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Laboratoire STEM
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Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant - Le but de cette section

L'objectif de la section Jouer est de permettre aux élèves de tester la construction et de les aider à explorer la conversion du mouvement avec des liens. Permettez aux élèves de tester la façon dont le Grabber se déplace. La section Motiver la discussion propose des questions pour amener les élèves à réfléchir à la manière dont les liaisons en ciseaux changent la direction d'une force et à la manière dont la construction du Grabber pourrait être améliorée. La deuxième page de la section Jouer présentera les liaisons à ciseaux utilisées dans les ascenseurs à ciseaux professionnels pour fournir un autre contexte familier pour l'analyse.
Lorsque vous travaillez en groupe, les rôles d'étudiant suivants peuvent être attribués :

  • Expert en construction : Responsable de comprendre la structure du Grabber et de démontrer le fonctionnement de la construction à différents moments de l'activité.

  • Enregistreur : Responsable de documenter les commentaires de toute l'équipe dans le cahier d'ingénierie.

Si les groupes sont plus nombreux, plus d’un étudiant peut partager les responsabilités du même rôle.

Une rubrique de cahier d'ingénierie en équipe est disponible en cliquant ici (Google / .docx / .pdf) et une rubrique de collaboration est disponible en cliquant ici (Google / .docx / .pdf). Pour une rubrique permettant de noter les cahiers d'ingénierie individuels, cliquez ici (Google / .docx / .pdf).

Étape 1 :  Examinez le Grabber

À l'étape 2 de la construction de Grabber, vous avez créé une liaison en attachant deux poutres ensemble au centre à l'aide d'une épingle. Cela a créé une liaison en ciseaux. Cela devrait être facile à retenir lorsque l’on pense à la façon dont les côtés des ciseaux se déplacent autour d’un point central.

  • Build Expert : tenez les extrémités des deux poutres inférieures dans chacune de vos mains. Fermez et ouvrez le Grabber en écartant puis en rapprochant vos mains, comme si vous utilisiez une seule paire de ciseaux mais avec deux mains.

  • Enregistreur : dessinez et expliquez dans votre cahier d'ingénierie comment les mouvements de l'expert en construction se comparent à ceux du Grabber. Comparez la direction des mouvements de chaque faisceau et identifiez un modèle.
    Indice: Regardez comment les broches affectent les mouvements des poutres.

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Le modèle à remarquer est que lorsque l'expert en construction rapproche et éloigne les extrémités du Grabber, les broches agissent comme des points de pivotement et les poutres se déplacent respectivement vers l'intérieur et l'extérieur.

Étape 2 :  Envisagez d'étendre le Grabber

Le Grabber dispose de trois liaisons ciseaux. L'ajout de plus de liaisons en ciseaux permettrait à la pince de se soulever ou de s'étendre davantage.

  • Build Expert : placez le Grabber vers le bas de manière à ce qu'il soit à moitié ouvert. Considérez combien de temps le Grabber serait plus long si deux liaisons de ciseaux supplémentaires étaient ajoutées à la construction. Vous pouvez utiliser la longueur des deux poutres inférieures pour estimer.

  • Recorder : esquissez à quoi ressemblerait la version étendue de Grabber. Expliquez pourquoi l'ajout de deux liaisons ciseaux supplémentaires n'est peut-être pas un bon plan de conception. Qu'est-ce qui pourrait changer dans le fonctionnement du Grabber si deux liens supplémentaires étaient ajoutés à la version ?

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant  - réponses

L'ajout de deux liaisons de ciseaux supplémentaires modifierait la force nécessaire pour contrôler le Grabber et diminuerait la stabilité de la construction. Le Grabber plus long nécessiterait plus de force pour pousser ou tirer. Le poids supplémentaire exercerait également plus de contraintes sur les poutres et en particulier sur les broches et diminuerait donc leur stabilité.

Icône Motiver la discussion Motiver les discussions

Q : Lorsque l'utilisateur rapproche les extrémités des poignées du Grabber, l'extrémité de préhension se rapproche-t-elle (pincement) ou s'éloigne-t-elle (ouverture) ?
A : L'extrémité de préhension se rapproche (pincements ou saisies) lorsque l'utilisateur rapproche les poignées.

Q : La force créée en poussant ou en tirant les poignées du Grabber se déplace-t-elle toujours dans la même direction ou change-t-elle de direction ? Si elle change de direction, où la force change-t-elle de direction ?
A : La force créée en poussant ou en tirant les poignées du Grabber change de direction plusieurs fois à chaque point de pivotement ou à chaque connexion épinglée dans la construction.

Q : À mesure que d'autres liens sont ajoutés, comment pouvez-vous améliorer la construction pour la rendre plus rigide et plus stable ?
A : Une solution possible consiste à utiliser des poutres plus épaisses pour offrir plus de stabilité (une poutre 2x4 au lieu d'une poutre 1x4 serait un exemple). Une autre solution possible consiste à utiliser des broches plus longues (une 1x2 ou une 2x2 au lieu d'une broche de connecteur 1x1).

Icône Étendez votre apprentissage Prolongez votre apprentissage

Pour développer cette activité, expliquez aux élèves qu'un simple levier est un exemple de liaison à deux barres comme une liaison à ciseaux. La terre est considérée comme un maillon relié au niveau d’une articulation, ou point d’appui, au levier. Dans la liaison ciseaux, il n'y a pas d'articulation créée par un point d'appui mais un point de pivotement créé par une goupille.
Demandez aux élèves d'explorer des liens plus complexes et d'enregistrer leurs conceptions/détails dans leurs cahiers d'ingénierie.

Voici quelques exemples de liens plus complexes :

  • Lien binaire

  • Lien ternaire

  • Lien Quaternaire

  • Lien Pentanaire