Défis et expériences pour aborder le thème de l'énergie

Auteurs : Travail collectif(plus d'infos)
Résumé :
[Séquence] - Vent, soleil, chute d'objets : Les élèves sont incités à concevoir et réaliser des expériences et montages qui mettent en jeu différentes sources et formes d'énergie.
Durée :
une dizaine de séances.
Matériel :

Récapitulatif du matériel pour l’ensemble des activités proposées, par groupe de 4 :
À acheter :
1 cellules solaire,
4 cordons à pinces crocodiles,
1 diodes électroluminescentes (DEL),
1 moteurs 6 V,
1 génératrices (dynamos),
1 axes perforés (en bois ou en plastique L = 10 cm, Ø = 10 mm)
10 petites cuillères en plastique.
A récupérer :
1 bouchons en liège (à ramener de la maison),
1 longues règles (de la classe),
de la pâte à modeler
de la ficelle (environ 10 m),
2 trombones
1 bouteilles en plastique
A construire : 1 moulinet fixés sur des tiges en bois (qui peut avoir été réalisé avant la séance, à une autre occasion)

Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

 

Cette séquence a été réalisée par l'Ecole des Mines de Nantes, des enseignants du primaire et coordonée par Ludovic Klein.

Dans le cadre d'un accompagnement scientifique de l'opération La Main à la pâte, auprès des écoles primaires de Loire-Atlantique, l'Ecole des Mines de Nantes, depuis la rentrée 1996, a mis au point, en collaboration avec des enseignants, des mallettes contenant tout le matériel nécessaire pour réaliser des expériences dans la classe, ainsi qu'un document d'accompagnement. Ce témoignage est proposé à partir d’un travail réalisé dans le cadre de cet accompagnement . Il peut constituer une base de travail pour mettre en place des activités scientifiques selon l'approche de La Main à la pâte et la progression générale n'est qu'indicative. Volontairement, l'approche pédagogique n'y est pas développée et est légitimement laissée à l'initiative de l'enseignant qui en est le spécialiste.

Plan de la séquence

Etape 1 : Qu’est-ce que l’énergie ? représentations initiales et recherches documentaires.
Etape 2 : Le vent
Etape 3 : Des objets qui tombent
Etape 4 : De l’énergie solaire à l’énergie électrique


Etape 1 : Qu’est-ce que l’énergie ? représentations initiales et recherches documentaires.

(2 ou 3 séances courtes)

Recueillir les conceptions et connaissances initiales des élèves sur l’énergie. On peut engager la discussion en posant quelques questions du type : qu'est- ce que l'énergie ? À quoi sert l'énergie? Connaissez-vous des sources d'énergie ?  Distribuer un dessin représentant quelques objets simples (un voilier, une lampe, un vélo...) et demander d'identifier la source d'énergie.

Mot de la main à la pâte :
La première partie peut se faire en classe entière. La première idée à faire émerger est que l’énergie, ça sert à faire quelque chose. Les différentes sources d’énergie citées par les élèves peuvent être regroupées sous forme d’un tableau à deux colonnes : sources, utilisation. La recherche documentaire s’effectue en petits groupes, chacun ayant la charge d’une source d’énergie. Chaque groupe rend ensuite compte de ses recherches, (L’affiche n’est pas le seul moyen de rendre compte)et met à disposition de la classe les ouvrages et renseignements trouvés.

Etape 2 : Le vent est une source d'énergie.

( 3 ou 4 séances)

Les enfants vont avoir à construire un dispositif permettant d'utiliser l'énergie du vent pour soulever un objet.
L'enseignant démarre la discussion en demandant aux élèves quels sont les effets du vent dehors (les arbres bougent, les feuilles volent). Puis il leur demande de citer quelques objets qui montrent que le vent est une source d'énergie (un moulin à vent, un voilier...).
Ensuite il lance le défi suivant : soulever un objet en utilisant l'énergie du vent. On leur laisse le temps d'en discuter dans chaque groupe et de faire un schéma du montage, puis chaque groupe vient chercher son matériel.
On associe ici "énergie" à "provoquer un mouvement" suivant le schéma :

        Mouvement de l'air—Dispositif—Mouvement de l’objet

Matériel mis à disposition :
Tout ce qui peut être nécessaire à la fabrication d’un moulinet, par exemple une feuille de papier carrée (20 X 20 cm), une baguette, une attache parisienne, du scotch.
On peut leur proposer aussi une photo d’un moulinet, ou un plan de fabarication.

Fabriquer un moulinet :
1. prendre une feuille carrée (20 X 20 cm), la découper selon les pointillés
2. percer le centre avec une attache parisienne
3. rabattre au centre les angles marqués d'un point et les fixer avec du scotch sur la tête de l'attache parisienne puis attacher les pattes de l'attache parisienne sur la tige en bois.

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Mais aussi :
du fil de fer (par exemple 2 trombones),de la ficelle, une demi-bouteille en plastique, un petit objet à soulever (par exemple une pièce de monnaie).

Exemples de dispositifs permettant de monter un objet :

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On peut aussi envisager le principe de l'ascenseur :

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Mot de la main à la pâte :
Les élèves de cycle 3 savent, depuis le cycle 1, que du vent, c’est de l’air en mouvement. Il s’agit donc là de la transmission ce  mouvement à un objet pour faire un certain travail.
Pour aboutir à un dispositif (tel que ceux proposés ou d’autres)  il faudra compter plus d’une séance. Par exemple :
Séance 1 : Projet + choix de matériels
Séance 2 : Réalisation + essais + améliorations
Séance 3 : Présentation + analyse des différents dispositifs

Etape 3 : Des objets qui tombent : sources d’énergie…

Matériel pour chaque groupe de 4 :
un bouchon en liège,
une longue règle,
de la pâte à modeler,
1m de ficelle.

Enjeux : faire réaliser qu’un objet qui perd de l'altitude est aussi « source d'énergie » : il permet par exemple de déplacer un autre objet.

La première  séance commence par une discussion. L'enseignant annonce ensuite aux élèves que le but de la séance est de montrer qu'un objet en train de descendre devient une source d'énergie. Il lance alors un défi aux élèves : inventer une expérience où un objet qui descend permet d'en faire bouger un autre.

On peut donner une piste : « Que fait une petite voiture jouet placée en haut d'une pente ? »
On leur laisse le temps d'en discuter dans chaque groupe et de faire un schéma du montage, puis chaque groupe vient chercher son matériel.

Mot de la main à la pâte 
C’est en posant des questions aux élèves sur leurs premiers projets de réalisation que l’adulte oriente le travail des élèves vers des propositions réalisables. Ainsi, les élèves participent à l’élaboration et à la mise au point des dispositifs.

Voici quelques propositions d'expériences réalisées au cours des séances suivantes :

Le principe du levier :

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L'utilisation d'un contrepoids :

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(On pourra rajouter un plan incliné pour faire monter l'objet ; on peut aussi utiliser une poulie pour diminuer les frottements.)

Etape 4 : De l’énergie solaire à l’énergie électrique

Objectif : Utiliser l’énergie solaire pour faire fonctionner un moteur ou allumer une diode électroluminescente. Les élèves ont déjà quelques notions sur les circuits électriques.

Matériel : par groupe de 4 :

une DEL, ( et resistance ?) :
un moteur 6 V,
une cellule solaire,
des cordons crocodile,
une journée ensoleillée,
une calculatrice solaire.

Les enfants utilisent une puis plusieurs petites cellules solaires pour alimenter des moteurs ou des diodes électroluminescentes (DEL).  La séance commence par une discussion : connaissez-vous des applications de l'énergie solaire ? Observer une calculette solaire. Avec quelle énergie fonctionne-t-elle ? Distribuer une cellule solaire, un moteur et des fils pour chaque groupe. On lance le défi suivant : allumer un moteur en utilisant l'énergie du soleil. On peut ensuite demander aux élèves d'allumer une DEL. Avec une seule cellule cela ne marche pas. Si les élèves se souviennent bien du module électricité, ils auront peut-être l'idée de mettre plusieurs cellules en série.

Pour l'utilisation de la DEL, il faut veiller à respecter la polarité des bornes.

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Le mot de la main à la pâte
Il est prudent de prévoir plus d’une séance si on veut disposer d’un temps de rappel des connaissances acquises en électricité, pour être sûr que les élèves participent à l’élaboration et à la mise au point des dispositifs.
Les cellules solaires fonctionnent aussi avec la lumière artificielle (cas des calculatrices) et il peut être tentant, un jour sans soleil, d’avoir recours à des lanpes électrique pour alimenter les cellules… Ce qui reviendrait à fabriquer de l’électricité avec de l’électricité !

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