ? Il suffit d’enrouler le câble (ficelle) directement sur l’arbre de la manivelle. Exemple : le système de levage d’un puits. Une manivelle avec un gros diamètre d’enroulement de câble serait : · très difficile à faire tourner : les élèves peuvent expérimenter et chercher pourquoi ? · très dangereuse : pourquoi trouve-t-on des cliquets anti-retour sur les treuils ? (des maquettes simples peuvent être réalisées et manipulées par les élèves) Remarque : De nombreuses recherches, historiques ou non, peuvent être faites dans ce domaine où les notions de force, de moment d’une force (par rapport à une longueur de manivelle ou de levier) sont facilement identifiables par les élèves. Il serait intéressant de demander aux élèves de rechercher (en classe ou à l’extérieur) des représentations d’objets techniques actuels ou anciens utilisant les mêmes principes que ceux étudiés en classe et de les exposer. Expérimentations - résultats attendus