Mesurer la force du vent

Auteurs : Alain Chomat(plus d'infos)
Résumé :
à partir d’une question « Comment estimer la force du vent ? » les participants ont à imaginer et réaliser un dispositif qui permette de répondre à la question. Ce faisant ils vont être amenés à vivre une démarche d’investigation, démarche qu’ils seront conduits à caractériser dans un second temps. Il leur est enfin demandé de proposer une séquence de classe (ou au moins une séance) respectant les divers moments et activités des élèves et des maîtres relevant de cette démarche. C’est une première séance de formation à la démarche d’investigation pour des enseignants des écoles. Mais elle peut aussi constituer une information pour divers membres de la communauté éducative.
Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

Contexte

  • Thème
    • Formation d’enseignants à la démarche d’investigation à partir d’une activité à dominante technologique : « construire un dispositif qui permette de mesurer la force du vent »
  • Public
    • une dizaine d’enseignants du primaire
  • Durée : 3 heures

Déroulement

  • Préparation de la salle :
    • Étaler tout le matériel sur une table. Il doit être visible par tous
      • Bouchons, pailles, pics à brochette
      • Scotch, colle, ficelle, élastiques
      • Ciseaux, poinçons, cutters
      • Balles de golf ou de ping-pong, boules de polystyrène, ballons de baudruches
      • Pâte à modeler
      • Sable
      • Petites bouteilles en plastique vides
      • Etc.
    • Préparer les tables pour des groupes de 3-4 personnes
  • Distribution des fiches : 
  • un exemplaire par groupe:
    • Les étapes du travail (annexe 1)  (les points 1 et 2  correspondent à ce qui peut se faire en situation de classe)
    • La tâche proposée (annexe 2)
    • Attirer l’attention sur les mots « mesurer », « force », et « vent » sans les discuter tout de suite (se fera plus tard, dans la phase d’analyse)
      • Estimer => qualitatif
      • Mesurer => quantitatif (la place de la mesure en sciences pourra faire l’objet d’un développement ultérieur)
  • Les stagiaires doivent élaborer un protocole expérimental (temps imparti : 30 minutes)
    • Par écrit
    • Texte + dessin
    • Cahier des charges / contraintes techniques / matériel nécessaire
    • Ne sont en principe autorisés à prendre le matériel que si l’animateur a donné son accord (accord si le protocole rédigé est complet : schéma du dispositif + matériel nécessaire + marche à suivre, quelle que soit la validité de la proposition)
    • Si les idées se font attendre :
      • 1 membre du groupe vient voir le matériel disponible
      • Si cela est sans effet, il peut prendre du matériel, ce qui permet au groupe de « tâtonner »
  • Les stagiaires réalisent leurs dispositifs (environ 30 minutes)
    •  Attention aux traces écrites : si le dispositif évolue, il faut que le cahier montre cette évolution (importance des traces écrites)
    • Essais : le dispositif final répond-il à la demande ?
  • Les différents groupes présentent leurs réalisations (10-15 minutes par groupe)

Chaque groupe désigne un rapporteur qui expose les travaux du groupe en 10 minutes.

Quelques exemples de dispositifs proposés :
- Une boule suspendue à un fil, la boule monte plus ou moins haut suivant la force du vent
- Idem avec plusieurs boules de masses différentes
- Un moulinet qui tourne plus ou moins vite
- Un moulinet qui, en tournant, enroule une plus ou moins grande longueur de ficelle
- Une paille qui glisse sur un fil tendu et qui va plus ou moins loin 
(si les frottements sont importants, la paille ne bouge pas, si la force du vent compense ou est supérieure aux frottements, elle se déplace jusqu’au bout du fil, quelle que soit sa longueur)

Discussions et questions au cours des présentations : c’est un moment important où le formateur est partie prenante en tant que régulateur, non pour donner la bonne réponse mais pour relancer la discussion.

  • Analyse des dispositifs mis au point (1 heure)

C’est, dans un premier temps, une prise de conscience du cheminement qui a abouti à une proposition de réponse à la tâche demandée :
Pré-requis : Quels sont les connaissances et savoir-faire dont vous avez eu besoin pour répondre à la question ?

      • Revenir sur les mots « mesurer », « force » et « vent »
    • Quelles sont les notions ou connaissances qui peuvent être construites à partir de cette activité ?
      • Point de vue scientifique
        • Mesurer :
          • Choix de l’unité
          • Choix d’un instrument
          • Égalité de mesures (peut-on comparer ?)
          • Somme de mesures (peut-on ajouter des vitesses par exemple ? pas toujours pour la vitesse, ça dépend du sens du vent)
        • Force :
          • Dispositif avec une boule : plus elle monte haut, plus le vent est fort (dans ce cas la force du vent compense le poids de la boule – rappeler que le poids est l’expression de la force de pesanteur)
          • Dispositif avec un moulinet : plus il tourne vite, plus le vent est fort (dans ce cas le vent produit un certain travail sous forme d’énergie cinétique)
        • Vent
          • Association de Air et Mouvement
          • Association de Air et Matière
      • Point de vue technologique :
        • l’appareil répond-il aux besoins ? => fonctions d’usage
        • est-il + ou – beau qu’un autre ? => fonctions d’estime
        • est-il + ou – solide qu’un autre ? quelles sont les interactions entre les différents éléments ? => fonctions techniques
        • est-il réalisable avec peu de composants, des composants peu onéreux ? => fonction économique

  Concevoir un objet : les étapes, suivies consciemment ou inconsciemment, par les participants, et que le formateur fait émerger.
Besoin => idée => contraintes => cahier des charges => solutions => fabrication

        • Quelques savoir-faire possibles :
          • Utiliser un instrument de mesure
          • Décomposer les phases d’une fabrication
          • Réaliser un dispositif de rotation avec un minimum de frottements
  • Élaborer une séquence (compter 1 h 30 à 2 h) ou une séance d’une séquence
    • Référence aux programmes
      • Cycle 1
        • Distinction objet/substance
        • Agir sur la matière
        • Fabrication d’objets
      • Cycle 2
        • Existence de l’air
        • Réalisation de maquettes et de constructions
        • Mesures de longueurs et de durées
      • Cycle 3
        • L’air, le caractère pesant
        • Exemples simples de sources d’énergie réutilisables
        • Mesures de durées et unités
        • Objets mécaniques, transmission de mouvements
    • Choix d’une connaissance ou compétence à privilégier
      • La situation est très riche, donc il y a besoin de choisir quelques connaissances et compétences à travailler
      • Exemple, pour la mesure, ça peut être la fabrication d’un instrument de mesure
    • Ébauche d’une séquence : dans le cas où la production est réduite à une séance il y aura lieu de situer la séance dans une progression (séance avant, séance après)
      • la situation ou question de départ
      • la tâche des élèves
      • organisation des travaux des élèves
      • les moments de travail en groupes
      • les moments de mises en commun
      • les écrits
      • les moments de structuration  

Remarque : la séquence du DA2 « Enseigner les sciences à l’école », « comment savoir d’où vient le vent ? » pourra être citée comme une référence possible, donc constituer un appui pour cette séance de formation.

 


 

Annexe 1

Les étapes du travail

1-Effectuer la tâche demandée:
  Lire le texte de la tâche
  Concevoir un projet d’expérience (protocole écrit)
  Choisir le matériel parmi ce qui est proposé

2-Présentation des projets
  Discussion et questions

3-Analyse de la situation expérimentale mise au point
  Les pré-requis (ce qu’il fallait déjà savoir pour faire la tâche)
  Les notions ou connaissances qui peuvent être construites
  Les compétences ou savoir-faire nécessaires

4-Intégrer cette situation expérimentale dans un enseignement
  Place dans le cursus des élèves
  Choix de la connaissance ou du savoir-faire à privilégier
  Ébauche d’une séquence : la situation ou question de départ
    La tâche des élèves
    Organisation des travaux des élèves
    Les moments de travail en groupes
    Les moments de mises en commun
    Les écrits
    Les moments de structuration

(Voir aussi le document Canevas indicatif d’une séquence)

Annexe 2

MESURER LA FORCE DU VENT

Comment estimer la force du vent ?
Nous vous proposons de réaliser un dispositif qui permette d’estimer la force du vent et de comparer des vents différents ou le même vent à des moments différents.

Vous avez à votre disposition un ensemble de matériels que vous pouvez ou non utiliser. Vous avez également la possibilité d’ajouter d’autres matériels.

Liste du matériel disponible :

Petite bouteille vide
Pique à brochette
Cure-dent
Baguette de bois
Cartoline
Bouchon
Perle
Balle en polystyrène
Fil
Tube de colle
Ciseaux
Sable
Source de vent

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