Fiche de préparation séquence technologie

Dossier pédagogique
Cycle 3 – Niveau : CM1 – CM2
Présentation pédagogique
L’intérêt pédagogique
La maquette ou banc d’essai BE Arche permet de faire découvrir aux élèves de cycle 3 (Niveau CM1 ou CM2) une
solution technique dans le domaine de l’habitat et des ouvrages.
Maquette disponible chez le fournisseur A4 technologie sous la référence : BE Arche
Société A4 Technologie
5 Avenue de l'Atlantique
91940 Les Ulis
Tél. : 01 64 86 41 00
Cette maquette pédagogique permet en particulier de mettre en évidence à partir d’une structure réalisée par empilement
(des briques) le principe de stabilité d’une arche. Les élèves construisent des murs et une arche et observent que les
efforts sont transmis latéralement et que la stabilité dépend du poids ou de la résistance latérale des murs ou structures
latérales (exemple illustré dans un pont).
La démarche d’investigation
Les élèves à l’aide des briques au travers de trois activités manipulatoires vont chercher à répondre aux questions
suivantes sur les structures par empilement :
- Comment construire des murs solides
- Comment réaliser une ouverture dans un bâtiment ou un ouvrage
- Comment augmenter la rigidité d’une structure
Toutes ces questions vont permettre de travailler la découverte des propriétés des matériaux,
les « solutions techniques » autour d’un objet technique (ici une maison ou un pont).
Ces activités pourront être prolongées à travers l’évolution de l’objet technique.
L’Intérêt du matériel proposé
La simplicité
Un nombre limité de voussoirs et de briques permet des manipulations faciles sans perte excessive de temps.
Le côté pratique
Les pièces sont suffisamment larges (20 mm) pour un empilement stable sans avoir recours à des supports latéraux qui
fausseraient les essais. Les pièces sont rangées sur un support qui permet au professeur de contrôler rapidement si le
banc d’essai est complet.
La similitude avec le réel
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Les voussoirs et contre-voussoirs lourds (pierre reconstituée) permettent un comportement du banc d’essai semblable à
la réalité. Le gabarit de montage permet de monter l’arche dans des conditions proche de la réalité
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Activité 1 La construction d’un mur
Fiche professeur
1. Remarques générales
Mettre en groupe (3 ou 4 élèves) la classe selon le nombre de maquettes disponibles.
Matériel nécessaire pour chaque groupe de la classe :
32 Briques blanches en plastique (fourni dans le banc d’essai BE Arche).
A travers trois manipulations les élèves cherchent à répondre à la problématique suivante :
Comment construire des murs solides dans un habitat ou un ouvrage
Remarque
Ce problème technique est lié aux fonctions suivantes :
- protéger les êtres humains des intempéries (orage, tempête, tornade, etc.)
- soutenir le toit,
- participer à la solidité d’ensemble d’une habitation ou d’un ouvrage d’art (pont, tunnels, etc.). Etc.
2. Les investigations proposées
• La problématique
Comment construire des murs solides dans un habitat ou un ouvrage
• La formulation d’hypothèse(s)
Les élèves peuvent formuler des hypothèses comme par exemple : « pour construire un mur solide il suffit de mettre des
gros blocs ».
On peut commencer par recueillir les remarques des élèves pour introduire les manipulations.
• L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves
Manipulation 1 : la construction de deux types de murs
Manipulation 2 : le test de la solidité des murs
• L’acquisition et la structuration des connaissances
A la fin de chaque manipulation, le professeur fait une synthèse des compte-rendu des manipulations et structure les
connaissances sur le cahier ou le classeur (voir fiche suivante « Production attendue des élèves »).
Manipulation 3 : la construction d’un mur à l’aide d’un liant (activité complémentaire).
Remarque : cette manipulation nécessite des ramequins, de la colle à papier peint et des pinceaux.
• L’acquisition et la structuration des connaissances
A la fin de chaque manipulation, le professeur fait une synthèse des compte-rendus des manipulations et structure les
connaissances sur le cahier ou le classeur (voir fiche suivante « Production attendue des élèves »).
• La mobilisation des connaissances
Il est possible de prolonger l’activité en proposant aux élèves de faire des recherches sur Internet sur l’origine des
bâtiments et ouvrages à arcs à partir des sites Web suivants :
Les arts et métiers : www.arts-et-metiers.fr
Site d’architecture : fr.structurae.de
PS : Sur le cédérom vous trouverez également une vidéo qui montre l’effondrement de l’arche.
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Production attendue des élèves (modèle de la page cahier ou classeur élève)
Comment construire des murs solides dans un habitat ou un ouvrage
• Manipulation 1
J’ai assemblé les deux types de murs avec 16 briques
• Manipulation 2
J’ai testé la solidité des deux types de mur en poussant avec un objet (règle).
Croquis
Empilement
Croquis
Empilement avec entrecroisement
Compte-rendu de la manipulation
- Le mur constitué de briques empilées (Principe technique N°1) n’est pas très solide. Il n’a pas de cohésion.
- Le mur constitué de briques empilées et entrecroisées (Principe technique N°2) est plus solide. Les briques
entrecroisées se tiennent entre elles (elles sont imbriquées).
Conclusion
Pour construire un mur solide on peut appliquer le principe technique suivant : entrecroiser les blocs (briques, parpaings, etc.).
Manipulation 3
Compte-rendu de la manipulation
J’ai assemblé les blocs avec de la colle.
Le mur est plus solide lorsque que les blocs (briques, parpaings, etc.) sont liés entre eux par une colle.
Conclusion générale :
Pour qu’un mur soit plus solide on peut utiliser des blocs plus gros, les entrecroiser, les coller.
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Fiche élève
Comment construire des murs solides dans habitat ou un ouvrage
• Manipulation 1
Travail à faire :
À partir des deux dessins, construire chaque type de murs à l’aide de 16 briques.
Principe technique
Structure par empilement
Principe technique
Structure par empilement et entrecroisement
Faire un croquis des deux structures réalisées.
• Manipulation 2
Test à faire :
En vous aidant d’un objet (par exemple une règle), évaluer la solidité de chaque mur.
Principe technique
Structure par empilement
Principe technique
Structure par empilement et entrecroisement
Faire un croquis des deux structures réalisées.
Que constate-t-on par rapport à la solidité de chacune des solutions techniques testées.
Énoncer un principe technique pour construire des murs solides à partir de blocs empilés.
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Proposition de prolongement d’activité.
Manipulation 3
Travail à faire :
Lier chaque bloc du principe technique à l’aide de la colle (mortier ou colle papier peint).
Après séchage tester la résistance du mur.
Que constatez-vous par rapport à la solidité du mur
Conclusion générale
À partir des trois manipulations précédentes, lister les différentes solutions techniques pour augmenter la solidité d’un mur.
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Activité 2 La construction d’une arche
Fiche professeur
1. Remarques générales
Matériel nécessaire pour chaque groupe :
Bancs d’essai « BE Arche » (socle, gabarit, voussoirs, contre voussoirs, clé de voûte en pierre reconstituée et briques en
plastique).
A travers différentes manipulations les élèves cherchent à répondre à la problématique suivante :
Comment réaliser une arche dans un habitat ou un ouvrage
2. Les investigations proposées
Dans un premier temps le professeur démarre sa séquence autour d’une réflexion portant sur le problème suivant :
Existe-il différents types d’ouverture dans un bâtiment ou un ouvrage
Dans un second temps il lance les manipulations suivantes :
• La problématique
Comment réaliser une arche dans un habitat ou un ouvrage
• La formulation d’hypothèse(s)
Les élèves peuvent formuler des hypothèses comme par exemple : « pour construire une ouverture il suffit de faire un trou ».
On peut commencer par recueillir les remarques des élèves pour introduire les manipulations.
• L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves
Manipulation 1 : Montage de l’arche sans gabarit
Le professeur présente l’arche monté. Les élèves cherchent à monter l’arche sans utiliser le gabarit.
Le professeur demande aux élèves de rechercher une solution pour faciliter le montage de l’arche.
Une première synthèse est faite et le professeur propose d’utiliser un gabarit de montage.
Manipulation 2 : Montage de l’arche avec gabarit
Manipulation 3 : Test de l’arche lorsqu’on appuie sur la structure par le haut
Manipulation 4 : Test de l’arche lorsqu’on renforce les côtés (notion de contrefort)
• L’acquisition et la structuration des connaissances
A la fin de chaque manipulation, le professeur fait une synthèse des compte-rendu des manipulations et structure les
connaissances sur le cahier ou le classeur (voir fiche suivante « Production attendue des élèves »).
• La mobilisation des connaissances
Il est possible de prolonger l’activité en proposant aux élèves de faire des recherches sur Internet sur l’origine des
bâtiments et ouvrages à arcs à partir des informations suivantes :
- Les arts et métiers : www.arts-et-metiers.fr
- Site d’architecture : fr.structurae.de
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Production attendue des élèves
(Trace écrite dans le cahier ou le classeur)
Existe-t’il différents types d’ouverture dans un bâtiment ou un ouvrage
• Observation
Pour laisser passer un individu (un habitat) ou un objet (véhicule) dans une construction il est nécessaire de créer une ouverture.
Un type d’ouverture dans une habitation
(linteau)
Un type d’ouverture dans un ouvrage d’art
(arc)
Dessin ou photo ouverture avec arc pont
Conclusion
Dans une construction il existe principalement deux types d’ouverture :
- les ouvertures avec un linteau :
- les ouvertures avec un arc.
Un linteau est une poutre située au dessus d’une ouverture (porte, fenêtre, etc.).
Une arche est constituée de différents blocs de formes différentes (voussoirs, contre voussoirs, clé de voûte et briques).
Comment réaliser une arche dans un habitat ou un ouvrage
• Manipulation 1
Compte-rendu de la manipulation
Il est difficile de construire une arche car chaque bloc d’une arche est en appuie sur un autre. Il suffit d’enlever un bloc
pour que l’arche s’effondre. Le dernier bloc posé s’appelle la clé car c’est lui qui verrouille la structure.
Conclusion
Tant que la clé n’est pas posée l’arche ne tient pas. C’est pourquoi lors de la construction d’une ouverture en forme d’arc
il est nécessaire de soutenir les blocs à l’aide d’un gabarit que l’on peut enlever lorsque la clé est posée.
• Manipulation 2
Compte-rendu de la manipulation
Le gabarit permet de construire plus facilement l’arche.
Conclusion
Lorsque tous les blocs de l’arc sont posés on peut enlever le gabarit.
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Problème : Comment augmenter la rigidité d’un arc dans une construction
• Manipulation 3
Compte-rendu de la manipulation
Lorsqu’on appuie sur le haut de l’arche les côtés s’écartent et finissent par s’effondrer.
Conclusion
Il faut renforces les côtés pour qu’ils résistent à la poussée horizontale de l’arche.
Manipulation 4
Compte-rendu de la manipulation
Plus on renforce les appuis latéraux, plus l’arche supporte un poids important. Il est plus solide.
Exemple de croquis réalisé par des élèves de 5e
Conclusion
Pour augmenter la solidité de l’arche il faut renforcer les côtés soit par des murs lourds ou en prenant appui sur des
ouvrages latéraux solides (contreforts ; relief du terrain, etc.).
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Fiche élève
• Observation
Travail à faire :
Observer les deux photographies.
Un type d’ouverture dans une habitation
(linteau)
Dessin ou photo ouverture avec linteau
Un type d’ouverture dans une habitation
(arc)
Dessin ou photo ouverture avec arc
Pour chaque type d’ouverture préciser :
- sa forme ;
- le principe technique qui permet de soutenir le mur.
- les matériaux utilisés.
Reporter sur chaque dessin les mots suivants : linteau, voussoir, contre voussoirs, clé de voûte, portée.
- Manipulation 1
Vous disposez de l’ensemble des blocs de l’arche et d’un socle.
En vous aidant de l’extrait de la fiche de montage ci-dessous, assembler l’arche en pierre à l’aide du socle.
Étape
Étape
Expliquer comment l’arche tient.
Chercher un moyen pour monter rapidement et avec précision une arche.
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- Manipulation 2
Vous disposez de l’ensemble du banc d’essai BE Arche (socle, gabarit, voussoirs, contre-voussoirs, briques).
En vous aidant de l’extrait de la fiche de montage ci-dessous, assembler l’arche en pierre à l’aide du gabarit.
Étape 4 Étape 5
Image : mise en plan12.jpg
Image : mise en plan5.jpg
Préciser le rôle de la dernière pièce (appelé clé de voûte) dans le montage de l’arche.
Préciser l’intérêt d’utiliser un gabarit pour monter une arche.
- Manipulation 3
Travail à faire :
Appuyer sur su le haut de l’arche
Schéma 1 (à dessiner)
Que constatez-vous par rapport à la solidité de l’arche
- Manipulation 4
Appuyer sur la clé de voûte et bloquer avec les mains les côtés.
Schéma 2 (à dessiner)
Que constatez-vous par rapport à la solidité de l’arche
Rechercher une solution pour renforcer la solidité de la structure de l’arche.
Représenter sous la forme d’un croquis votre solution.
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Document(s) ressource(s)
1 - Fiche de montage de l’arche
Étape 1 Étape 2
Étape 3 Étape 4
Étape 5 Étape 6
Étape 7 Étape 8
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2 - Dessin à découper pour l’activité 1 Manipulation 2
Croquis
Empilement
Croquis
Empilement avec entrecroisement
Croquis
Empilement
Croquis
Empilement avec entrecroisement
Croquis
Empilement
Croquis
Empilement avec entrecroisement
Croquis
Empilement
Croquis
Empilement avec entrecroisement
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