Savoir utiliser une balance et construire une balance.

Le travail sera effectué par 12 élèves de CE2, en groupes de 2 à 3.

L'école, son environnement et l'arrivée de la Main à la pâte

Séance n° 1

soupeser des objets variés afin de les classer selon leurs masses, du plus léger au plus lourd.

des objets emballés, de tailles et de formes différentes.

vous devez classer ces objets du plus léger au plus lourd, sans matériel, selon leurs masses.

distribution, tâtonnement, discussion, hypothèses... dans les groupes.

Certains groupes cherchent à savoir ce que contiennent les boîtes, afin d’évaluer si la masse est élevée ou non (ex : les craies, c’est lourd...)
D’autres groupes secouent les boîtes pour apprécier le contenu, un autre encore propose de déballer les objets (ce que l’enseignante refuse). Un élève émet l’hypothèse que le plus petit objet pourrait être le plus lourd (c’est un piège qu’on nous a fait...)

Tous les groupes, au bout d’un moment, soupèsent les objets avec les mains.

Les schémas sont affichés et on remarque que par ce procédé, tous les groupes n’arrivent pas au même résultat.

Les enfants proposent alors de fabriquer une balance : règles, ciseaux, cahiers, livres mis en équilibre mais ce système ne permet pas de vérifier les résultats trouvés dans les groupes.

Synthèse : (en collectif)

On a rangé des objets, du plus léger au plus lourd, en soupesant (terme amené par l’enseignante), mais les groupes ont obtenu des résultats différents.

De plus, ni la taille, ni la forme ne sont des critères de masses, car les groupes ont trouvé de petits objets plus lourds que des gros.

Question de l’enseignante :
Pour la prochaine fois, comment pourriez-vous classer ces mêmes objets, selon leurs masses et être certains du classement ?

Réponses (unanimes des élèves) :

Nous avons besoin d’une balance.

Durée : de 45 à 50 minutes.

Elèves totalement investis dans la problématique proposée mais très gênés par l’emballage des objets qui les empêchait de voir le contenu. Les élèves connaissent par expérience, du moins à ce qu’il prétendent, la densité   de certains matériaux par rapport à d’autres matériaux usuels (craies, coton...).

La difficulté a résidé dans la synthèse du classement : ils ont tous utilisé la comparaison des objets deux à deux. Ils ne sont pas parvenus à faire un tableau synthétique du classement des objets, selon leurs masses.

Séance n°2

Comparer des masses d’objets et les ranger du plus léger au plus lourd.

Des objets de taille identique, mais de masses différentes (ex : des boîtes de pellicules photos vides, et pleines de cailloux), des gros objets très légers, de très petits objets très lourds, des objets de masses sensiblement équivalentes...

Une balance de Roberval.

Vous devez classer ces objets selon leurs masses, du plus léger au plus lourd, en utilisant la balance.

- on observe la balance et on indique les différents éléments constitutifs.

- on dessine la balance (affiches commentées puis dessins individuels) avec les noms des éléments (plateaux, socle, fléau, aiguille, graduations...)

- on distribue les objets et on manipule dans les groupes.

- temps de mise en commun : on remarque qu’avec la balance, il est plus aisé de comparer des masses.

- conclusion en commun : tous les groupes sont d’accord pour les objets de masses très différentes mais le problème n’est pas résolu pour les objets de masse presque identique.

- après discussion, l’ensemble des élèves demandent des masses marquées pour effectuer des pesées qui permettrait de vérifier les résultats.

On a comparé des masses d’objets avec une balance. Des petits objets peuvent être très lourds et l’inverse également. Les objets qui ont une masse très proche doivent être pesés pour pouvoir être rangés selon leurs masses.

Durée : 45 à 50 minutes.

Bilan : bon investissement.

Séance n° 3

Peser des objets afin de les ranger du plus léger au plus lourd et réaliser l’équilibre de la balance.

objets, sable (pour réaliser la tare), balance de Roberval, des unités de masses arbitraires, masses marquées.

vous devez peser des objets et les ranger, selon leurs masses, du plus léger au plus lourd, d’abord en utilisant des pastilles (ou des billes) puis des masses marquées.

- rappel des éléments constituants une balance et observation.

- questionnement : si je compare deux objets de masse identique, comment seront les plateaux, le fléau, l’aiguille.

- fléau droit, plateaux à la même hauteur, aiguille au milieu.

- nous devons, avant de peser, réaliser l’ équilibre .

- avec du sable, les groupes réalisent l’équilibre.

- schématisation individuelle et mise en commun : dans certains groupes, on a mis du sable dans un seul plateau, dans d’autres, on a versé tout le sable proposé.

- balances équilibrées puis pesée des objets avec des pastilles.

- classement des objets selon leurs masses.

- mise en commun : tel objet" pèse "tant de pastilles, tel autre tant de pastilles.

( impossibilité pour les élèves à dire que : plus on utilise un nombre élevé de pastilles, plus l’objet est lourd.)

- vérification du classement avec des masses marquées.

- les objets de masses presque identiques peuvent être intégrés dans le classement ce qui était impossible auparavant.

Pour ranger des objets selon leurs masses, on peut les peser. Avant d’effectuer des pesées, la balance doit être en équilibre. Pour équilibrer la balance, on utilise une tare . Pour peser, on utilise des masses marquées qui permettent de peser des objets de masses différentes, mais aussi des masses presque identiques. Les masses des objets classés, sont exprimées en grammes.

Durée : 45 à 50 minutes.

Les enfants ont eu des difficultés à exprimer, et surtout à comparer des masses d’objets, en utilisant des unités arbitraires mais ont bien ressenti la nécessité d’utiliser un unité commune (le g).

Les pesées ont été facilement effectuées car les élèves avaient travaillé sur les masses dans leurs classes de CE2 mais en même temps, il n’y a pas eu de découverte de la masse marquée.

Les élèves ont apprécié de vérifier leur classement de la séquence précédente avec des masses et il y a eu beaucoup de discussions quant à l’utilisation des pastilles qui était pour eux très peu pratique (certains voulaient les couper en petits morceaux pour une pesée plus précise).

Bon investissement.

L’enseignante propose pour les prochaines séquences de fabriquer des balances, afin que chaque enfant en emporte une à la maison (enthousiasme !)

Séances n° 4 et 5

construire une balance.

bandes de carton, attaches parisiennes, barquettes en plastique, élastiques, boîtes de conserves (hautes), colle forte, scotch double face, Robervals.

avec ce matériel, vous devez construire une balance.

- distribution du matériel pour fabriquer une seule balance par groupe (pour deux enfants).

- observation de la balance de Roberval.

- chaque groupe essaie de réaliser une balance selon le modèle de Roberval.

- essai de fabrication, tâtonnement expérimental, imitation pour certains, fabrication de trébuchets.

- observation en commun des réalisations et explications de montage, dénomination des éléments.

- essai d’utilisation de la balance pour comparer des masses d’objets, notre balance ne permettant pas de "peser ".

- schématisation de la balance fabriquée.

Nous avons fabriqué une balance qui nous permet de comparer des masses d’objets.

Etes-vous satisfait de votre construction ?

Dans l’ensemble, les enfants sont satisfaits, mais certains "perfectionnistes" regrettent que l’aiguille ne soit pas mobile comme dans une vraie balance.

D’autres élèves la trouvent trop fragile et souhaiteraient l’utiliser pour des objets lourds.

Pour beaucoup, la construction a semblé facile et les élèves acceptent volontiers de construire une autre fois, une seconde balance par groupe, afin que chacun en emporte une chez lui.

Durée : 45 à 50 min.

Elèves totalement investis dans la construction.
Un seul groupe avait d’abord construit un trébuchet (plateaux vers le bas).

Un autre groupe a copié le montage sur les autres.