L'énergie
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L'énergie |
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| Christine Varloud | Ecole Elementaire Paul Langevin - Villepinte | juin 2000 | ||
Cycle : 3 (CM2)
Le mot du maître
Lorsque l'opération "La Main à la Pâte" a été lancée en Seine-Saint-Denis, je me suis portée volontaire sur l'école. Nos classes de CM fonctionnant en échange de services (géographie, sciences, anglais, éducation civique, danse), les 3 classes de CM2 (classes de 24 enfants) se sont retrouvées engagées dans cette opération, avec une seule enseignante. J'ai pu obtenir un aide-éducateur sur ma classe, mais pas sur les 2 autres (problème d'emplois du temps).
Ces activités se sont donc avérées un peu lourdes à gérer. Cependant, l'opération ne m'a pas posé de problème majeur car je travaille depuis plusieurs années de cette façon (tâtonnements, expériences, recherche par groupes,...), en géométrie et sciences en particulier.
L’ÉNERGIE
3ème année de cycle 3 (CM2)
Travail sur quatre séquences
Séance n° 1 (30 minutes)
2) Retour en commun. Chaque groupe a nommé un rapporteur qui lit toutes les idées trouvées. Chaque enfant des autres groupes peut demander des précisions (" Pourquoi avez-vous choisi cette idée ? ").
Idées trouvées par les enfants: télé, puissance, circuit électronique, ordinateur, voltage, volt, isolant, conducteur, fil électrique, ampoule, lumière, pile, négatif, positif, énergie physique, prise, EDF, électricité statique, courant, transistor, usine, téléphone, moteur, carburant, gaz, roulement, vapeur, vent, eau, batterie, soleil, résistance, fer, économies, vitamines, volume, câble, compteur électrique, étincelle, éclair, taper dans le ballon, bouger, disjoncteur.
Remarque : Le travail effectué est à placer dans le cahier d’expériences.
Bilan : Les enfants ont trouvé énormément de choses, ils m’ont même parfois surprise par leurs connaissances et leurs idées. À la fin de la séquence, alors que je me proposais de faire la liste des idées trouvées dans chaque groupe, ils se sont eux-mêmes pris en charge et un enfant de chaque groupe s’est désigné pour faire ce "mini-rapport" sur son ordinateur personnel. J'ai donc obtenu, dès le lendemain, les "rapports" de tous les groupes, que j'ai photocopiés. Tous les enfants ont donc dans leur cahier d'expériences les idées de toute la classe.
Séance n° 2 (environ 40 minutes)
1) Retour sur la séquence précédente, pour un premier tri des informations. Groupés par 4, les enfants ayant à présent toutes les idées de la classe essaient de regrouper ces mots suivant une certaine logique.
2) Retour en commun, discussion pour expliquer le classement. Choix d’un tri d’informations.
Bilan : Les enfants ont vite compris ce qui leur était demandé, peut-être parce que ce genre de travail est assez souvent demandé dans la classe depuis deux ans (en géométrie par exemple). Certains, possédant plus de connaissances sur le sujet, ont "porté" leurs camarades vers le classement suivant :
- ce qui fournit l’énergie
- ce qui a besoin d’énergie
- ce qui transporte l’énergie
Remarque : Le travail effectué est placé dans le cahier d’expériences.
Séance n° 1 (environ 30 minutes)
1) Retour sur le travail individuel de la séquence précédente, discussion collective.
2) Recherche, par groupe de 2, de la source d’énergie de chaque élément colorié dans le dessin. (Le concept " source d’énergie " aura été expliqué durant le premier moment de la séquence.)
3) Retour au collectif, avec "correction".
4) Elaboration d’un résumé : Qui a besoin d’énergie ? Quelles sont les différentes sources d’énergie ?
Résumé produit :
Les hommes et les animaux ont besoin d’énergie pour vivre : les aliments sont leur source d’énergie.
Les plantes ont elles aussi besoin d’énergie : l’eau, les sels minéraux et le soleil sont leurs sources d’énergie.
Les machines consomment de l’énergie : l’eau, le gaz, le soleil, la vapeur, le pétrole, le vent sont des sources d’énergie que l’homme utilise pour les machines.
Remarque : le travail effectué est placé dans le cahier d’expériences.Bilan : les enfants ont très facilement trouvé les différentes sources d’énergie utilisées, malgré des erreurs fréquentes sur l’avion (électrique !). Quelques-uns ont même colorié les champs, et signalé qu’ils avaient besoin du soleil. Le résumé s’est fait relativement vite, les enfants en ayant l’habitude dans d’autres matières (histoire par exemple).
Séance n° 2 (environ 40 minutes) Le ballon-ascenseur
1) Distribution du matériel d’expérience et des feuilles de consignes et de dessins qui iront dans le cahier d’expériences. Formation de groupes de 4 enfants. Explication et consignes de départ.
Matériel : ficelle - scotch - pailles - ballons gonflables.
Consignes : Vous devrez réaliser un montage avec lequel le ballon doit remonter seul le long d’une ficelle tendue entre deux points d’altitudes différentes. Vous devrez dessiner tous vos essais, positifs ou négatifs.
Remarque : le mot altitude est connu des enfants par la préparation du départ en classe de neige.
2) Les groupes se répartissent en différents points (classe, couloir devant la classe, salle des maîtres) grâce à la présence de l'aide-éducateur qui assiste aux séances. Les enfants ont alors 20 minutes devant eux pour résoudre le problème qui leur est posé.
3) Retour en classe pour observer les expériences de chacun. Tenter, par une discussion d’expliquer pourquoi certains montages n’ont pas fonctionné.
Bilan : Les enfants ayant un ballon à gonfler s’amusent très souvent à le lâcher pour le voir "s’enfuir", je pensais que l’expérience ne leur poserait pas de difficulté. Cependant, un seul groupe a réussi à faire remonter le ballon. Les erreurs faites le plus couramment sont : le ballon fermé hermétiquement, le ballon placé perpendiculairement à la paille.
4) Aide de la maîtresse : Qu’a-t-on fait en gonflant le ballon ? Que se passe-t-il lorsqu’on lâche le ballon ? Existe-t-il des objets qui contiennent de l’énergie et qui la restituent quand on le désire ?...
5) Phrase de conclusion à trouver ensemble. (exemple : On peut emmagasiner de l’énergie afin de l’utiliser quand on en a besoin : ballon gonflé, ressort, pile... C’est de l’énergie potentielle.)
Remarque : les dessins des différents essais effectués sont placés dans le cahier d’expériences.
Remarque : Malgré les nombreux "échecs", la séance a beaucoup plu aux enfants qui se sont vraiment "amusés" à chercher les solutions possibles, les remédiations. Ils ont tenu à faire profiter de l’expérience les autres élèves de l’école en relatant cette expérience dans le journal d’école.
APPLICATION :
En technologie : fabrication d’une chenille avec un "moteur à élastique".
Séance n° 1 (environ 15 minutes)
Texte proposé :
En brûlant, les produits combustibles produisent de la chaleur: c’est de l’énergie thermique.
L’éclair est de l’énergie électrique. L’homme ne sait pas encore capter cette énergie naturelle (d’ailleurs très faible), par contre, nous savons produire de l’énergie électrique à partir de différentes sources d’énergie.
L’énergie mécanique est produite par des corps en mouvement : eau qui coule, vagues, vent...
L’énergie musculaire est produite par les muscles de notre corps.
4 La transformation de l’énergie
Séance n° 1 (environ 20 minutes)
1) Discussion sur des objets familiers aux enfants : plaque électrique, ventilateur, barrage (étudié pour la classe de neige)...
2) Quelle forme d’énergie reçoivent ces objets ? Sous quelle forme rendent-ils l’énergie ?
3) Conclusion à établir : L’énergie peut prendre différentes formes, elle peut passer d’une forme à l’autre.
4) Travail par groupes de 2 :
Donne des exemples d’appareils qui reçoivent de l’énergie sous une certaine forme et la restituent sous une autre forme.
5) Correction collective.
Séance n° 2 (environ 20 minutes)
1) Observation d’une bicyclette apportée en classe. Que se passe-t-il lorsque l’on fait du vélo la nuit ? Qu’est-on obligé de faire ? Essayons de comprendre comment cela fonctionne.
1ère étape : La fillette, grâce à ses efforts, produit de l’énergie ____________________.
2ème étape : Grâce aux ____________________, l’énergie ____________________ est transformée en énergie ____________________.
3ème étape : Dans la ____________________, l’énergie ____________________ est transformée en énergie ____________________.
4ème étape : Dans le filament de l’____________________, l’énergie ____________________ est transformée en énergie ____________________. Le filament devient chaud et produit de la ____________________.
Les enfants ont colorié les différents "parties" qui produisent ou transforment l'énergie, et reporté ces couleurs dans le texte.
Bilan : Certains groupes ont très bien fonctionné, la majorité a eu plus de difficultés, en particulier pour trouver la transformation, dans l’ampoule, de l’énergie électrique en énergie thermique (le filament chauffe). Peut-être aurait-il fallu davantage insister, lors de la séquence précédente, sur l’ampoule électrique.
Séance n° 3 (environ 20 minutes)
Cette séance a été réalisée après le début du travail sur l'électricité, afin de supprimer les problèmes de compréhension du circuit électrique. Les enfants ont donc les notions d'isolant, de conducteur, de branchement de pile…
Schéma réalisé par une élève :
Questions posées par l'enseignante pour orienter la discussion :
Où passe l’électricité ? Pourquoi le second moteur ne reçoit-il pas d’électricité ? La lampe va-t-elle s’allumer ?...
Discussion collective et mise en marche du système.
2) Questions posées par les enfants et recherche collective des expériences possibles pour répondre à ces questions.
Bilan : Le montage a vraiment enthousiasmé les enfants. (" C’est magique ! ") Questions posées par les enfants (et expérience proposée):
- Les 2 moteurs sont-ils vraiment semblables ? (® Nous devrions échanger les moteurs de place.)
- Si on place 2 piles, l’ampoule devrait s’allumer plus. Peut-on essayer ?
- Pourquoi l’ampoule ne brille pas autant que quand on l’allume directement sur notre pile ? (® Nous devrions vérifier en branchant la pile directement sur le deuxième moteur.)
- Pourquoi le 1er moteur chauffe-t-il ? (le second beaucoup moins).
Remarque : Pour ces deux dernières questions, nous avons beaucoup réfléchi pour savoir ce que devenait l’électricité fournie par la pile. Nous avons fini par parler de pertes d’énergie car certains enfants ont fait remarquer que la chaleur du moteur était une forme d’énergie et qu’elle ne pouvait provenir que du passage de l’électricité. Je n’ai pas approfondi plus cette question car les pertes d’énergie ne sont pas "mesurables", elles existent aussi par les frottements... Je pense qu’il est déjà bien que les enfants aient fait cette réflexion et soient arrivés à cette conclusion.
Remarque : La séquence prévue pour 20 minutes a en fait duré 45 minutes, il a fallu qu’on la poursuive après la récréation car les enfants avaient beaucoup de questions. Les enfants ont demandé à fabriquer eux-mêmes le circuit ; il a donc été réalisé un montage par groupe de quatre enfants.
Séance n° 4 (environ 20 minutes)
1) A propos du montage de la séquence précédente, par groupes de 2, 3 ou 4, les enfants sont invités à remplir le tableau suivant :
Indique tous les "objets" rencontrés dans le montage, en les laissant dans l’ordre, et essaie d’indiquer pour chacun leur rôle.
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Objet |
Rôle |
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Pile (source d’énergie) |
Fournit l’énergie électrique |
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... |
... |
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... |
... |
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... |
Lumière |
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Objet |
Rôle |
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Pile (source d’énergie) |
Fournit l’énergie électrique |
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Fils électriques |
Conduisent l'électricité |
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Interrupteur |
Ouvre ou ferme le circuit |
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Fils électriques |
Conduisent l'électricité |
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Moteur 1 |
Transforme l'énergie électrique en énergie mécanique |
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Roues + chaîne |
Transmettent le mouvement |
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Moteur 2 |
Transforme l'énergie mécanique en énergie électrique |
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Fils électriques |
Conduisent l'électricité |
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Ampoule (filament) |
Transforme l'énergie électrique en énergie thermique ® Lumière |
Bilan : Les enfants ont bien réussi à trouver les différents objets rencontrés et leur rôle, ce qui m’a assez étonné, car ce n’était pas si facile que cela en avait l’air. Je pense que les questions posées lors de la séance précédente ont beaucoup aidé. 2 ou 3 groupes, lors du retour collectif, ont même remarqué que les transformations de l’énergie dans ce montage correspondaient aux mêmes transformations que pour la bicyclette, observées lors du travail sur l’énergie.
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| Christine Varloud | Ecole Elementaire Paul Langevin - Villepinte | juin 2000 | ||
Cycle : 3 (CM2)
Travail sur deux séquences
Remarque : Ayant suivi ma classe, les enfants ont déjà des notions sur l’énergie électrique, les isolants et conducteurs. Les séquences de découverte ne sont donc pas refaites cette année. De plus, le départ en classe de neige a permis de travailler en géographie sur les barrages hydroélectriques.
Comment allumer une ampoule sur une pile ?
Séance n° 1 (environ 30 minutes)
Les enfants sont répartis par groupes de 4. Ils ont chacun une feuille (pour le cahier d’expériences) sur laquelle il y a un petit historique de la pile et les consignes qui suivent : En 1796, Volta découvre le moyen de produire de l’électricité. Il empile des rondelles de cuivre et de zinc séparées par des tampons de feutre trempés dans l’eau salée. C’est en touchant en même temps la première et la dernière rondelle de cette pile qu’il obtient de l’électricité. En 1879, Thomas Edison invente l’ampoule électrique. C’est la naissance de l’éclairage par l’électricité. De nos jours, on utilise souvent des piles pour faire fonctionner les machines à calculer, les jouets, les "walk-man", les torches électriques...Tu as à ta disposition une pile plate et une ampoule.
Trouve comment placer l’ampoule pour qu’elle s’allume.
Tu devras dessiner tous les schémas de tes expériences, (même ceux des positions où l’ampoule ne s’allume pas), en indiquant si l’ampoule s’est allumée ou non.
Tu devras enfin en déduire une conclusion du type :
" Pour que l’ampoule s’allume, il faut ... "
2) Le retour au collectif se fait, chaque groupe proposant au tableau avec appui du schéma, une solution qui a fonctionné et une solution "échec". Les solutions se recoupant, cette activité est assez rapide. On retrouve donc au tableau toutes les expériences de la classe.
Bilan : Les enfants ont très rapidement trouvé les solutions qui fonctionnent, mais quelques groupes ont tout de même tâtonné avant. Les dessins des expériences restent peu précis. Je dois souvent intervenir pour vraiment pousser les enfants à plus de précisions, au niveau du contact de la pile sur l’ampoule (on ne voit pas suffisamment sur les dessins le point de contact).
2 Comment allumer une ampoule loin d’une pile ?
Séance n° 1 (environ 30 minutes)
1) Toujours par groupes de 4, les enfants ont de nouveau une feuille individuelle de consignes (à placer ensuite dans le cahier d’expériences).
Tu as maintenant à ta disposition une pile plate, une ampoule et du fil électrique.
Texte produit (exemple) : "On avait un long fil électrique, on l'a coupé en deux, on a dénudé les fils de chaque côté. On a vissé l'ampoule dans la douille, on a posé le bout métallique du fil dans une des parties métalliques de la douille et pareil pour l'autre côté. On a mis les autres bouts des fils sur les bornes de la pile et cela s'allume."
2) Après un retour collectif (dessins au tableau, discussion), les enfants sont invités à réfléchir sur les deux questions suivantes :
Que doit-on faire pour éteindre l’ampoule ?
Que pourrait-on introduire dans le montage pour éviter les manipulations pour éteindre et allumer plus facilement cette ampoule ?
Bilan : Les dessins de certains enfants sont plus précis que lors de la première séance, mais il y en a encore beaucoup qui ne se rendent pas compte de l’importance de la précision à donner. Par contre, les textes obtenus sont tout à fait corrects (si l’on excepte l’orthographe !), ils respectent bien la chronologie de l’expérience, même si dans quelques textes, certaines actions, sans doute évidentes pour l’enfant, ne sont pas décrites (exemple : dénuder les fils).
Remarque : Quelques enfants, ayant des frères ou soeurs plus âgés, ont une idée des symboles utilisés en électricité pour réaliser des schémas. Ils en ont parlé en classe, et tous les enfants ont demandé à les connaître. La séance s’est donc terminée sur un schéma collectif, fait au tableau. Je leur ai donné les symboles dont ils avaient besoin.
Séance n° 2 (environ 30 minutes)
1) Discussion sur les réponses données aux questions de la séquence précédente.
Application : technologie : lecture d’un schéma de montage pour fabrication d’un interrupteur. Les enfants, par groupe de 3, ont le matériel et la notice de montage.
Remarque : J’ai volontairement choisi de ne pas laisser les enfants fabriquer un interrupteur artisanal car nous avions déjà fait ce travail de recherche l’an dernier, en CM1.
2) Toujours par groupes de 3, les enfants ont cette nouvelle consigne, à placer dans leur cahier d’expériences.
Réalise à présent le nouveau circuit électrique en introduisant ce que tu as fabriqué.
Dessine le schéma de ce circuit. (Si certains de tes circuits ne fonctionnent pas, dessine-les tout de même et réfléchis avec tes camarades sur la cause de l’échec.)
Bilan : Surprise ! Les enfants ont eu énormément de mal à introduire l'interrupteur dans leur circuit. Ils ne savaient où le placer, ni comment le brancher. Beaucoup de groupes le branchaient en parallèle, et l'interrupteur ne servait à rien. Il a fallu beaucoup de tâtonnements pour arriver à la solution correcte. Le travail sur les circuits parallèles et séries se révèlera très utile !!!
Bilan général : Les enfants ont beaucoup apprécié toutes ces séances de tâtonnements, d'expériences (énergie et électricité). Cependant, ils n'ont pas vu du tout l'intérêt de mettre par écrit (texte surtout) les raisons des échecs des expériences, pour eux, le dessin ou schéma suffisait, ils n'avaient pas besoin d'expliquer pourquoi cela ne fonctionnait pas. En passant de groupe en groupe, j'ai remarqué qu'ils discutaient entre eux sur la cause de l'échec, mais qu'ils l'écrivaient rarement.
Il y a eu également une application en technologie, qui est la réalisation d'une maquette d'aéroglisseur. Cette maquette, réalisée en polystyrène, a occupé les enfants des trois classes de CM2 pendant 4 semaines. Les élèves ont emporté chez eux cette maquette. Je pense qu'il est utile d'avoir fait cette maquette afin que le travail sur énergie et électricité aboutisse à une réalisation concrète.
J'ai par la suite poursuivi le travail sur l'électricité, en étudiant les circuits parallèles et en série.