L'unité d'introduction au bâtiment VEX GO vous familiarisera, vous et vos élèves, avec le kit VEX GO. Les étudiants travailleront pour se préparer à un voyage scientifique pour explorer Mars ! Ils expérimenteront les pièces VEX GO et exploreront leur fonctionnement dans une « construction » STEM pour acquérir un raisonnement spatial et des compétences fondamentales en construction.

Pièces du kit VEX GO

Les enfants sont fascinés par la construction et le démontage d’objets. Les constructions VEX GO sont des structures physiques créatives créées par des étudiants pour les enquêtes STEM. Les étudiants découvriront les pièces du kit VEX GO tout au long de l'unité d'introduction au bâtiment.

L'affiche du kit VEX GO répertorie les principales catégories de pièces : broches, entretoises, arbres, engrenages, poulies, disques, connecteurs, roues, poutres, cornières, grandes poutres, plaques et électronique. L'affiche fait également référence à l'outil Pin et aux autres pièces incluses dans le kit.

Compréhension

Voici les bases de la construction, qui s'appliquent à presque tout ce qui concerne VEX, ainsi que dans le monde réel.

Orientation

Essayez par vous-même, et demandez à vos élèves, de trouver une pièce montrée sur l'affiche et de l'orienter de la même manière dans votre main que celle illustrée. Apprendre à le faire pendant la construction garantit que les pièces sont connectées aux bons endroits et améliore également votre raisonnement spatial pour les constructions futures. Être capable de visualiser une pièce dans une « boîte en verre » est un concept énorme en ingénierie car cela dépend de l'image que vous créez dans votre esprit. Les instructions de construction VEX sont créées en gardant ces vues à l'esprit, alors relevez le défi et réorientez la pièce dans votre main pour voir la meilleure vue optimale lors de la création de votre robot.

Catégories de pièces

VEX Robotics utilise quatre catégories principales de pièces. Dès le début du STEM Lab, des instructions guidées sont utilisées pour faciliter votre raisonnement spatial avant de vous lancer dans la construction libre ou sans instructions guidées dans le but de répondre à vos besoins. Tout ce que vous devez retenir à ce stade, c'est que toute construction que vous pouvez imaginer est absolument possible, car elle consiste simplement en un certain ordre de ces catégories. Essayez de réorganiser cet ordre à l'avenir, et vous construisez désormais librement comme les pros !

• Electronique : apportez vie et intelligence à votre robot.

• Composants structurels : utilisés pour fixer les pièces ensemble et contenir la forme globale de la construction

• Fixations : utilisées pour relier les composants structurels.

• Composants de mouvement : fournissent du mouvement et des capacités supplémentaires à votre robot.

Pouvez-vous et vos élèves déterminer quelles parties appartiennent à chaque catégorie ?

Bâtiment

Le bâtiment avec VEX GO est conçu dans un souci de simplicité. Les pièces de connexion doivent être considérées comme la connexion de votre téléphone à un chargeur. Vous n’êtes pas obligé d’appliquer une pression exorbitante, mais vous ne pouvez pas simplement la poser de manière fantaisiste sur une autre pièce. Essayez-le vous-même ! Utilisez une épingle et connectez-la à n’importe quelle poutre. Vous devriez pouvoir sentir ou entendre un clic distinct lorsque la pièce est complètement insérée. Ne pas relier complètement les pièces entre elles peut entraîner une défaillance structurelle ultérieure, ce que les ingénieurs tentent d'éviter.

Goupilles et entretoises

Étant donné que les épingles et les entretoises relient d’autres pièces entre elles, les élèves peuvent confondre leurs utilisations. Les entretoises relient deux pièces mais laissent un espace entre les deux. Chaque type d'entretoise a un écart de largeur différent qui sera créé par son utilisation.

Les épingles relient deux pièces ou plus de manière à ce qu’elles affleurent les unes aux autres. La broche rouge peut se connecter avec une pièce de chaque côté. En revanche, le Green Pin peut relier une pièce d’un côté et deux pièces de l’autre côté.

	L’avantage de l’utilisation d’une entretoise par rapport à une épingle dépend entièrement de la situation. Dans la première image à gauche, l'entretoise mise en évidence offre une intégrité structurelle bien supérieure à celle d'une épingle dans cette situation.
	Voici un exemple dans lequel les épingles rouges fonctionneraient mieux que les entretoises. Utilisé pour fixer solidement une poutre sans espace entre une autre poutre.
	Voici un exemple de goupille verte fixant trois poutres ensemble. Cette technique de construction pourrait être utilisée lorsque l’espace n’est pas une donnée.

Connecteurs

Les épingles et les entretoises créent des connexions entre les pièces parallèles les unes aux autres. Cependant, les connecteurs créent des connexions à angle droit de 90 degrés. Le connecteur vert et le connecteur orange permettent les connexions à angle droit ainsi que les connexions parallèles.

Voici un exemple d'utilisation d'un connecteur, entouré en rouge. Ce connecteur relie deux poutres ensemble. Les connecteurs sont extrêmement importants lorsque l’on essaie de construire différents axes.

Poutres et plaques

Des poutres et des plaques sont utilisées pour créer la base structurelle de la plupart des constructions. Ce sont des pièces plates de différentes largeurs et longueurs. La largeur et la longueur d'une poutre ou d'une plaque peuvent être mesurées par le nombre de trous sur la pièce. Les élèves apprendront en commençant à construire que les poutres (un trou de largeur) ne sont pas aussi stables que les grandes poutres (2 trous de largeur) ou les plaques (3 largeurs de trous ou plus).

Engrenages et roues

Les étudiants apprendront également à utiliser une combinaison d’engrenages et de roues grâce à cette unité. Les engrenages sont utilisés pour transférer la force d'une position à une autre. Cela peut être fait avec des engrenages de même taille pour transférer la même force ou en utilisant des engrenages de différentes tailles pour créer un avantage en termes de vitesse ou de puissance lors du transfert de la force. La broche rose peut être utilisée pour connecter des engrenages à des poutres ou des plaques tout en permettant à l'engrenage de tourner librement.

Trois exemples d’utilisation d’équipement peuvent être observés dans la construction de la super voiture motorisée. Les étudiants apprendront dans le laboratoire STEM qui l'accompagne la différence que la taille des engrenages peut faire.

Outil Épingler

Au fur et à mesure que les élèves se familiariseront avec le kit VEX GO, ils auront inévitablement besoin d'aide pour séparer les pièces. L'outil Pin aide les étudiants à séparer les pièces grâce à trois fonctions différentes : l'extracteur, le levier et le poussoir. L'extracteur est le mieux adapté pour retirer les broches dont une extrémité est libre.

Pour utiliser l'extracteur, insérez la goupille dans la fente au niveau du nez, pressez l'outil pour goupille et tirez vers l'arrière. La goupille doit être facilement retirée du trou. Dans le cas où une broche n'est pas partiellement exposée, le poussoir peut être utilisé pour libérer une partie de la broche. Le levier est le plus approprié lorsque l’on tente de déconnecter deux poutres ou plaques alignées l’une avec l’autre. Le levier peut être inséré entre les deux pièces et utilisé pour séparer les pièces connectées.

Mission sur Mars

Comment les scientifiques et les ingénieurs rassemblent-ils des informations provenant d’endroits du système solaire éloignés et difficiles d’accès ?

Il serait impensable d’envoyer des humains sur la Lune ou sur Mars sans la technologie nécessaire pour voyager, enquêter et maintenir la vie dans l’espace. L’espace et la surface de Mars sont des environnements difficiles pour les humains. Les ingénieurs doivent concevoir et construire les outils nécessaires pour protéger les astronautes et faciliter les recherches scientifiques dans la dure atmosphère de Mars.

Faits amusants sur Mars à prendre en compte lors de la conception de l'unité d'introduction au bâtiment :

• La surface de Mars est très froide et sèche ; dans la plupart des endroits, il fait trop froid ou trop sec pour permettre la croissance et la reproduction des organismes terrestres.
• Les températures moyennes sur Mars sont bien inférieures à -60°C (-83°F).
• Les niveaux élevés de rayonnement solaire peuvent endommager les tissus corporels.
• Il y a peu ou pas d'ambiance.
• Il n'y a aucune source de nourriture ou d'eau.

Initiatives actuelles

Les initiatives actuelles sur Mars incluent Mars 2020 de la NASA et le programme Moon to Mars de la NASA. La mission Mars 2020 de la NASA prévoit actuellement un projet à long terme d'exploration robotique de la surface et de l'atmosphère de Mars. La mission du rover Mars 2020 répond à des objectifs scientifiques hautement prioritaires pour l’exploration de Mars, y compris le potentiel de vie sur Mars. La mission offre également des opportunités de recueillir des connaissances et de démontrer des technologies qui répondent aux défis des futures expéditions humaines vers Mars. Le programme Moon to Mars de la NASA explore l'expansion humaine à travers le système solaire par le biais de partenaires commerciaux et internationaux.

De nouvelles percées passionnantes dans les initiatives spatiales se produisent chaque jour. Les enseignants et les étudiants peuvent se tenir informés sur le blog Teachable Moments de la NASA. Teachable Moments est une ressource interactive qui comprend des interviews d'astronautes, des vidéos et des photos actuelles, ainsi que des défis STEM qui intéressent aussi bien les adultes que les enfants.

Stabilité & Équilibre

La stabilité

Dans le laboratoire 3, les étudiants seront invités à construire une rampe de lancement stable et équilibrée. Une structure stable est une structure qui ne basculera pas, ne glissera pas ou ne s'effondrera pas lorsqu'elle est sollicitée par des forces extérieures telles que des poussées ou des tractions. La stabilité est la résistance d'une structure à des mouvements indésirables comme un glissement, un basculement ou un effondrement. La forme et les matériaux utilisés dans une construction déterminent sa résistance à ces forces et influencent sa stabilité. En règle générale, les structures à base large sont plus stables.

Équilibre

Les ingénieurs s'intéressent à la manière dont les objets équilibrent afin de pouvoir construire des structures sûres (auditoriums, grandes roues et rampes de lancement). Une structure équilibrée a un centre de gravité fort et ne bouge pas facilement. Il est conçu et construit de manière à équilibrer les forces qui agissent sur lui, comme la gravité. L'équilibre est particulièrement important dans les cas où une structure peut être affectée par de lourdes charges ou par des phénomènes naturels imprévisibles, tels que les voyages dans l'espace.

Le processus de conception technique

Les étudiants utiliseront le Engineering Design Process (EDP) pour concevoir et construire un vaisseau spatial et une base sur Mars. L'EDP est une série d'étapes que les ingénieurs suivent pour trouver des solutions aux problèmes. Souvent, la solution consiste à concevoir un produit qui répond à certains critères ou accomplit une certaine tâche.

Next Generation Science Standards décompose l'EDP en les étapes suivantes : DÉFINIR → DÉVELOPPER DES SOLUTIONS → OPTIMISER.

• Définir des problèmes d'ingénierie implique d'énoncer le problème à résoudre le plus clairement possible en termes de critères de réussite, de contraintes ou de limites.
• Concevoir des solutions à des problèmes d'ingénierie commence par générer un certain nombre de solutions possibles différentes, puis évaluer les solutions potentielles pour voir lesquelles répondent le mieux aux critères et aux contraintes du problème.
• L'optimisation de la solution de conception implique un processus dans lequel les solutions sont systématiquement testées et affinées et la conception finale est améliorée en échangeant des fonctionnalités moins importantes pour celles qui le sont plus.

L'EDP est de nature cyclique ou itérative. Il s'agit d'un processus de fabrication, de test, d'analyse et de raffinement d'un produit ou d'un processus. Sur la base des résultats des tests, de nouvelles itérations sont créées et continuent d'être modifiées jusqu'à ce que l'équipe de conception soit satisfaite des résultats.

Dans cette unité, les élèves utiliseront l’EDP pour imaginer, planifier et construire une base sur Mars. Après une construction initiale, les groupes testeront et amélioreront leur conception de base pour répondre aux critères et contraintes de conception.