Situation

Cette structuration de connaissances se réalise après les deux démontages - remontages, observations et analyses de fonctionnement de la transmission de la trottinette et du vélo.

Mise en œuvre de la séance de synthèse et de structuration

Lors de cette séance, le professeur va recueillir toutes les remarques des élèves par rapport à leurs investigations effectuées et il fera ressortir les informations essentielles :

Les deux objets techniques seront, bien entendu, présents dans la classe et leur observation se fera en commun. Un démontage pourra être à nouveau effectué, si besoin, pour que les élèves mettent bien en relation l’objet technique et son mode de description (réali-sé à l’aide des étiquettes et surtout la formalisation en français).

Remarque :

Il est important que les élèves participent pleinement à la formalisation des connaissances d’une séance. Leur mémorisation en sera facilitée par le simple fait qu’elles auront été décrites avec leurs mots à eux. Les cartes GPS pourront à nouveau être utilisées. Projetées au tableau (vidéo ou retro-projecteur), elles permettront alors aux élèves de retrouver des mots de vocabulaire pertinents et des principes ou notions partiellement présentés.

Connaissances

1. Transmission de mouvement :

il s’agit de bien faire percevoir l’idée et le principe général (et historique) d’une transmission.
Les élèves doivent bien comprendre que lorsque le besoin d’un mouvement est nécessaire pour assurer une fonction technique donnée, il est souvent impossible d’utiliser di-rectement la sortie d’un moteur, d’un pédalier, etc… et qu’il y a nécessité de « transmettre » ce mouvement d’un point à un autre.

Si l’étude de l’évolution des fonctions techniques de transmission a été réalisée en parallèle ou précédemment, il sera très judicieux de faire découvrir par les élèves comment, à l’époque où les systèmes de transmission de mouvement n’avaient pas été découverts, les constructeurs avaient imaginé leurs solutions techniques. Eux avaient alors été obligés d’utiliser directement le mouvement premier, celui des pieds sur le sol pour faire avancer la draisienne ou le pédalier directement relié à la roue pour pouvoir se déplacer avec un grand bi.

Il y a là matière à problématiser l’étude de l’évolution des systèmes de transmissions.

Pourquoi la roue avant du grand bi est-elle si grande ?

(pour avoir un développement plus important, mais on n’a évidemment pas pu augmenter encore plus la taille de la roue motrice : difficulté technologique d’obtenir une si grande structure tout en gardant solidité et une forme circulaire et surtout risque accru de chute grave).

L’observation et l’analyse de la transmission de mouvement des objets techniques offrira par ailleurs une nouvelle occasion de parler des mouvements de rotation et de translation. Cela permettra d’identifier ces mouvements par rapport aux repères 3D (sans être obligé de parler des axes « x », « y » et « z »). Leur identification par couleurs sera suffisante. Il suffira, en effet, au professeur de positionner en permanence le repère 3D de grande taille à un endroit visible de tous les élèves pour que ceux-ci orientent leur propre repère, de plus petit taille, de la même façon.

Observation de nouveaux objets techniques :

Une salle de technologie est généralement très riche en objets techniques et ce sera l’occasion d’observer et d’identifier les mouvements de rotation et de translation de leurs différents constituants. Cette observation et analyse rapide sera l’occasion de bien faire percevoir les 3 directions de référence dans l’espace et, pour les élèves, il s’agira d’un excellent exercice d’observation d’objets et de représentation mentale associée de l’espace.

2. Roue menante – roue menée :

L’observation des mécanismes permet d’identifier le mouvement que l’on veut transmettre. Les élèves doivent pouvoir formaliser qu’il y a un mouvement d’« entrée » et le mouvement de « sortie » dont on a besoin (possibilité encore de relier cette réflexion à l’évolution historique : draisienne, grand bi :voir ci-dessus). Les mouvements d’entrée du vélo et de la trottinette sont tous deux des rotations et en-traînent le système : on parlera de roues menantes.

Les mouvements de sortie sont également des rotations (pignon associé à la roue arrière du vélo et roue dentée de la trottinette associée à la roue arrière) : on parlera alors de roues menées.

Remarque, questionnement, points de départ de nouvelles investigations :

On pourra également se poser les questions suivantes :

les entrées et les sorties de systèmes de transmission sont-elles toujours des roues, des mouvements de rotations ?

3 . Liaison fixe démontable et indémontable :

On pourra assez aisément aborder cette connaissance mécanique importante à partir du bloc roue arrière de la trottinette et cela pourra se faire opportunément au moment de l’analyse détaillée du fonctionnement. Il en est de même pour les éléments du pédalier du vélo (voir aussi fiches professeur des séances trottinette et vélo).

Cette analyse et cette constatation permettront, en outre, aux élèves de répondre, de façon raisonnée, à un questionnement concernant la liaison moteur/pignon et de découvrir qu’il est indispensable de concevoir, pour certaines fonctions techniques, des liaisons fixes entre pièces mais démontables.

En complément :

Il sera intéressant d’observer à nouveau les divers objets techniques présents en classe pour s’interroger sur les différents assemblages de leurs éléments constitutifs. Quels sont les éléments qui doivent être solidaires pour que l’objet technique fonctionne ? Ces liaisons sont elles démontables, indémontables ? Pourquoi ?

4. Fonction technique, fonction d’usage

Il faut rappeler que la fonction technique « AVANCER » assure une partie de la fonction d’usage de la trottinette (et du vélo). Les 2 autres fonctions techniques principales étant la fonction guidage et la fonction freinage.

5. D’autres connaissances

Sans apporter obligatoirement une formalisation écrite sur le cahier, il semble difficile de ne pas faire réfléchir les élèves sur quelques points qui seront d’ailleurs porteurs de nou-veaux questionnements :

• L’utilisation des rondelles à dent (cames de réglage) sur l’axe de la roue arrière de la trottinette pour régler, à la fois, la tension de la courroie et le parallélisme des arbres de roue et de sortie moteur.
• Concernant le vélo, la chaîne n’a pas besoin d’être aussi tendue que la courroie crantée de la trottinette, pourquoi ?

Possibilité de rechercher des informations sur la notice (retro-projetée par exemple) :

La taille des dents fait qu’il y a toujours accrochage de la chaîne (comparaison avec la taille des crans de la courroie) :

• Est-ce que l’on pourrait tendre la chaîne du vélo comme la courroie de la trottinette ?

Oui, cela fonctionnerait (réglage possible effectué sur le vélo) mais avec un grand risque de casse.

Intérêt : le fait que la chaîne ne soit pas obligatoirement très tendue pour obtenir une bonne transmission a permis la conception et la réalisation de systèmes de transmission à plusieurs vitesses avec l’insertion dans les éléments de transmission de dérailleurs. Il faut, en effet, comme son nom l’indique faire « dérailler » la chaîne, c'est-à-dire pouvoir la sortir momentanément des dents des plateaux et des pignons. Une tension trop importante ne rendrait pas possible cette opération.

Vocabulaire

Voici quelques termes techniques et génériques qu’il est utile d’utiliser et de faire appren-dre aux élèves. Cette liste n’est ni exclusive ni exhaustive (voir aussi vocabulaire proposé dans les cartes GPS) :

Mots ou expressions techniques à découvrir, à confirmer au niveau sémantique

Principe de fonctionnement, transmission de mouvement, entrée d’un système, sortie d’un système, roue menante, roue menée, plateau, pignon, engrenage, roue dentée, courroie crantée, chaîne, mouvement de rotation, mouvement de translation, repère, liaison pivot, liaison fixe, liaison démontable, liaison indémontable, came, frottement, tambour, rondelle, écrous, entretoise, arbre, axe…

Mots génériques intéressants à mémoriser par les élèves lorsque le contexte de leur utilisation est prégnant

Action, solidaire, parallèle, tension, circuit…

Exemple de formalisation (voir ci après)

Co-élaboré avec les élèves, le document résumé pourra être rédigé sur le cahier (ou le classeur) directement.

Proposition d’organisation et utilisation des TIC :

Les élèves notent les exemples concernant la voiture (ou autres exemples trouvés en commun) sur leur cahier en gardant de la place pour y coller des photos ou images re-cherchées sur internet. Ils pourront, de plus, légender ces photos, identifier en couleur les mouvements d’entrée et les mouvements de sortie, l’entrée du système et sa sortie, etc…

Un questionnement important qui va introduire l’étude et l’investigation réalisées autour de plusieurs systèmes de transmissions avec la valisette « transmissions » :

Observation de la trottinette : la roue menante est plus petite que la roue menée

Pour le vélo, c’est le contraire ! Pourquoi ?

Il s’agira de recueillir et noter les conceptions initiales et hypothèses émises par les élè-ves.
Liaisons fixes démontables et non démontables ( à rappeler si nécessaire)

Lorsque dans un mécanisme, 2 pièces sont complètement liées (une n’a pas de mouve-ment possible par rapport à l’autre), on dit qu’elle sont en liaison fixe.

Une liaison fixe peut être indémontable (associer photo : photo numérique réalisée en classe par les élèves) ou démontable (associer également photo)