Arrière-plan

Les concepteurs et les ingénieurs créent des solutions qui résolvent des problèmes quotidiens. Dans cette unité, les élèves utiliseront le processus de conception technique pour construire, tester et modifier le pendule du laboratoire 1. Dans le laboratoire 2, les élèves utiliseront le processus de conception technique pour tester et modifier des éléments de leur jeu Pendulum Kerplunk.

Qu'est-ce que le processus de conception technique (EDP) ?

Les étudiants utiliseront le processus de conception technique (EDP) lorsqu'ils modifieront leurs constructions Pendulum pour résoudre des défis. 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.

L'EDP peut être décomposé selon les étapes suivantes : DÉFINIR → DÉVELOPPER DES SOLUTIONS → OPTIMISER.

Définir des problèmes d'ingénierie implique d'énoncer le problème à résoudre aussi clairement que possible en termes de critères de réussite et de contraintes ou limites.
La conception de solutions aux problèmes d’ingénierie commence par la génération d’un certain nombre de solutions possibles différentes, puis par l’évaluation des 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 remplaçant les fonctionnalités moins importantes par celles qui sont plus importantes.

Diagramme montrant des icônes représentant les trois phases de l'EDP disposées dans un triangle. En haut, des bulles de dialogue superposées contenant des points d'interrogation représentent Définir ; dans le coin inférieur droit, un crayon écrit une liste représentant Développer des solutions, et en bas à gauche, une loupe représente Optimiser. Des flèches relient les trois icônes indiquant le mouvement entre les phases. — Définir, concevoir et tester

The EDP is cyclic or iterative in nature. Il s’agit d’un processus de fabrication, de test, d’analyse et de perfectionnement 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 modifier la construction du pendule et tester comment leurs modifications affectent les performances du pendule. Ensuite, ils utiliseront le processus de conception itératif pour concevoir leur propre jeu Pendulum Kerplunk.

Qu'est-ce qu'un pendule ?

Un pendule est un objet sur un bras. Le bras est attaché à un pivot, qui est un point à partir duquel on peut se balancer. L'objet pendra naturellement vers le bas en raison de la gravité, mais s'il est poussé d'un côté, il oscillera d'un côté à l'autre. La fréquence d’un pendule oscillant restera constante jusqu’à ce que la gravité et la friction arrêtent le pendule. Regardez l’animation ci-dessous pour voir comment le pendule se déplace.

Les pendules ont toujours été utilisés pour le chronométrage, la mesure de la gravité et même comme premiers sismographes pour mesurer les tremblements de terre. Dans cette unité, la construction du pendule est utilisée comme base pour que les élèves puissent expérimenter pendant qu'ils construisent le jeu Pendulum Kerplunk. Les élèves seront invités à modifier le jeu Pendulum Kerplunk en créant leurs propres règles et objectifs.

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 des recherches STEM. Les élèves seront initiés aux pièces du kit VEX GO dans l'unité de jeu Pendulum Kerplunk.

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

Pièces du kit VEX GO — pièces du kit VEX GO

Goupilles et entretoises

Étant donné que les broches 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 elles. Chaque type d'entretoise présente un écart de largeur différent qui sera créé par son utilisation.

Les broches relient deux ou plusieurs pièces de manière à ce qu'elles soient alignées les unes avec les autres. La broche rouge peut se connecter à une pièce de chaque côté. En revanche, le Green Pin peut connecter une pièce d'un côté et deux pièces de l'autre côté.

Une comparaison côte à côte de la connexion de deux poutres grises avec des broches par rapport aux entretoises. À gauche, deux poutres grises sont connectées à deux broches rouges, ce qui fait que les poutres se touchent et se connectent à plat ensemble. À droite, deux entretoises oranges sont utilisées pour relier les deux poutres grises, laissant un espace entre les poutres. — broches et entretoises

Connecteurs

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

Deux poutres grises sont représentées connectées à un angle de 90 degrés, perpendiculairement l'une à l'autre, avec un connecteur bleu attaché à l'extrémité de la poutre le long du sol et deux broches rouges fixant la deuxième poutre verticalement pour créer l'angle. — Exemple de connecteur

Poutres et plaques

Les poutres et les plaques sont utilisées pour créer la base structurelle de la plupart des constructions. Ce sont des pièces plates de largeurs et de longueurs variables. 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 au fur et à mesure qu'ils commenceront à construire que les poutres (1 trou de largeur) ne sont pas aussi stables que les grandes poutres (2 trous de largeur) ou les plaques (3 trous de largeur ou plus).

Il existe plusieurs poutres uniques, dont quatre poutres d'angle. Ces poutres créent des angles à 45 ou 90 degrés. D'autres poutres uniques incluent la poutre mince bleue qui possède un trou qui s'adapte à un arbre et permet à la poutre de tourner, et possède des trous supplémentaires pour les connexions standard. La poutre à fentes rose peut être utilisée pour fixer l'élastique ou les cordes dans une construction.

L'image des poutres et des plaques de l'affiche VEX GO Parts montrant l'orientation de la taille et la variété de couleurs et de formes. — Poutres et plaques

Pièces Uniques

Les entretoises peuvent être utilisées pour ajouter de l'espace entre les pièces ou comme collier pour un arbre. Les entretoises sont particulièrement utiles pour créer de la place pour qu'une pièce puisse se déplacer librement dans une construction.

L'élastique est une bande extensible utilisée de diverses manières dans les constructions VEX GO, par exemple pour créer de la puissance ou pour relier des poulies entre elles. L'étirement de l'élastique à différentes longueurs donnera à la construction différentes quantités d'énergie potentielle qui peuvent être transformées en énergie cinétique pour alimenter une partie d'une construction.

La corde longue et la corde courte sont des pièces polyvalentes qui ont de nombreuses applications dans les constructions VEX GO. Ils peuvent notamment être utilisés pour fixer des pièces ou faciliter un transfert d’énergie au sein d’une construction.

Les cordes noires et blanches du kit GO sont présentées. La corde noire est en haut et est plus courte que la corde blanche en bas. À droite se trouve une entretoise grise. — Corde et entretoise

Outil de fixation de broches

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

Pour utiliser l'extracteur, insérez la goupille dans la fente du nez, pressez l'outil de 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 pousser une partie de la broche vers le haut. Le levier est particulièrement adapté pour tenter de déconnecter deux poutres ou plaques qui sont au même niveau l'une de l'autre. Le levier peut être inséré entre les deux pièces et utilisé pour séparer les pièces connectées. Regardez l’animation ci-dessous pour voir comment utiliser l’outil Épingle.

< Arrière Retour aux laboratoires Suivant >