Programme : sct-4061








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DEL lumières – Guide de l’enseignant





Auteur(s) 

François Guay-Fleurent, CS de la Riveraine (2014). guayfleuref@ecole.csriveraine.qc.ca





Intention pédagogique et/ou évaluative

Proposer à l’élève une tâche authentique de conception technologique nécessitant l’usage approprié de concepts d’électricité.

Clientèle visée




Programme :

SCT-4061

Moment dans le sigle :

Avant ou après le module d’électricité.

Temps consacré à la tâche




4 à 12 h, selon la version de la SA choisie.


Type de tâche




 Situation d’apprentissage et d’évaluation

 Situation d’évaluation



Défi à relever 



« Les ampoules incandescentes ont éclairé le XXe siècle ; le XXIe siècle sera éclairé par les lampes DEL», a déclaré le comité du prix Nobel 2014.

Source : http://www.ledevoir.com/societe/science-et-technologie/420431/le-nobel-de-physique-aux-inventeurs-japonais-de-l-ampoule-led

Les diodes électroluminescentes (DEL) entrent progressivement dans nos vies. On les trouve partout dans les magasins et Hydro-Québec en fait la promotion afin de réduire la consommation d’électricité des Québécois.
Votre défi : concevoir et fabriquer une bande de DEL à deux modes d’éclairage, aussi appelée LED strip en anglais.



Quelques informations avant de commencer …


Différentiation possible : l’enseignant a le choix de la SA, avec ou sans fabrication, un mode ou deux modes d’éclairage. La fabrication peut être réelle et utilitaire ou temporaire avec des pinces alligators. Le choix affectera la durée de la SA et peut-être aussi la motivation de l’élève.



Compétence(s) disciplinaire(s) ciblée(s)





 Compétence 1

Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique

Cerner un problème

Choisir un scénario d’investigation / Élaborer un plan d’action

Concrétiser sa démarche / Concrétiser le plan d’action

Analyser ses résultats ou sa solution




 Compétence 2

Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques

  • Dégager des retombées de la science et de la technologie (1er cycle)

  • Comprendre le fonctionnement d’objets techniques (1er cycle)

  • Comprendre des phénomènes naturels (1er cycle)

  • Situer une problématique/application dans son contexte (2e cycle)

  • Comprendre des principes scientifiques liés à la problématique/application (2e cycle)

  • Comprendre des principes technologiques liés à la problématique/application (2e cycle)

  • Construire son opinion sur la problématique à l’étude (2e cycle S&T)

  • Contrôler l’état de fonctionnement de l’objet technique ou système technologique à l’étude (2e cycle ATS)




 Compétence 3

Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et technologie

  • Participer à des échanges d’information à caractère scientifique et technologique

  • Interpréter des messages à caractère scientifique et technologique*

Produire et transmettre des messages à caractère scientifique et technologique*

Expliquez brièvement pourquoi la tâche permet de développer la (les) compétence(s) disciplinaires ciblées chez l’élève.



L’élève se retrouve au centre de sa conception technologique. Il doit bâtir sa bande de DEL du début à la fin et doit donc passer par toutes les composantes de la compétence 1.





Compétence(s) transversale(s) ciblée(s)


Ordre

Intellectuel

Ordre de la communication

Ordre personnel

et social

Ordre méthodologique

 Exploiter l’information

 Communiquer de façon appropriée

 Actualiser son potentiel

Se donner des méth. trav. efficaces

Résoudre des problèmes




 Coopérer

 Exploiter les TIC

 Exercer son jugement critique










 Mettre en œuvre sa pensée créatrice










Expliquez brièvement pourquoi la tâche permet de développer la (les) compétence(s) transversales ciblées chez l’élève.


DGF et axe(s) de développement exploité(s)


 Orientation et

entrepreneuriat

  • Conscience de soi, de son potentiel et de ses modes d’actualisation.

  • Appropriation des stratégies liées à un projet

  • Connaissance du monde du travail, des rôles sociaux, des métiers et des professions.

 Santé et bien-être

  • Conscience de soi et de ses besoins fondamentaux.

  • Conscience des conséquences de ses choix personnels pour sa santé et son bien-être.

  • Mode de vie actif et comportement sécuritaire.




 Vivre ensemble et

citoyenneté

  • Valorisation des règles de vie en société et des institutions démocratiques.

  • Engagement, coopération et solidarité

  • Contribution à la culture de la paix.




 Médias

  • Constat de la place et de l’influence des médias dans sa vie quotidienne et dans la société

  • Appréciation des représentations médiatiques de la réalité

  • Appropriation du matériel et des codes de communication médiatique.

  • Connaissance et respect des droits et responsabilités individuels et collectifs relativement aux médias

 Environnement et

consommation

Connaissance de l’environnement.

Construction d’un environnement viable dans une perspective de développement durable

Consommation et utilisation responsable de biens et services.

  • Conscience des aspects sociaux, économiques et éthiques du monde de la consommation.




Expliquez en quoi l’activité permet de réaliser des apprentissages en lien avec l’intention éducative et les axes de développement du DGF exploité.
Les DEL éclaireront le XXIe siècle. À la suite de cette SA, l’élève verra sans doute mieux la pertinence de payer quelques dollars de plus pour une ampoule avec des DEL. Il économisera alors de l’argent et ce sera mieux pour l’environnement.

Univers notionnel(s) visé(s)

 Univers matériel

 Univers vivant

 Univers technologique

 Terre et espace

Repères culturels


Indiquez les principaux repères culturels abordés dans cette tâche.

Les gagnants du prix Nobel 2014 de physique sont des physiciens ayant travaillé sur les DEL. Ils sont récompensés des années plus tard pour leurs travaux fort pertinents pour la société d’aujourd’hui.


Préalables requis :

Idéalement, les notions de 3e secondaire. Sinon, il faut passer plus de temps avec l’élève pour lui apprendre, entre autres, à faire des schémas propres à la S&T.
Si cette SA est utilisée en fin de sigle, l’élève devrait, logiquement, être prêt pour faire ce travail.



Concepts prescrits

Concepts facultatifs


Indiquez, par Univers, les concepts prescrits développés dans cette tâche.

Indiquez, par Univers, les autres concepts possibles dans cette tâche.

UNIVERS MATÉRIEL

Électricité :

  • Circuits électriques

  • Loi d’Ohm

  • Lois de Kirchhoff

  • Relation entre puissance et énergie électrique


UNIVERS TECHNOLOGIQUE

Langage des lignes :

  • Schémas et symboles

Ingénierie électrique :

  • Fonction d’alimentation

  • Fonction de conduction, isolation, protection

  • Fonction de commande

  • Fonction de transformation de l’énergie

TECHNIQUES (toutes)

Manipulation, langage graphique, fabrication et mesure.

À compléter…
UNIVERS MATÉRIEL
Électricité :

  • Charges électriques

  • Loi de Coulomb

  • Champ électrique

Transformation de l’énergie :

  • Loi de la conservation de l’énergie

  • Rendement énergétique

  • Distinction entre chaleur et température


UNIVERS TECHNOLOGIQUE
Ingénierie électrique :

  • Autres fonctions




Démarches

 Empirique

 Observation

 Expérimentale

 Modélisation

 Construction d’opinion

 Conception technologique




Liens intradisciplinaires ou interdisciplinaires :

Liens possibles avec les mathématiques et l’histoire entourant les découvertes en électricité. Liens toujours présents entre la science et la technologie.



Techniques
Technologique
Scientifiques

Langage graphique

Fabrication

 Utilisation d’échelle

 Utilisation de machines-outils

 Utilisation sécuritaire du matériel de laboratoire

 Représentation graphique

 Vérification et contrôle

 Utilisation d’instruments de mesure

 Schématisation

 Usinage

 Utilisation d’instruments d’observation




 Finition

 Préparation de solution




 Montage et démontage

 Collecte d’échantillons



Piste(s) pour l’approche orientante et pour l’évaluation :


Avec l’élève, aborder les carrières possibles autant au DEP, au CÉGEP qu’à l’université nécessitant des connaissances en électricité.

La grille d’évaluation à échelle critériée fournie par le MEESR pour l’évaluation en SCT-4061 pourrait parfaitement être utilisée afin de donner une rétroaction à l’élève face au développement de la CD 1.





Ressources encyclopédiques :

Observatoire ou Synergie de 4e secondaire comme manuel de référence.




Ressources Internet :


http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/l'univers-materiel/l'electricite.aspx

http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/l'univers-technologique.aspx

http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/la-bo%C3%AEte-a-outils.aspx
http://www.ledevoir.com/societe/science-et-technologie/420431/le-nobel-de-physique-aux-inventeurs-japonais-de-l-ampoule-led
http://www.torontohydro.com/sites/electricsystem/electricityconservation/businessconservation/pages/lighting.aspx



La démarche pédagogique 




La phase de préparation




  1. Présenter la problématique à l’élève ou aux élèves.

  2. Faire ressortir les connaissances antérieures des élèves sur la problématique : avez-vous déjà observé l’éclairage d’une maison ou du centre? Et l’éclairage différent qu’offrent les DEL? Quelles ampoules sont plus ou moins écoénergétiques?

  3. Favoriser et orienter un questionnement chez les élèves en lien avec la problématique et l’électricité.

  4. Guider les élèves dans l’élaboration de leurs réponses aux premières questions du journal de bord : «Décris le problème dans tes mots » et « Ce que vous savez déjà sur l’électricité ».





La phase de Réalisation



Activité d’acquisition de ressource 1 : Fabrication de circuits avec des DEL (2 h)
Défis inspirés de ceux de Patrice Potvin disponible au http://www3.recitfga.qc.ca/CPCSSMI/IMG/doc/sct_4061_defis_electroniques_full_-2.doc.
Ils visent à faire calculer à l’élève le nombre de DEL à mettre sur chaque « branche » ainsi que la valeur des résistances nécessaires au besoin. Pour cette dernière remarque, l’enseignant devra guider l’élève dans ses choix.
L’utilisation d’une plaquette d’expérimentation (ou plaque de montage) semblable à celle-ci-dessous favorisera la conceptualisation du problème et raccourcira la durée de cette activité. On peut aussi l’utiliser pour la tâche complexe pour réaliser la bande de DEL.


Image libre de droits sur https://pixabay.com/


Réalisation de la tâche de compétence (complexe) : (5 h)
Pour cette tâche, il est demandé à l’élève de passer au travers de toute la démarche de conception technologique en laissant les traces appropriées dans le journal de bord de l’élève.
La conception de l’élève se fera probablement à partir du matériel suivant :


  • LED « superbright » blanche ou de la couleur de votre choix,

  • Résistances ¼ W d’un ohm ou selon le schéma de l’élève (1, 150 ou 300 ohms?),

  • Socle à pile 9 V avec ou sans interrupteur, connecteur à pile 9 V simple ou socle pour 6 piles AA,

  • Pile rechargeable 9 V ou 6 piles rechargeables AA,

  • Interrupteur unipolaire unidirectionnel (si pas sur le socle de la pile) ou interrupteur unipolaire bidirectionnel,

  • Plaquette d’expérimentation de la forme de votre choix au besoin,

  • Du fils de cuivre ou fil multibrin pour le « filage » au besoin.


Outillage nécessaire :



  • Si on crée notre propre bande sans plaque d’expérimentation.
    Fer à souder,

  • Support à fer,

  • Fil à soudure,

  • Pompe ou tresse à dessouder au besoin,

  • Pinces à dénuder au besoin (modèle qui va bien)

  • Tube rétrécissant (heat shrink tubing) ou ruban isolant au besoin.


À noter qu’on peut mettre trois DEL (3 V) en série sur une branche à 9 V sans problème, cela fonctionnera. Cependant, il est conseillé d’y ajouter quand même une résistance (ne serait-ce qu’un ohm) pour éviter les surcharges et assurer la longévité des DEL, car ces dernières ne limiteraient pas l’intensité du courant.
Pour plus de détails sur la soudure, vous pouvez visionner ce tutoriel sur la soudure à l’adresse suivante :

https://www.youtube.com/watch?v=NS1O5UDFXZE





La phase d’intégration


(1 h)
La phase d’intégration est l’occasion de faire le point sur tous les nouveaux concepts que l’élève aura acquis lors de cette situation d’apprentissage. L’élaboration de réseaux de concepts, de façon individuelle, est une façon simple et efficace pour s’assurer d’une bonne intégration des concepts par l’élève.
Un temps de réflexion métacognitive sur les stratégies que l’élève a mis en place pour accomplir la tâche demandée est essentiel. Cela pourra être réalisé avec l’enseignant.
Selon la prochaine SA ou SÉ de l’élève, un lien peut également être fait.

Résultats finaux possibles.

À venir.
Merci de m’envoyer vos commentaires ou vos photos. guayfleuref@ecole.csriveraine.qc.ca
Matériel nécessaire pour l’ensemble de cette SA.
Activité 1 (7 défis avec des DEL) :

  • 10 DEL blanches 3 V et 0,02 A,

  • 30 fils avec pinces alligators ou plaquette d’expérimentation,

  • source de courant continu,

  • manuel Observatoire p. 156 à 163.


Tâche complexe :
Matériel recommandé :


  • LED « superbright » blanche ou de la couleur de votre choix,

  • Résistances ¼ W d’un ohm ou selon le schéma de l’élève (1, 150 ou 300 ohms?),

  • Socle à pile 9 V avec ou sans interrupteur, connecteur à pile 9 V simple ou socle pour 6 piles AA,

  • Pile rechargeable 9 V ou 6 piles rechargeables AA,

  • Interrupteur unipolaire unidirectionnel (si pas sur le socle de la pile) ou interrupteur unipolaire bidirectionnel,

  • Plaquette d’expérimentation de la forme de votre choix au besoin,

  • Du fils de cuivre ou fil multibrin pour le « filage » au besoin.


Outillage nécessaire au besoin :


  • Fer à souder,

  • Support à fer,

  • Fil à soudure,

  • Pompe ou tresse à dessouder au besoin,

  • Pinces à dénuder (modèle qui va bien)



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