Set de base WeDo 2.0

Structures robustes

Étudiez les caractéristiques qui permettent à un bâtiment de résister à un tremblement de terre, en utilisant un simulateur sismique construit à partir de briques LEGO®.

Plus de 120 min.
Intermédiaire
Niveaux 3-5
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1. Préparation

30 min

  • Lisez la préparation générale dans le chapitre « Gestion de la classe ».
  • Consultez les informations sur le projet afin d’avoir une idée précise de ce que vous devez faire.
  • Définissez la façon dont vous souhaitez présenter ce projet : utilisez la vidéo fournie dans le logiciel WeDo 2.0 ou utilisez le support de votre choix.
  • Déterminez les résultats attendus de ce projet, ainsi que les paramètres pour produire et présenter le rapport final.
  • Vérifiez que les délais prévus permettent aux élèves de répondre aux attentes.

2. Phase d’exploration

30 à 60 min

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La vidéo d’introduction peut servir de base pour l’étude et la discussion des idées suivantes avec les élèves prenant part au projet.

Vidéo d’introduction
Voici quelques points de discussion proposés par la vidéo :

  1. Depuis que la Terre est apparue, elle a changé de forme. Comme de gros morceaux de biscuits poussés sur une couche de miel, les plaques tectoniques qui composent la Terre glissent, frottent les unes contre les autres et se heurtent.
  2. Lorsque cela se produit, cette friction crée des vibrations à la surface de la Terre, où nous vivons.
  3. Pendant un tremblement de terre, selon la force des vibrations et de nombreux autres facteurs, des bâtiments et d’autres structures peuvent être endommagés ou détruits.
  4. Il est possible aujourd’hui de construire des bâtiments plus résistants qu’il y a seulement quelques dizaines d’années, grâce à des découvertes scientifiques qui ont permis d’en améliorer la conception.
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Questions à discuter
Au cours de la phase d’exploration, ces questions ont pour objectif de recueillir les idées initiales des élèves et de faire ressortir les connaissances naïves, afin d’établir les attentes en matière de réalisations pour ce projet.

Demandez aux élèves de documenter leur compréhension et de se référer à nouveau à ces questions pendant et après la phase de création.

  1. Quelle est la cause des tremblements de terre et quels sont leurs dangers ?
    Les tremblements de terre sont des vibrations de la croûte terrestre causées par le mouvement des plaques tectoniques.
  2. Comment les scientifiques évaluent-ils la magnitude d’un tremblement de terre ?
    Les scientifiques évaluent les tremblements de terre sur l’échelle de Richter, graduée de 1 à 10. Plus le chiffre est élevé, plus les vibrations sont fortes.
  3. Quels éléments peuvent influencer la résistance des bâtiments à un tremblement de terre ?
    Cette réponse doit servir d’hypothèse aux élèves. Cela signifie qu’à ce stade, les réponses de vos élèves peuvent être incorrectes.Demandez à vos élèves de collecter leurs réponses avec du texte ou des images dans l’outil de documentation.
  4. Qu’avez-vous remarqué sur la relation entre la surface d’un bâtiment, sa hauteur et sa capacité à résister à un tremblement de terre ?
    Les structures hautes et minces sont généralement moins stables et davantage susceptibles de tomber lorsqu’elles sont soumises à des forces latérales.
  5. Comment vous êtes-vous assuré que les tests restaient objectifs à chaque essai ?
    Un seul paramètre a été modifié à la fois.
  6. Quels autres facteurs serait-il important d’étudier ?
    Les conceptions structurelles et les différents matériaux sont d’autres facteurs importants dont il faut tenir compte pour tester la résistance des bâtiments.
  7. Comment les bâtiments modernes sont-ils conçus pour résister aux tremblements de terre ?
    Les architectes et les ingénieurs utilisent des structures, des principes et des simulations pour tester la faiblesse de prototypes.
  8. Est-ce que « résistant » a le même sens que « robuste » ?
    Cela dépend de nombreux facteurs. Des structures ou des matériaux flexibles sont parfois plus résistants que des matériaux rigides et robustes.

Demandez à vos élèves de collecter leurs réponses avec du texte ou des images dans l’outil de documentation

3. Phase de création

45 à 60 min

Construction et programmation d’un simulateur sismique et modélisation de bâtiments
Les élèves doivent respecter les instructions de construction pour créer un simulateur sismique. Au moyen de ce dispositif, ils peuvent rassembler des observations afin de déterminer le bâtiment qui réussirait un test de résistance
aux tremblements de terre.

1. Construction d’un simulateur sismique.
Le modèle de secousses utilisé dans le projet comprend un piston pour pousser et tirer la plaque de test. Dans le programme, le niveau de puissance du moteur détermine l’amplitude du tremblement de terre produit.

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2. Programmation du simulateur.
Ce programme affiche tout d’abord 0 à l’écran. Il recommence ensuite cinq fois une série d’actions. Il ajoute 1 à l’affichage, qui devient la magnitude des secousses, met le moteur en marche à cette magnitude pour 2 secondes, puis attend pendant 1 seconde.

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Important
En utilisant ce programme, si les élèves souhaitent essayer un tremblement de terre plus fort ou plus faible, ils doivent modifier le nombre de boucles. Ils doivent se sentir libres d’utiliser un programme de leur choix.

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Recherche sur la conception du bâtiment
Une fois que les élèves ont compris le fonctionnement du simulateur, laissez-les étudier différents facteurs en isolant une variable à la fois.

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1. Changement de la hauteur.
Les élèves doivent utiliser le bâtiment bas et le bâtiment haut, tous deux avec une base étroite (bâtiments A et B).

Le bâtiment haut étant posé sur la plaque de test, les élèves doivent rechercher la magnitude la plus faible à laquelle il tombe. Ensuite, avec le même programme, ils doivent tester si le bâtiment étroit ou bas résiste mieux.

Les élèves doivent découvrir que pour une même surface à la base, le bâtiment
bas résiste mieux que le bâtiment haut

Important
Comme tous les moteurs ne sont pas exactement identiques, il est possible que chaque équipe constate une magnitude différente.

2. Changement de la largeur de la base.
En utilisant le même programme, demandez aux élèves de tester si le bâtiment à base étroite (bâtiment B) résiste mieux que le bâtiment étroit et haut avec une base large (bâtiment C).

Les élèves doivent découvrir qu’avec une base plus large, un bâtiment haut résiste beaucoup mieux.

Recherche supplémentaire avec le simulateur sismique
Demandez à vos élèves d’explorer d’autres éléments influençant la résistance des
bâtiments aux vibrations.

1. Changement de la magnitude.
Demandez à vos élèves de prévoir la réaction des bâtiments A, B et C si la magnitude du tremblement de terre était augmentée, par exemple, jusqu’à 8. Ils doivent noter leurs prévisions et tester chaque cas.

2. Changement de bâtiment.
En appliquant le fait qu’une base plus large permet à un bâtiment de résister à des vibrations plus fortes, mettez votre classe au défi de construire le bâtiment le plus élevé qui résisterait à un tremblement de terre de magnitude 8.

Demandez à vos élèves d’explorer différentes compositions de bâtiments :

  • Exploration de différentes formes structurelles.
  • Introduction de nouveaux matériaux.

Suggestion de collaboration
Laissez les équipes comparer leurs conceptions de bâtiments. Demandez à une
équipe de décrire et de tester le travail d’une autre équipe :

  • Quels sont les points forts de la structure ?
  • Quels sont les points faibles de la structure ?
  • Le bâtiment va-t-il résister au test de tremblement de terre ?

4. Phase de partage

45+ min

Finalisation du document
Demandez aux élèves de documenter leurs projets de différentes façons :
• Demandez-leur de filmer une vidéo de chacun de leurs tests afin de justifier leurs affirmations.
• Demandez-leur de comparer leurs conclusions avec des cas réels.

Suggestions
Les élèves peuvent recueillir des données sous forme de tableau ou dans une feuille de calcul.
Ils peuvent également tracer un graphique des résultats de leurs tests.

Présentation des résultats
À la fin de ce projet, les élèves doivent présenter le résultat de leur recherche.
Pour enrichir la présentation de vos élèves :

  • Demandez-leur de décrire les facteurs influençant la stabilité d’un bâtiment.
  • Demandez-leur de comparer ces idées avec leurs découvertes.
  • Demandez-leur de contextualiser leurs explications.
  • Demandez-leur de réfléchir à leurs conclusions.
  • Demandez-leur si leurs résultats reflètent la réalité et échangez à ce sujet.

Évaluation du projet

Vous pouvez utiliser ces rubriques d’évaluation avec le tableau des rubriques d’observations du chapitre « Évaluation avec WeDo 2.0 ».

Phase d’exploration
Au cours de la phase d’exploration, vérifiez que l’élève s’engage activement dans les discussions, qu’il pose et répond à des questions, et qu’il peut répondre avec ses propres mots à des questions sur les tremblements de terre.

  1. L’élève n’est pas capable de répondre aux questions ou de participer aux discussions de façon adéquate.
  2. L’élève est capable, s’il y est encouragé, de répondre aux questions ou de participer aux discussions de façon adéquate ou de décrire des éléments pouvant influencer la résistance d’une structure aux tremblements de terre.
  3. L’élève est capable de répondre de façon adéquate aux questions, de participer aux discussions et de décrire des éléments pouvant influencer la résistance d’une structure aux tremblements de terre.
  4. L’élève est capable de compléter les explications lors d’une discussion et de décrire en détail les facteurs pouvant influencer la résistance d’une structure aux tremblements de terre.

Phase de création
Au cours de la phase de création, vérifiez que l’élève utilise l’outil de documentation pour conserver des prévisions et des découvertes, et qu’il modifie une seule variable à la fois à mesure qu’il conduit sa recherche.

  1. L’élève ne remplit pas toute la documentation nécessaire au fil de sa recherche et il est rarement précis dans la manipulation des variables.
  2. L’élève utilise la documentation, mais certains éléments essentiels en sont absents et il est parfois imprécis dans la manipulation des variables au cours de sa recherche.
  3. L’élève utilise la documentation de façon adéquate pour conserver ses prévisions et ses découvertes, et il est généralement précis dans la manipulation des variables au cours de sa recherche.
  4. L’élève utilise une excellente documentation pour conserver ses prévisions et ses découvertes, et il est toujours précis dans la manipulation des variables au cours de sa recherche.

Phase de partage
Au cours de la phase de partage, vérifiez que l’élève peut utiliser efficacement des documents et la communication orale pour expliquer ce que montre le simulateur sismique et ce qui peut être conclu à partir des résultats des tests.

  1. L’élève ne fournit aucune explication, ni dans son document écrit, ni à l’oral.
  2. L’élève utilise sans efficacité des documents et la communication orale pour expliquer ce qui survient et ce qui peut en être conclu. L’explication est parfois incomplète ou inexacte.
  3. L’élève utilise efficacement des documents et la communication orale pour expliquer ce qui survient et ce qui peut en être conclu.
  4. L’élève utilise efficacement des documents et la communication orale pour expliquer de façon sophistiquée et précise ce qui survient et ce qui peut en être conclu.

Vous pouvez utiliser ces rubriques d’évaluation avec le tableau des rubriques d’observations du chapitre « Évaluation avec WeDo 2.0 ».

Phase d’exploration
Au cours de la phase d’exploration, vérifiez que l’élève peut expliquer efficacement ses propres idées et démontrer sa compréhension du sujet.

  1. L’élève n’est pas capable de partager ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  2. L’élève est capable, s’il y est encouragé, de partager ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  3. L’élève exprime ses idées de façon adéquate concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  4. L’élève utilise des détails pour expliquer de manière plus approfondie ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.

Phase de création
Au cours de la phase de création, vérifiez que l’élève fait des choix appropriés (par exemple, capture d’écran, image, vidéo, texte) et répond aux attentes établies pour la documentation de ses découvertes.

  1. L’élève ne parvient pas à documenter ses découvertes au cours de sa recherche.
  2. L’élève documente ses découvertes, mais de façon incomplète ou sans répondre à toutes les attentes établies.
  3. L’élève documente ses découvertes de façon adéquate pour chaque composante de sa recherche et choisit judicieusement ses sources.
  4. L’élève utilise des méthodes appropriées pour sa documentation et dépasse les attentes établies.

Phase de partage
Au cours de la phase de partage, vérifiez que l’élève utilise des observations provenant de ses documents, textes et vidéos pour expliquer des idées, y compris ce qui est survenu et pour quelles raisons.

  1. L’élève n’utilise pas d’observations provenant de ses documents, textes et vidéos et ne peut pas expliquer d’idées afférentes au sujet.
  2. L’élève utilise certaines observations provenant de ses documents, textes et vidéos, et peut partiellement expliquer des idées afférentes au sujet.
  3. L’élève utilise des observations provenant de ses documents, textes et vidéos pour expliquer des idées afférentes au sujet, y compris ce qui est survenu et pour quelles raisons.
  4. L’élève utilise des observations variées provenant de ses documents, textes et vidéos pour expliquer des idées afférentes au sujet de façon approfondie, y compris ce qui est survenu et pour quelles raisons.

5. Différenciation

Pour assurer la réussite du projet, envisagez de donner à vos élèves des conseils
sur la construction et la programmation, par exemple :

  • Expliquez comment conduire une recherche.
  • Utilisez des observations pour élaborer des explications.
  • Proposez des expériences supplémentaires, avec des variables isolées, pour tester des hypothèses.

Soyez également précis sur vos attentes envers les élèves, en matière de présentation et de documentation de leurs découvertes.

Suggestion
Pour les élèves plus expérimentés, accordez davantage de temps à la construction et à la programmation, afin qu’ils puissent utiliser leurs propres interrogations pour concevoir leurs recherches spécifiques. Les élèves peuvent changer des paramètres tels que la puissance du simulateur sismique, les matériaux utilisés pour construire les bâtiments ou la surface sur laquelle ils testent leurs bâtiments.

Recherche supplémentaire
Les élèves conçoivent le bâtiment le plus élevé résistant à un tremblement de terre de magnitude 8. Ils appliquent les résultats de leur recherche précédente.

Éventuelles idées fausses des élèves
Les élèves peuvent imaginer que la probabilité d’un tremblement de terre est la même partout. La plupart de l’activité sismique du monde est associée aux interactions entre des plaques tectoniques. Bien que des crevasses de faible
profondeur puissent se former au cours d’un tremblement de terre, en raison de glissements de terrain ou de l’instabilité des sols, le sol ne s’« ouvre » pas le long d’une ligne de faille

Support pour l’enseignant

Dans ce projet, vous allez :
Explorer l’origine et la nature des tremblements de terre.
Créer et programmer un dispositif pour tester les conceptions des bâtiments.
Documenter vos observations et présenter vos découvertes sur les meilleures conceptions de

Set de base LEGO Education WeDo 2.0
Logiciel ou application de programmation WeDo 2.0

Matériel pour les élèves

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