Circuit de buzzer à deux boutons

Matériaux de construction (pour chaque équipe)

Matériaux nécessaires

• Quatre petits bacs ou boîtes en carton pour séparer les matières recyclables
• Boîtes en carton cassées ou autres feuilles de carton
• Rouleau de papier (emballage, art) ou feuilles de revêtement d'étagère (utilisées pour la bande transporteuse)
• Filet lâche

Matériel optionnel

• Ventilateurs ou sèche-cheveux
• Échelle ou escabeau (pour permettre des changements de hauteur pour les chutes, etc.)
• Baguettes magnétiques ou autres gros aimants

Matériaux d'essai

• Variété de produits recyclables propres et secs (plastiques, verre, canettes en métal / aluminium et papier) dans un grand bac ou une boîte de recyclage
• Table longue ou quelques petites tables placées ensemble

Matériaux

• Variété de produits recyclables propres et secs (plastiques, verre, canettes en métal / aluminium et papier) dans un grand bac ou une boîte de recyclage
• Table longue ou quelques petites tables placées ensemble

Processus

Placez la conception sur une longue table (ou quelques petites tables placées ensemble), ajoutez des matières recyclables à la conception et documentez dans quelle mesure chaque conception trie les matières recyclables dans des bacs séparés.

Défi de conception

Vous êtes une équipe d'ingénieurs face au défi de dessiner un schéma de développement d'un circuit de buzzer à deux boutons qui simulerait comment les sonnettes sur une porte avant et arrière pourraient à la fois sonner un buzzer ou une sonnette.

Critères

• Doit dessiner un schéma.
• Le buzzer doit simuler la sonnerie d'une sonnette.

contraintes

• N'utilisez que les matériaux fournis.

1. Divisez la classe en équipes de 3 à 4.
2. Distribuez la feuille de travail du circuit du buzzer à deux boutons, ainsi que des feuilles de papier pour esquisser des conceptions.
3. Discutez des sujets de la section Concepts de base. Discutez du fonctionnement d'une sonnette. Ayez un exemple de sonnerie à deux boutons à montrer aux élèves.
4. Passez en revue le processus de conception technique, le défi de conception, les critères, les contraintes et les matériaux.
5. Fournissez à chaque équipe son matériel.
6. Expliquez que les élèves doivent dessiner un diagramme schématique et construire un buzzer à deux boutons.
7. Annoncez le temps dont ils disposent pour concevoir et construire (1 heure recommandée).
8. Utilisez une minuterie ou un chronomètre en ligne (fonction de compte à rebours) pour vous assurer de rester à l'heure. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Donnez aux élèves des «contrôles de temps» réguliers pour qu'ils restent concentrés sur la tâche. S'ils éprouvent des difficultés, posez des questions qui les mèneront plus rapidement à une solution.
9. Demandez aux élèves de dessiner un diagramme schématique de la configuration de l'avertisseur à deux boutons avant de commencer la construction.
10. Les équipes construisent leurs conceptions.
11. Testez les modèles de buzzer à l'aide d'une batterie D.
12. En classe, discutez des questions de réflexion des élèves.
13. Pour plus de contenu sur le sujet, consultez la section «Creuser plus profondément».

Idée d'extension

Les élèves construisent un circuit d'avertisseur sonore à deux boutons qui va d'une salle de classe à l'autre ! 

Réflexion étudiante (cahier d'ingénierie)

1. Y aurait-il une limite au nombre de commutateurs que vous pourriez câbler ensemble pour faire retentir le buzzer ? Si oui, pourquoi ? Si non, pourquoi pas ?
2. Ce même concept de circuit fonctionnerait-il pour un ouvre-porte de garage à deux boutons (un dans la voiture et un dans le garage) ? Pourquoi? Pourquoi pas?

La leçon peut être faite en aussi peu qu'une période de cours pour les élèves plus âgés. Cependant, pour aider les élèves à ne pas se sentir pressés et pour assurer la réussite des élèves (en particulier pour les élèves plus jeunes), divisez la leçon en deux périodes en leur donnant plus de temps pour réfléchir, tester des idées et finaliser leur conception. Faites les tests et faites le compte rendu lors de la prochaine période de classe.

Qu'est-ce qu'un circuit simple ? 

Circuit simple Un circuit simple se compose de trois éléments minimum qui sont nécessaires pour compléter un circuit électrique fonctionnel : une source d'électricité (batterie), un chemin ou un conducteur sur lequel circule l'électricité (fil) et une résistance électrique (lampe) qui est n'importe quel appareil qui nécessite de l'électricité pour fonctionner. L'illustration ci-dessous montre un circuit simple contenant une batterie, deux fils, un interrupteur et une ampoule. Le flux d'électricité provient de la borne à haut potentiel (+) de la batterie à travers l'ampoule (l'allumant) et revient à la borne négative (-), dans un flux continu lorsque l'interrupteur est en position de marche afin que le courant puisse couler.

Diagramme schématique d'un circuit simple  

Ce qui suit est un diagramme schématique du circuit simple montrant les symboles électroniques de la batterie, de l'interrupteur et de l'ampoule.

Simuler un interrupteur 

Simulation d'un interrupteur en déconnectant un fil ou en ajoutant un crayon

Il existe plusieurs façons de simuler un interrupteur dans un circuit simple. Le simple fait de retirer et de remplacer le fil de l'ampoule peut servir d'interrupteur. Un autre interrupteur simple peut être effectué en attachant l'extrémité de l'un des fils à l'extrémité de la gomme d'un crayon à l'aide d'un élastique. Ensuite, attachez un autre élastique à l'autre extrémité du crayon, et en posant simplement l'autre extrémité sur - puis hors de - le fil de connexion, vous avez créé un interrupteur. D'autres types de conducteurs peuvent également être utilisés dans la conception des interrupteurs, tels que le papier d'aluminium, les pinces à cheveux, les trombones, les attaches en papier et certains stylos en métal.

lecture recommandée

• Décamper! Construisez votre propre sonnette électronique (Troll Assoc., ISBN : 0816761965)
• Série de témoins oculaires DK: Électricité (ISBN: 0751361321)
• Eyewitness Electricity, par Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
• Comment fonctionne la science, par Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)

Activité d'écriture

Rédigez un essai ou un paragraphe décrivant d'autres exemples de deux boutons (interrupteurs) actionnant un appareil électrique (porte de garage, éclairage d'escalier, ordinateur branché sur une multiprise). En quoi ces circuits diffèrent-ils de l'exemple du buzzer ?

Alignement sur les cadres de programmes

Remarque: Les plans de cours de cette série sont alignés sur un ou plusieurs des ensembles de normes suivants:

• S. Normes d'enseignement scientifique (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Normes scientifiques de nouvelle génération (http://www.nextgenscience.org/)
• Normes d'alphabétisation technologique de l'Association internationale pour l'éducation technologique (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S.National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Mathematics (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Normes d'État de base communes pour les mathématiques (http://www.corestandards.org/Math)
• Association des professeurs d'informatique K-12 Normes d'informatique (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Normes nationales d'enseignement scientifique De la maternelle à la 4e année (4 à 9 ans)

NORME DE CONTENU A: La science comme enquête

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités nécessaires pour faire une enquête scientifique
• Compréhension de la recherche scientifique

NORME DE CONTENU B: Science physique

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Lumière, chaleur, électricité et magnétisme

NORME DE CONTENU E: Science et technologie

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Compréhension de la science et de la technologie

Normes nationales d'enseignement scientifique De la 5e à la 8e année (10 à 14 ans)

NORME DE CONTENU A: La science comme enquête

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Capacités nécessaires pour faire une enquête scientifique
• Compréhensions sur la recherche scientifique

NORME DE CONTENU B: Science physique

À la suite de leurs activités, tous les élèves devraient développer une compréhension

• Transfert d'énergie

NORME DE CONTENU E: Science et technologie

À la suite des activités, tous les élèves devraient développer

• Compréhension de la science et de la technologie

Normes scientifiques de la prochaine génération de la 3e à la 5e année (8 à 11 ans)

LIVRAISON      

Les étudiants qui font preuve de compréhension peuvent:

• 4-PS3-4. Appliquez des idées scientifiques pour concevoir, tester et affiner un appareil qui convertit l'énergie d'une forme à une autre.

Normes scientifiques de la prochaine génération de la 3e à la 5e année (8 à 11 ans)

Conception technique

Les étudiants qui font preuve de compréhension peuvent:

• 3-5-ETS1-1.Définissez un problème de conception simple reflétant un besoin ou un besoin qui inclut des critères spécifiés de succès et des contraintes sur les matériaux, le temps ou le coût.
• 3-5-ETS1-2.Générer et comparer plusieurs solutions possibles à un problème en fonction de la mesure dans laquelle chacune est susceptible de répondre aux critères et aux contraintes du problème.

Normes scientifiques de la prochaine génération de la 6e à la 8e année (11 à 14 ans)

Conception technique

Les étudiants qui font preuve de compréhension peuvent:

• MS-ETS1-2 Évaluer les solutions de conception concurrentes à l'aide d'un processus systématique pour déterminer dans quelle mesure elles répondent aux critères et aux contraintes du problème.

Normes de littératie technologique - Tous les âges

Conception

• Norme 8: Les élèves développeront une compréhension des attributs de la conception.
• Norme 9: Les étudiants développeront une compréhension de la conception technique.

Norme 10: Les étudiants développeront une compréhension du rôle du dépannage, de la recherche et du développement, de l'invention et de l'innovation, et de l'expérimentation dans la résolution de problèmes.

En travaillant en équipe, vous devez développer un circuit d'avertisseur à deux boutons qui simulerait la façon dont les sonnettes d'une porte avant et d'une porte arrière pourraient à la fois sonner un avertisseur ou une sonnette. 

1. Lisez les fiches de référence des étudiants fournies à votre équipe.
2. Dessinez un diagramme schématique de la configuration du buzzer à deux boutons ci-dessous.
3. Une fois que votre équipe a un schéma viable, construisez votre circuit avec les pièces fournies par votre professeur (fil, batterie, deux boutons (interrupteurs) et buzzer).
4. Répondez aux questions qui suivent sur cette feuille de travail de l'élève.
5. Présente la conception de votre groupe à la classe après la construction.

Dessinez un schéma de la conception du circuit du buzzer à deux boutons dans la case ci-dessous.

Y aurait-il une limite au nombre de commutateurs que vous pourriez câbler ensemble pour faire retentir le buzzer ? Si oui, pourquoi ? Si non, pourquoi pas ?

Ce même concept de circuit fonctionnerait-il pour un ouvre-porte de garage à deux boutons (un dans la voiture et un dans le garage) ? Pourquoi? Pourquoi pas?

Idée avancée - construire un circuit de buzzer à deux boutons qui va d'une salle de classe à l'autre !