Set de base MINDSTORMS EV3

Changement de rapport

Construisez un véhicule à engrenages pour étudier l'impact de l'utilisation de différents trains d'engrenages.

45 à 90 min.
Intermédiaire
Niveaux 6-8
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Plan de cours

1. Préparer

  • Lisez la documentation destinée aux élèves dans l’application Salle de classe EV3.
  • Recueillez des informations sur les transmissions d’engrenages, afin d’aider vos élèves à comprendre des concepts tels que la multiplication et la démultiplication.

2. Éveiller (5 min)

  • Utilisez les idées évoquées dans la section Lancer une discussion ci-dessous pour engager une discussion en lien avec cette leçon.
  • Répartissez les élèves en binômes.

3. Explorer (20 min)

  • Demandez à chaque binôme de construire le véhicule à engrenages.
  • Demandez-leur ensuite d’effectuer un test afin de vérifier que le modèle a été bien construit et qu’il fonctionne correctement.

4. Expliquer (10 min)

  • Demandez à vos élèves d'effectuer l'expérience au moins trois fois pour chacun des trains d'engrenages indiqués et de consigner leurs résultats.
  • Assurez-vous qu’ils créent leur propre tableau de test.

5. Enrichir (10 min)

  • Demandez à vos élèves de déterminer de quelle façon le rapport de transmission est lié à la distance parcourue et à la vitesse du véhicule.
  • Demandez à chaque binôme de synthétiser brièvement les résultats de ses expériences.
  • N'oubliez pas de prévoir un peu de temps pour tout ranger.

6. Évaluer

  • Commentez les performances de chaque élève.
  • N’hésitez pas à utiliser les rubriques d'évaluation fournies.

Lancer une discussion

À vélo, il est difficile de monter une côte ou d'avancer contre le vent. Un système d'engrenages de qualité est alors très utile, car il permet d'ajuster la puissance nécessaire pour continuer à avancer. Lorsque vous avancez sur un terrain plat, vous commencez par un petit plateau (roue dentée), puis passez à des plateaux plus grands au fur et à mesure que vous accélérez.

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Lancez une discussion sur le changement de rapport. Posez des questions pertinentes, telles que :

  • À quoi les termes transmission et démultiplication font-ils référence ?
  • Pourquoi les unités d'engrenage sont-elles souvent encastrées ?
  • Quel est le lien entre le rapport de transmission et la distance parcourue ?
  • Dans quelles situations la démultiplication est-elle souhaitable ? Dans quelles situations ne l’est-elle pas ?

Astuces de construction

Instructions de montage

Utilisation du modèle
Placez le véhicule à une distance d’au moins 10 cm d'un mur, avec le capteur à ultrasons positionné perpendiculairement. Exécutez le programme et attendez que l'icône EV3 apparaisse à l'écran. Appuyez sur le bouton central de la brique EV3 pour démarrer le test. La distance initiale au mur est alors mesurée à l'aide du capteur à ultrasons, et le chronomètre est réinitialisé. Le véhicule s'éloigne ensuite du mur en faisant tourner le gros moteur d’une rotation. La distance au mur est mesurée à nouveau, et le temps écoulé est mesuré pour calculer la distance parcourue, la vitesse et la vitesse de rotation. Les valeurs calculées restent affichées jusqu'à ce que le bouton central soit à nouveau activé en vue d’un autre test.

Utilisation du capteur à ultrasons
Le capteur à ultrasons génère des impulsions sonores, qui forment un cône sonore dans lequel les objets peuvent être détectés. Pour l'expérience, ne restez pas à côté du véhicule ou dans le cône de portée du capteur à ultrasons. Le mieux est de vous placer derrière le capteur.

Expérimentation
Pendant l’expérience, partagez les astuces suivantes :

  • La distance parcourue (en cm), la vitesse (en m/s) et la vitesse de rotation (en tr/s) sont indiquées à l'écran.
  • Consignez le numéro de l'expérience, le rapport de transmission, votre prédiction de ce qui va se passer, la distance parcourue et la vitesse dans un tableau de test. Assurez-vous de laisser suffisamment d'espace pour pouvoir consigner d'autres observations.
  • Réalisez l'expérience au moins trois fois pour chaque option de train d'engrenages et utilisez les valeurs moyennes pour vous assurer d’obtenir les résultats les plus fiables possible.
  • Reportez-vous aux illustrations de la rubrique « Conseil » pour changer les trains d’engrenages.

Astuces de codage

Programme

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Différenciation

Pour simplifier :

  • Aidez vos élèves à déterminer la façon dont le rapport de transmission est lié à la distance parcourue et à la vitesse du véhicule.
  • Réduisez le nombre de trains d’engrenages à tester.

Pour aller plus loin :

  • Expliquez le principe des valeurs moyennes (par exemple, la moyenne arithmétique versus la médiane, la susceptibilité aux valeurs aberrantes), qui peut être utilisé pour égaliser les erreurs de mesure sur une série d'expériences.
  • Encouragez vos élèves à définir une fonction pour prédire la distance parcourue en fonction du rapport de transmission.
  • Demandez-leur de trouver un moyen d'améliorer la précision de leurs expériences.

Opportunités d’évaluation

Checklist d’observation de l’enseignant
Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple :

  1. Objectif partiellement atteint
  2. Objectif atteint
  3. Objectif dépassé

Utilisez les critères suivants pour évaluer la progression de vos élèves :

  • Identifier le rôle du rapport de transmission dans la prévision des résultats des expériences
  • Appliquer des concepts et/ou des processus mathématiques pour déterminer la relation entre le rapport de transmission et la distance parcourue
  • Évaluer les procédures des expériences et identifier des variables indépendantes, dépendantes et contrôlées

Auto-évaluation
Demandez à chaque élève de choisir le niveau qui représente le mieux ses performances.

  • Bronze : J'ai effectué les expériences, mais je n'ai pas réussi à identifier le rôle du rapport de transmission dans la prévision des résultats.
  • Argent : Avec un peu d'aide, j'ai réussi à identifier le rôle du rapport de transmission dans la prévision des résultats.
  • Or : J'ai utilisé mes connaissances sur le rôle du rapport de transmission dans les expériences pour déterminer quel rapport de transmission doit être utilisé pour un véhicule adapté au transport de charges lourdes.
  • Platine : J'ai utilisé mes connaissances sur le rôle du rapport de transmission dans les expériences pour déterminer quel rapport de transmission doit être utilisé pour un véhicule adapté au transport de charges lourdes. J'ai également déterminé quel rapport de transmission doit être utilisé pour un véhicule rapide.
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Extension Arts du langage

Pour intégrer des notions d’arts du langage :

  • Demandez à vos élèves de rédiger un bref rapport présentant les résultats de leurs expériences ainsi que des exemples concrets pour lesquels la multiplication et la démultiplication sont utiles.
  • Demandez-leur de créer une présentation expliquant les résultats de leurs expériences et ce qu'ils ont appris.

Remarque : cela étend la durée du cours.

Monde professionnel

Les élèves qui ont apprécié ce cours pourraient être intéressés par les secteurs professionnels suivants :

  • Fabrication et ingénierie (pré-ingénierie)
  • Sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (sciences et mathématiques)
  • Transports (technologie automobile)

Support pour l’enseignant

Les élèves vont :

  • Déterminer dans quelles situations utiliser un engrenage multiplicateur ou démultiplicateur
  • Découvrir que le fait de changer de rapport de transmission entraîne des vitesses différentes

Technologie en 4ème

  • Matière, mouvement, énergie, information
  • Matériaux et objets techniques
  • Dimensions développées:*
  • dimension d'ingénierie - design : comprendre, imaginer et réaliser de façon collaborative des objets.
  • dimension socio-culturelle : discuter les besoins, les conditions et les implications de la transformation du milieu par les objets et systèmes techniques.
  • dimension scientifique pour résoudre des problèmes techniques, analyser et investiguer des solutions techniques, modéliser et simuler le fonctionnement et le comportement des objets et systèmes techniques

Mathématiques en 4ème

  • Nombres et calculs
  • Grandeurs et mesures
  • Espace et géométrie
  • Organisation et gestion de données, fonctions

Physique-chimie en 4ème

  • Organisation et transformations de la matière
  • Mouvements et interactions
  • L'énergie et ses conversions
  • Des signaux pour observer et communiquer

Informatique en 4ème

  • Acquérir des méthodes qui construisent la pensée algorithmique et développent des compétences dans la représentation de l’information et de son traitement, la résolution de problèmes, le contrôle des résultats.

Matériel pour les élèves

Téléchargez, consultez ou partagez la fiche de travail de l’élève sous la forme d’une page HTML ou d’un fichier PDF à imprimer.

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