Survie dans le désert

Séquence 1 : Survie dans le désert


Savoir-faire : Savoir-faire 1 : Analyser un problème
Niveau 2 : Prendre conscience des étapes et stratégies qui guident la résolution de problèmes
2 activités

CE QUE VOUS ALLEZ TROUVER DANS CETTE SÉQUENCE :

  • Des activités de : Technologie, Physique
  • Des activités de type : Jeu de rôle dans la peau d’une équipe d’experts en mission d’urgence     
  • Des activités sur le thème de : Survie, Désert, Résolution de problèmes, Ressources en eau

Activité 1 : Trouver de l’eau dans le désert

Objectif : Montrer que des connaissances peuvent aider à mettre en lumière la nature du problème et ses contraintes
  • Résumé : Les élèves doivent proposer une solution au problème de la récupération d’eau en milieu désertique. Pour cela, ils sont amenés à mettre en place une démarche réfléchie et à exploiter des connaissances.
  • Matériel : Documents fournis, verrerie, arrivée d’eau chaude ou plaque chauffante, eau froide, glaçons.
  • Notions mobilisées : Physique : Changement d’état de la matière.
  • Compétences mobilisées : Technologie : Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions et contraintes.
  • Production : Compte rendu (par exemple sous forme de diaporama).
  • Durée : 2 à 3 heures environ.
Message à emporter
Pour s’aider dans la résolution de problèmes difficiles, il est utile de :
– bien cadrer le problème ;
– prendre le temps de mobiliser des connaissances précises et vérifiées (comme les connaissances scientifiques) ;
– collaborer de façon efficace.
Tout cela permet de passer d’une problématique floue et a priori impossible à contourner, à un objectif mieux identifié et qui mène vers une piste de résolution possible.

Clés pour la mise en œuvre

Dans la vie quotidienne comme en sciences, on est souvent amené à faire face à une situation nouvelle et problématique. Si nous ne trouvons pas spontanément la solution, notre capacité à finalement résoudre le problème dépend fondamentalement de notre aptitude à structurer notre démarche et à mobiliser des stratégies efficaces : cadrer le problème, identifier les contraintes, mobiliser les connaissances, travailler en équipe en s’appuyant sur des outils pertinents comme les cartes mentales ou le brainstorming…

Cette activité vise à présenter une démarche possible de résolution de problèmes dans un cadre fictif de « survie en milieu difficile ».

L’activité exige des vérifications régulières du travail des élèves par l’enseignant. De plus, elle mobilise régulièrement des connaissances pluridisciplinaires. C’est pourquoi nous conseillons, si cela est possible, une co-animation de ces activités (par exemple avec un enseignant de Technologie et un enseignant de Physique). Toutefois, l’activité est réalisable avec un seul enseignant mais elle nécessitera alors plus de temps.

Déroulé possible de l’activité

Contexte : Un petit avion a atterri en catastrophe en plein milieu d’un désert de sable et son matériel de localisation est endommagé ! Les passagers sont sains et saufs mais en grand danger. Ils ont quelques éléments à leur disposition (draps, couvertures de survie…). Ils sont parvenus à faire fonctionner leur radio de bord pour entrer en contact avec une équipe de secours d’urgence. Les élèves incarnent une équipe d’experts en missions d’urgence sous la direction d’un chef de projet (joué par l’enseignant !). Leur mission est de concevoir une stratégie pour aider les passagers à survivre quelques jours dans cet environnement hostile, le temps que les secours les retrouvent !

Objectif : Souvent, face à un problème, nous nous précipitons vers la première solution qui nous vient à l’esprit. Cette équipe d’experts, au contraire, doit mettre au point une démarche efficace et structurée.

Organisation : Par groupes de 2 ou 4.

Matériel :

  • Un Plateau de jeu, résumant les cinq étapes à franchir : on commence par la case 1 où l’on cherche à bien définir le problème (étape 1) jusqu’à l’identification d’une solution à mettre en place (étape 5). Chaque étape comporte une mission à accomplir. Des aides peuvent être sollicitées pour réussir ces missions.
  • Une Colonne Temps, indiquant la quantité de temps qui reste à l’équipe de terrain pour agir. Au début du jeu, la colonne contient 5 Jetons Temps. Au démarrage de chaque étape, on rajoute un Jeton Temps. Les succès dans les missions permettent d’enlever des Jetons Temps, les défaites en rajoutent. Quand la cinquième étape est terminée, la colonne ne doit pas dépasser le Seuil Critique ! Si les élèves y parviennent, les secours arrivent à temps et l’équipe remporte la mission !
  • Des Cartes Étape (une par étape) : chaque carte (définie par un symbole) est présentée en deux exemplaires : la première donne un conseil d’ordre général et la seconde donne un conseil appliqué à la situation. Elle explicite les différentes étapes de la résolution d’un problème indiquées sur le plateau de jeu.
  • Des Cartes Mission (une par étape) : elles aident à franchir les étapes et précisent le nombre de jetons à placer ou à retirer de la Colonne Temps selon la réussite ou non de la mission.
  • Des Cartes Aides que les élèves peuvent venir retirer quand une étape le nécessite. Ils représentent des experts (scientifiques ou techniciens) que l’on peut appeler pour lever les obstacles propres à certaines missions.
  • Une Liste de matériel à disposition des rescapés, parmi les éléments retrouvés dans l’avion. Ce matériel représente une contrainte dans la réussite de la mission.

Règles :

  • Au début du jeu, les élèves placent leur jeton sur la première case du plateau et cinq Jetons Temps sur la Colonne Temps.
  • A chaque tour, les élèves déplacent leur jeton sur le plateau et rajoutent un jeton Temps sur la Colonne Temps.
  • Ils lisent ensuite la Carte Étape, puis la Carte Mission et réalisent les consignes inscrites. Eventuellement, ils récupèrent les Cartes Aide correspondant à la mission.
  • Quand ils estiment avoir rempli leur mission, les élèves écrivent quelque part leur réponse (ou, le cas échéant, complètent un document) et passent à l’étape suivante. Ils ne pourront plus modifier leur production jusqu’à la fin. Un nouveau tour commence ensuite.
  • Lorsque tous les groupes ont atteint la cinquième case, l’enseignant procède à la correction des différentes missions. Les groupes évaluent leur production et ajoutent ou retirent des Jetons Temps en conséquence. Si le nombre de Jeton Temps n’atteint pas le seuil critique, le groupe a remporté la mission générale.

L’enseignant explique : « L’activité est organisée comme un jeu de rôles avec un plateau. Vous jouez l’équipe de secours d’urgence ! Pour cela, vous allez devoir mettre en place une stratégie de résolution de problème organisée et réfléchie. C’est une course contre la montre pour permettre aux secours d’arriver à temps ! Soyez à la hauteur de la mission ! »

........

Conseils de mise en place et éléments de correction

  • Si l’enseignant estime qu’il est difficile pour les élèves de travailler en autonomie pendant un temps long, il propose de faire des corrections intermédiaires (à l’issue des phases, voire, groupe par groupe à l’issue des étapes). Cela demande bien sûr à l’enseignant beaucoup plus d’efforts et cette stratégie est à privilégier si deux enseignants sont présents ou que le nombre d’élèves est réduit. Pour simplifier au contraire la situation, tous les élèves peuvent travailler collectivement. La réflexion relative à chaque étape se fait par groupe. Quand l’enseignant le décide, chaque groupe soumet le résultat de sa réflexion à la classe et les élèves décident collectivement, après discussion, de la stratégie à adopter pour résoudre la mission et passer à l’étape suivante. à la fin du jeu, l’enseignant réalise la correction de l’ensemble des missions : il révèle le nombre de Jetons Temps gagnés et perdus et donne le verdict final : la classe a-t-elle remporté ou non la mission globale ?
  • Les premières versions de chaque carte de cette activité ont pour objectif de pouvoir être réutilisées dans des activités centrées sur d’autres problèmes, même si l’ordre de leur utilisation peut changer ou certains conseils devenir inutiles. L’Activité 2 de la même séquence permettra d’illustrer ce principe.

Phase 1 : Bien cerner les objectifs (étapes 1 à 3)

  • L’enseignant lance l’activité. Pour initier leur mission, les élèves doivent placer leur pion sur la première case du plateau et rajouter cinq Jetons Temps sur la colonne. Ensuite le jeu commence et les élèves travaillent en autonomie.

Note : l’enseignant pourra modifier la difficulté en changeant le nombre de jetons initialement présents sur la Colonne Temps. Nous avons opté pour une situation plutôt difficile, afin de pousser les élèves à donner le meilleur d’eux-mêmes !

Conseils de mise en place et éléments de correction

  • Dans l’étape 1, les élèves doivent reformuler le problème. « Aider les rescapés à survivre dans un désert » n’est pas une formulation assez précise pour cadrer la réflexion. C’est le terme « survivre » qu’il faut expliciter, autrement dit, il faut lister les menaces auxquelles sont soumis les rescapés. Les élèves pourront penser aux éléments suivants : faim, soif, chaleur extrême, froid, présence de prédateur, d’animaux venimeux, fatigue extrême, etc.
  • Sans interrompre le jeu, l’enseignant peut suggérer aux groupes d’élèves d’utiliser des outils comme des cartes mentales. Dans ce cas, les élèves peuvent écrire « SURVIVRE » au centre de la carte et lister les menaces tout autour (état initial du problème).
  • Dans l’étape 2, les élèves doivent hiérarchiser les objectifs (déterminer les menaces auxquelles il est plus urgent de faire face). Ils réalisent une recherche d’informations complémentaires et mobilisent les Cartes Aides à leur disposition (elles peuvent être placées sur une table dans la classe). Par exemple, les élèves cherchent à avoir des précisions sur les dangers en lien avec la faune sauvage, mènent des recherches et consultent l’interview du biologiste… Les informations fournies dans les interviews les guident vers la menace la plus urgente : la déshydratation.
  • Nous proposons que l’enseignant prévoie des boîtes avec les aides, poussant les élèves à se déplacer pour venir chercher l’aide nécessaire. Certains élèves pourront prendre toutes les aides d’une étape d’un coup, cela n’a pas d’importance. Cela permet juste de leur faire réaliser la démarche consistant à rechercher activement des connaissances quand cela est nécessaire. Si, dans l’étape 1, les élèves ont choisi de représenter les menaces sous la forme d’une carte mentale, ils peuvent numéroter les branches pour faire apparaître la hiérarchie des objectifs.
    La menace la plus urgente donne les contours de l’objectif à poursuivre par la suite. Si les élèves se trompent à cette étape, l’enseignant pourra les laisser poursuivre malgré tout jusqu’à l’étape 3. Lorsqu’il effectuera la correction de la phase 1, il invitera les groupes à ensuite poursuivre avec le bon objectif pour la phase 2.
  • Dans l’étape 3, les élèves doivent identifier les contraintes et les éléments à leur disposition pour atteindre l’objectif fixé : les organismes peuvent limiter les pertes d’eau et/ou tenter de se procurer de l’eau liquide (éventuellement potable, ce qui limitera certaines hypothèses), avec le peu de matériel qu’ils ont dans leurs sacs ou dans l’avion (cf. Liste de matériel).
  • La fin de cette étape termine la phase 1. L’enseignant peut choisir de faire ici une première correction. C’est aussi un moment pour terminer une séance de cours et reprendre avec la phase 2 lors d’une autre séance.

Phase 2 : Proposer des solutions (étapes 4 et 5)

  • Avant de commencer l’étape 4, l’enseignant rappelle aux groupes les éléments de base d’un brainstorming, outil qui n’est pas restreint aux cours de technologie mais qui est au contraire communément utilisé par les professionnels de nombreuses disciplines où la créativité est fondamentale (et qui pourra être réimporté par les élèves dans leur vie de tous les jours). Il invite à multiplier les idées de solution et, dans un premier temps, à toutes les retenir !

Note : malgré ces consignes, certains élèves refusent de noter certaines hypothèses, parce qu’il les jugent trop farfelues ou inappropriées (citons par exemple l’idée de boire son urine !). Il faut au contraire les pousser à explorer toutes les solutions, sans jugement. Les idées seront ensuite triées.

  • L’enseignant incite les élèves, lors de l’étape 5, à mettre en relation tous les documents pour proposer une piste plausible aux rescapés. Le rapport peut être fait à l’aide d’un diaporama dans lequel chaque diapositive correspond à la solution mise en œuvre pour une étape.
  • Finalement, l’enseignant propose aux groupes d’expliquer les stratégies qu’ils ont mises en œuvre et les solutions auxquelles ils ont abouti. Des désaccords sont possibles. Certaines solutions seront meilleures que d’autres. On décide collectivement de la réussite ou de l’échec des missions par chacun des groupes. Cette étape permet aux groupes de rajouter ou d’enlever des Jetons Temps et ainsi de déterminer s’ils ont réussi ou non la mission globale du jeu !

Conseils de mise en place et éléments de correction

  • Dans l’étape 4, les élèves doivent donc réaliser un brainstorming organisé pour trouver des solutions à l’objectif fixé. Ici, sera valorisée l’organisation du travail : un élève est chargé de jouer le rôle d’animateur. Il cadre l’activité (simplement en évitant que l’ambiance soit inefficace pour la production d’idées), il distribue la parole (en évitant le monopole par un nombre limité d’élèves, en favorisant la parole des plus discrets) et il précise les règles : on soumet autant d’idées que possible, personne n’a le droit d’émettre un jugement sur une idée. Ce rôle d’animateur est difficile. Il est donc important que tous les élèves soient sensibles au bon déroulé de l’activité. L’équipe entière gagne si le brainstorming a été correctement animé et perd sinon. Un secrétaire assiste l’animateur et reporte sur des post-it les propositions formulées.
  • L’étape 5 fait suite au brainstorming. Des pistes ont dû être proposées et peut-être des questions ont été soulevées, par manque de connaissances immédiates. Comme dans l’étape 2, on active l’accès à des connaissances via les Cartes Aide, qui peuvent permettre d’aboutir à une solution. Les élèves peuvent réaliser des recherches si les Cartes Aide ne leur semblent pas suffisantes pour mener à bien leur réflexion.
  • Voici les éléments que l’on peut attendre dans le compte rendu des élèves : même dans les zones désertiques de l’eau est présente, mais elle l’est très majoritairement sous une forme gazeuse (vapeur d’eau). Une solution à notre problème pourrait être de provoquer la condensation. A l’instar des scarabées, les rescapés peuvent monter en haut d’une dune tôt le matin pour récupérer l’eau de la rosée avant qu’elle ne s’évapore. à défaut de mieux, un linge tendu suffira à récupérer la rosée. Le drap par exemple fera l’affaire (tendu sur la corde entre deux poteaux de bois réalisés grâce aux caisses par exemple !). Si l’on est contraint à n’utiliser qu’un drap, on choisira plutôt le drap blanc car l’eau se condensera alors plus facilement que sur le drap noir. L’eau récupérée est bien de l’eau liquide et potable, conformément à nos objectifs. Par ailleurs, le protocole utilise bien le matériel à disposition : l’ensemble des contraintes est bien respectée.

Pour nourrir la discussion à l’issue de l’activité

  • La mise en commun commence par une discussion autour des difficultés qui ont été rencontrées par les groupes.
  • On peut ensuite résumer l’ensemble des étapes par lesquelles on est successivement passé : recadrer le problème en listant les contraintes et en hiérarchisant les objectifs ; multiplier les solutions avec des outils comme la carte mentale, le brainstorming ; mobiliser des connaissances pour nous aider à franchir certaines étapes… On est ainsi passé d’un problème initial confus (aider les rescapés à survivre) à un objectif clairement délimité (procédure pour récupérer l’eau de la rosée).
  • L’enseignant lance alors une discussion autour du point suivant : lorsque nous sommes confrontés à un problème complexe, nous pouvons facilement nous décourager ou au contraire nous précipiter vers la solution la plus immédiate. Il peut être en fait plus efficace d’organiser sa réflexion pour trouver une solution plus performante. Pour cela, on peut se poser plusieurs questions : comment puis-je reformuler le problème pour qu’il soit plus explicite, plus précis ? Quelles sont les contraintes que je dois gérer ? Quelles sont les différentes composantes du problème et quelles sont celles qui sont à traiter en priorité ? Quelles sont les solutions que je peux trouver, seul ou en collaboration ? Quelles sont les connaissances qui pourraient m’aider à trouver la meilleure solution possible ?
  • L’enseignant demande alors aux élèves de citer des situations analogues où des experts doivent prendre des décisions de façon organisée et avec sang-froid. Ce peut être le cas de médecins face à une urgence, d’astronautes lors d’une mission délicate, ou encore de militaires. Tous ces experts apprennent à contrôler leur façon d’agir.
  • L’enseignant termine la discussion en proposant aux élèves de retrouver dans leur vie quotidienne des exemples où ils réfléchissent de façon spontanée et où ils pourraient utiliser quelques outils pour guider leur prise de décision. Ce peut être lors d’un achat particulier, ou lors d’une solution lors d’un problème technique…

Activité 2 : Le vivant au sec (mais à poils !)

Objectif : Rechercher des solutions par l'analogie comme dans l'exemple du biomimétisme
  • Résumé : Les élèves doivent proposer une solution au problème de la récupération d’eau en milieu désertique, mais cette fois dans le cadre d’une démarche d’innovation technologique. Pour cela, ils sont amenés à remobiliser les outils découverts dans l’activité précédente.
  • Matériel : Documents fournis. Feuilles hydrophobes et moins hydrophobes (ex. : épiaire et géranium), loupe binoculaire, microscope, éventuellement appareil photo (téléphone), ordinateur
    et logiciel de mesure.
  • Compétences mobilisées : Technologie : Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes et ressources correspondantes ; Associer des solutions techniques à des fonctions ; Imaginer des solutions en réponse au besoin. SVT : Utiliser des instruments d’observation et de mesures.
  • Production : Compte rendu étayé de photographies ou dessins d’observation commentés.
  • Durée : 2 heures environ.
Message à emporter
L’exploitation de connaissances scientifiques pertinentes peut tout aussi bien nous aider lors de la définition d’un problème ardu que lors de la recherche de solutions innovantes. Trouver ces solutions peut impliquer de repérer des analogies entre notre problème et d’autres problèmes similaires. Pour repérer ces analogies, nous devons parvenir à nous détacher des contextes dans lesquels nous ont été présentés les problèmes et les objets qui nous sont familiers et arriver à voir d’une nouvelle façon ce que l’on connaît déjà.

Clés pour la mise en œuvre

La première activité de la séquence a permis d’illustrer une démarche de résolution de problème et les stratégies que l’on peut mettre en œuvre. S’approprier ces outils nécessite de les mobiliser plusieurs fois et dans des contextes différents. Pour favoriser la réappropriation des outils sans complexifier la réflexion des élèves, nous proposons une activité avec un contenu légèrement différent mais qui s’appuie sur des concepts scientifiques proches de la première activité (la récupération de l’eau dans le désert).

Nous avons choisi un exemple de biomimétisme pour travailler le recours à l’analogie comme stratégie de résolution de problème. Le biomimétisme est en effet un bon exemple de raisonnement par analogie : les chercheurs s’inspirent des solutions sélectionnées au cours de l’évolution pour l’importer à leur système d’étude. C’est l’occasion d’insister sur le fait que trouver une solution innovante peut tout simplement impliquer de voir différemment et de façon plus approfondie ce que l’on connaît déjà, ou que l’on croît bien connaître.

Nous sommes régulièrement confrontés à deux types d’obstacles lors de la résolution de problèmes, que l’enseignant peut mettre en évidence dans ces activités :

  • la difficulté à percevoir l’analogie entre le problème et une situation familière ;
  • la difficulté à se départir de notre représentation intuitive du problème ou de nos apprentissages antérieurs (en l’occurrence percevoir le lien entre l’étude d’êtres vivants et la recherche de matériaux adaptées à la récupération d’eau va exiger une grande souplesse !).

Cette séance peut être aussi bien menée par le professeur de technologie que par le professeur de SVT (même si les connaissances ne sont pas reliées au programme, il pourra utiliser la séance pour travailler les méthodes de l’observation, notamment via le microscope et de l’expérimentation).

Déroulé possible de l’activité

Contexte : L’activité précédente a permis d’imaginer une solution à la récupération d’eau dans le désert grâce à la rosée du matin. La récupération d’eau dans les zones désertiques présente un réel enjeu socio-économique pour les populations qui y vivent. On cherche donc à réaliser un récupérateur de rosée le plus efficace possible.

Objectif : Se préparer à construire un récupérateur de rosée en identifiant les matériaux les plus adaptés à la fonction d’usage attendue.

Organisation : Par groupes de 4 ou 5 élèves.

Matériel :

  • Un Plateau de jeu (voir Activité 1), résumant les cinq étapes à franchir : on commence par la case 1 où l’on cherche à bien définir le problème (étape 1) jusqu’à l’identification d’une solution à mettre en place (étape 5). Chaque étape comporte une mission à accomplir, permettant d’obtenir des points. Des aides peuvent être sollicitées pour réussir ces missions.
  • L’Historique du projet précédent (ne permettant pas de récupérer l’eau en quantité suffisante).
  • Des Cartes Étape (une par étape) : chaque carte est présente en deux exemplaires : le premier donne un conseil d’ordre général (le jeu est à récupérer dans l’Activité 1) et le second un conseil appliqué à la situation. Elle explicite les différentes étapes de la résolution d’un problème indiquées sur le plateau de jeu.
  • Des Cartes Mission (une par étape) : elles aident à franchir les étapes et précisent le nombre de points à remporter à chaque étape.
  • Des Cartes Aides que les élèves peuvent retirer à l’étape 4. Ils représentent des experts (scientifiques ou techniciens) que l’on peut appeler pour lever les obstacles propres à certaines missions.

Règles :
Tous les groupes jouent en parallèle et tentent de remporter le défi. Le groupe qui marque le plus grand nombre de points remporte le défi.

  • Au début du jeu, les élèves placent leur jeton sur la première case du Plateau.
  • A chaque tour, les élèves déplacent leur jeton sur le plateau et lisent la Carte Étape (uniquement l’exemplaire généraliste, c’est une difficulté supplémentaire par rapport à l’Activité 1), puis la Carte Mission et réalisent les consignes inscrites. Éventuellement, ils récupèrent les Cartes Aide correspondant à la mission. S’ils sont bloqués, ils demandent à l’enseignant l’exemplaire contextualisé.
  • Quand ils estiment avoir rempli leur mission, les élèves écrivent une réponse (ou, le cas échéant, complètent un document). Ils appellent ensuite l’enseignant pour vérification. Après attribution des points, il leur distribue les Cartes Action et Mission de la nouvelle étape.
  • Lorsque tous les groupes ont atteint la cinquième case, l’enseignant compare le nombre de points atteint par chaque groupe et désigne le groupe vainqueur.

L’enseignant explique : « Un premier prototype de récupérateur de rosée a été élaboré. Malheureusement, il ne fonctionne pas : l’eau est collectée mais elle ne peut être récupérée en quantité suffisante. Vous allez réaliser une démarche de résolution de problème similaire à celle de l’activité précédente afin d’apporter une solution à cet obstacle. Vous allez donc passer d’étapes en étapes en utilisant, quand cela est nécessaire, des aides supplémentaires ! »

Phase 1 : Bien cerner les objectifs (étapes 1 à 3)

  • L’enseignant initie l’activité en demandant aux élèves de ressortir le Plateau de jeu, de placer le pion sur la première case et de commencer à réaliser la première mission. L’enseignant laisse ensuite les élèves travailler en autonomie jusqu’à la fin de l’étape 3.

Conseils de mise en place et éléments de correction

  • La première étape consiste à bien définir le problème. Pour spécifier ce dernier, les élèves exploitent le compte-rendu de l’élaboration du dispositif précédent pour retrouver les sources possibles de son mauvais fonctionnement. Dans ce dispositif, trois éléments réalisent chacun une fonction. Chercher à résoudre le problème de l’équipe précédente c’est donc chercher à identifier l’élément du dispositif qui ne remplit pas sa fonction.
  • La deuxième étape consiste à préciser les objectifs et à hiérarchiser les priorités. En l’occurrence, seul un élément du dispositif ne semble pas fonctionner. Ce sera donc l’objectif à atteindre. Il s’agit d’améliorer la fonction « récupérer la rosée ». Celle-ci est en fait constituée de deux sous-fonctions : « recevoir la rosée » et « faire couler l’eau jusqu’au récipient ». C’est cette deuxième sous-fonction qui n’est pas assurée par le dispositif préexistant.
  • La troisième étape exige de préciser les contraintes et les éléments à disposition. Puisque la mission consiste à améliorer le dispositif préexistant, celui-ci représente à la fois ce dont on dispose et ce qui nous limite. Ensuite, c’est notre capacité à imaginer des solutions d’amélioration et d’innovation qui va nous contraindre. La deuxième phase montrera une piste pour dépasser cette contrainte.
  • La fin de cette étape termine la phase 1. L’enseignant peut choisir de faire ici une première correction. C’est aussi un moment pour terminer une séance de cours et reprendre avec la phase 2 lors de la séance suivante.
  • L’enseignant peut décider de distribuer les cartes des étapes suivantes sans procéder à une correction. Dans ce cas, comme dans l’activité précédente, la correction, le comptage des points et la désignation du groupe vainqueur interviendront en fin d’activité.

Phase 2 : Proposer des solutions (étapes 4 et 5)

  • Avant de commencer l’étape 4, l’enseignant rappelle ce qui a été fait jusque-là. Cela permet de s’assurer que tous les groupes puissent repartir dans la phase 2 avec les mêmes éléments.
  • L’enseignant organise la classe pour passer à l’étape 4. Celle-ci commence par une étape de brainstorming. Dans chaque groupe, des rôles spéciaux sont attribués (animateur et secrétaire, voir Activité 1) et le matériel nécessaire (post-it, tableau…) est distribué. Cette étape peut motiver des recherches et le besoin d’aides (Cartes Aides). Quand cette étape s’achève, les groupes poursuivent avec la dernière étape.
  • L’enseignant termine l’activité et procède à la correction. Les élèves peuvent éventuellement réaliser une restitution orale des travaux par les groupes. Le groupe vainqueur est désigné.

Conseils de mise en place et éléments de correction

  • La quatrième étape consiste à réfléchir aux solutions possibles pour permettre aux gouttes d’eau de rouler jusqu’à l’élément qui les stocke. Cette étape commence par une phase de brainstorming. Les élèves proposeront certainement de jouer sur l’inclinaison de la plaque. L’enseignant pourra pousser les élèves à chercher des solutions moins intuitives, en s’inspirant de ce qu’ils auront pu observer dans leur environnement quotidien : vêtements ou sprays déperlants, poêles antiadhésives… L’enseignant pourra également suggérer l’idée de s’inspirer d’un tout autre domaine : le monde vivant ! C’est déjà ce qui a été réalisé dans l’Activité 1 avec le scarabée du désert. Pourquoi ne pas s’en inspirer une nouvelle fois ?
  • Certains élèves pourront savoir que des tissus vivants (les feuilles de lotus, la peau des pêches, les plumes des canards) laissent facilement s’écouler les gouttes d’eau. Des Cartes Aides (que l’enseignant peut présenter sous la forme de coups de fil à des experts) pourront de toute façon les guider dans cette réflexion.

  • Cette réflexion fait ressortir deux points. Premièrement, trouver de nouvelles inspirations est un défi permanent, en ingénierie comme en sciences. Pour trouver de nouvelles idées, ces experts ont parfois recours à des analogies. C’est le cas du « biomimétisme », terme utilisé pour désigner un processus d’invention en ingénierie qui s’inspire du vivant.
    Deuxièmement, notre imagination peut parfois être bloquée. Si je ne peux trouver seul l’inspiration, je dois mobiliser des stratégies qui m’aideront à dépasser mes obstacles. Il s’agit par exemple d’apprendre à se tourner vers les bons experts. Ceci est un message à faire passer aux élèves à ce moment de l’activité.
  • Les Cartes Aides suggèrent aux élèves d’une part de se focaliser sur le choix des matériaux. Ceci évitera qu’ils ne basent leur réflexion que sur le dispositif en lui-même (et notamment l’orientation de la plaque). D’autre part, le biologiste amène la notion de structure physique. Celle-ci se surimpose à la nature chimique hydrophobe du support pour lui conférer un caractère super-hydrophobe. Dans ce cas, non seulement les gouttes n’adhèrent plus au support mais en plus elles roulent. On parle d’effet lotus ou d’effet fakir pour décrire un tel comportement.
  • L’effet fakir repose sur l’existence d’une microstructure, évidente dans le cas des feuilles d’épiaire : les poils, densément implantés. La goutte d’eau, telle un fakir, repose ainsi sur… un tapis de « clous » (les poils) et d’air. Le tapis doit être suffisamment dense de « clous » - pour éviter que le fakir ne s’empale ! Si la structure n’est pas assez dense ou si l’hydophobie n’est pas assez forte, l’eau s’imisce dans les interstices et ne coule pas.

.......

Un prolongement possible en SVT

  • La Carte Aide du biologiste peut être remplacée par une activité entière en cours de SVT. L’enseignant de sciences installerait alors une véritable recherche sur le biomimétisme. Cette séance s’installerait après la phase 1 (étapes 1 à 3) et le début de la phase 4 (brainstorming). L’enseignant proposerait une diversité d’échantillons macroscopiques, et quand cela est possible leur équivalent en vue microscopique. Il mettrait à disposition des élèves des loupes binoculaires, et des microscopes éventuellement (et le matériel pour réaliser des préparations). L’enseignant préciserait enfin que certains échantillons sont forcément plus propices que d’autres pour la mission proposée. C’est aux élèves de déterminer d’une part les échantillons super-hydrophobes (et la manière de le déterminer) et les causes de cette nature. Parmi ces échantillons, nous proposons idéalement l’épiaire laineuse et le géranium. Les élèves pourront comparer leurs organisations à la loupe binoculaire (ou au microscope) et proposer que le caractère super-hydrophobe de l’épiaire est peut-être dû à sa pilosité très dense. Dans un premier temps, ils auront déterminé que l’épiaire était super-hydrophobe et le géranium non grâce à différents protocoles. On peut par exemple comparer l’étalement d’une goutte d’eau sur différents supports (et donc la surface de support en contact avec une même goutte d’eau) ; ou encore l’angle que fait la goutte avec son support ; ou enfin réaliser des « courses » de gouttes d’eau sur différents supports inclinés. Dans tous les cas, les exigences de la méthode expérimentale (et notamment l’importance de deux expériences test et témoin où seul un paramètre varie) seront à souligner. Si ces aspects ne sont pas traités ici, ils feront l’objet de la Séquence 2. S’ils ont été traités ici, cela permettra d’insister sur ces messages fondamentaux.

  • Le géranium et l’épiaire ne sont pas les seuls à faire l’affaire et il peut être intéressant de proposer aux élèves une diversité d’échantillons !

  • Comme dans l’activité précédente, les élèves peuvent résumer leur démarche par écrit dans l’équivalent d’un carnet de bord (particulièrement utile si la mission se prolonge sur plusieurs séances voire dans plusieurs disciplines) ou sur un diaporama (chaque diapositive relatant une étape).
  • Voici les éléments que l’on peut attendre dans le compte-rendu final (étape 5) : « L’équipe d’ingénieurs précédente a mis au point un dispositif qui permettait de récupérer l’eau de la rosée mais celle-ci ne s’écoulait pas correctement. Ainsi, l’eau s’évaporait avant d’avoir été récoltée. Pour corriger cela, nous avons porté notre attention sur la plaque de récolte. Celle-ci était inclinée et hydrophobe mais nous avons pensé que : premièrement, elle pouvait ne pas être suffisamment inclinée. Il faudrait chercher l’angle idéal. Deuxièmement, sa nature hydrophobe est insuffisante. Il faut rajouter une texture physique particulière pour faire en sorte que les gouttes d’eau roulent jusqu’à la zone où elles seront stockées. On peut imaginer coller un duvet ou modifier la plaque avec une technique permettant de créer une structure efficace. »

Pour nourrir la discussion à l’issue de l’activité

  • La mise en commun commence par un bilan sur les notions scientifiques : Le caractère super-hydrophobe de la feuille d’épiaire laineux (ou d’autres matériaux vivants) est assuré par des caractéristiques particulières comme la forte densité des poils : celle-ci va induire l’effet « fakir » qu’il est possible de présenter sommairement aux élèves.
  • L’enseignant peut alors demander aux élèves d’établir un parallèle entre les stratégies mises en place lors de la première activité et celles mises en place ici : comme dans la première activité, on s’est efforcé de bien définir le problème et ses composantes et les contraintes qui s’appliquaient. Ensuite, on a formulé des propositions. Enfin, on a renforcé nos connaissances pour imaginer d’autres pistes possibles. On a eu recours à l’analogie c’est-à-dire qu’on a recherché des situations similaires où l’on disposait déjà d’une solution et on a essayé de l’appliquer à notre problème.
  • Toutes ces étapes ont été adaptées à un nouveau type de problème : le défi technologique. Dans ce type de défi, certains éléments récurrents doivent être pris en considération. C’est le cas des fonctions techniques qu’il faut bien lister et du choix des matériaux à utiliser, à relier aux contraintes. Pour guider cette réflexion, on exploitera souvent des connaissances scientifiques (notamment en physique).
  • Enfin, l’enseignant pourra mettre l’accent sur l’analogie comme stratégie de résolution de problème. L’analogie fait le lien entre ce qui est connu et ce qui est nouveau et peut permettre de trouver une solution dans une situation nouvelle. Pour cela, il faut comprendre que deux problèmes peuvent se résoudre de manière très semblable, même si les contextes dans lesquels ils sont présentés semblent très différents. C’est ce qu’utilisent les scientifiques qui font le lien entre le problème du scarabée et celui de la récupération d’eau. Dans notre vie personnelle, c’est ce que nous faisons lorsque nous appliquons une même solution à des problèmes similaires mais différents en apparence (par exemple faire un calcul de proportionnalité en maths ou en cuisine).

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Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte CASDEN