[Séquence] Le manège électrique

Auteurs : Elisabeth Plé
 
Résumé : [Séquence] - Un manège électrique fabriqué est présenté à la classe (l’idéal serait d’en disposer de deux), après que les élèves l’aient manipulé, l’enseignant leur annonce qu’ils fabriqueront un tel manège, mais que dans un premier temps ils vont devoir découvrir le fonctionnement des différents éléments qui le composent .
 
Objectifs notionnels :
- Circuits électriques simples (fermés et ouverts)
- Conducteurs et isolants - Objectifs méthodologiques :
- Décrire et représenter ce qui a été réalisé expérimentalement
- Donner son point de vue et l'argumenter
- Concevoir et réaliser un protocole expérimental
- Concevoir et réaliser un objet technique
 
Durée : 5 séances d'une heure

Copyright : Creative Commons France. Certains droits réservés

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Dynamique de la séquence :

 

Cette séquence est un réinvestissement et un approfondissement de la séquence sur le circuit électrique: http://www.fondation-lamap.org/fr/page/20215/le-circuit-electrique

Un manège électrique fabriqué est présenté à la classe (l’idéal serait d’en disposer de deux), après que les élèves l’aient manipulé, l’enseignant leur annonce qu’ils fabriqueront un tel manège, mais que dans un premier temps ils vont devoir découvrir le fonctionnement des différents éléments qui le composent (séance 1). Cette « parenthèse électrique » a en autre pour but de faire construire un premier niveau de formulation du concept de circuit électrique : « une pile, avec entre ses deux bornes une chaîne ininterrompue de corps conducteurs » (à ce niveau, les conducteurs = métaux, les non conducteurs= les non métaux).Cette construction se fera en deux temps ; les élèves devront d’abord faire fonctionner un moteur avec une pile, puis le faire fonctionner loin de la pile avec des « fils électriques » (séance 2) . Ils auront ensuite à remplacer les fils par d’autres objets en différentes matières ; ils trieront les objets selon le fait que le moteur fonctionne ou pas et seront ensuite amenés à distinguer les matières conductrices, des matières isolantes (séance 3). En séance 4, les élèves seront invités à concevoir un manège électrique, d’abord sur le papier, puis à le réaliser. Ce travail pourra se conclure par une petite exposition interactive dans l’école, où ces enfants mettront leurs camarades en situation de questionnement et de recherche à partir de leur propre manège réalisé.( séance 5).

 

Remarque : la fabrication du manège pourrait être dissuasive car jugée ambitieuse et nécessitant un matériel supplémentaire. Elle se réalise très facilement et procure une réelle joie chez les enfants ; elle est un élément de motivation très important. L’exposition finale de cet objet constitue une étape déterminante valorisant énormément le travail réalisé aux yeux des autres élèves de l’école.

 

 

 

 

Résumé : « Qu’est-ce que c’est ? Pouvez-vous me décrire tout ce que vous voyez ? ». Il s’agit de décrire le manège en commençant à lister les différentes parties de celui-ci. Parmi les éléments proposés, il y aura « il tourne ou il doit tourner », « il y a un moteur, des piles,… ».
 
Objectif :
- Faire fonctionner un objet (le moteur) par essai-erreur
- Passer du dessin au schéma pour conceptualiser.
 
Matériel (par binôme ou par élève) :
- Une pile plate
- Un moteur
 

Connaissance/notion scientifique : pour que le moteur fonctionne, les bornes de la pile doivent être en contact avec celles du moteur

 

Vocabulaire introduit : Schéma, bornes, moteur

 

Phase introductive :

L’enseignant présente un manège aux élèves et les questionne :

« Qu’est-ce que c’est ? Pouvez-vous me décrire tout ce que vous voyez ? ». Il s’agit de décrire le manège en commençant à lister les différentes parties de celui-ci. Parmi les éléments proposés, il y aura « il tourne ou il doit tourner », « il y a un moteur, des piles,… ».

Les élèves manipulent chacun leur tour : ils font tourner le manège.

Une affiche avec 2 colonnes rassemble tous les éléments énoncés par les élèves : les éléments de description, les problèmes que l’on doit résoudre. Les problèmes résolus seront ainsi surlignés au fur et à mesure.

L’enseignant leur explique ensuite que le projet est d’en construire un chacun, mais que pour cela, il faut résoudre les problèmes que le groupe a notés. Le premier qui se pose est le suivant : « Comment faire fonctionner un moteur avec une pile ? »

 

 

Déroulement :

 

Phase 1 : Chaque binôme reçoit un moteur et une pile. Par tâtonnement ils réussissent à faire fonctionner le moteur, mais ne constatent pas immédiatement le mouvement ( ça fait du bruit, ça chatouille). Faire mettre un petit carton au bout de l’axe du moteur pour constater que ça tourne ( joie assurée !)

 

Phase 2 : L’enseignant propose aux élèves le circuit réalisé qui permet au moteur de fonctionner et leur demande de le dessiner : : « vous dessinez comme si vous deviez montrer à un copain comment réaliser avec un moteur un circuit qui lui permette de tourner ».

 

Phase 3 : Les dessins sont affichés au tableau et comparés. On se pose en particulier la question de la pertinence de faire apparaître les informations sur la pile. On insistera sur le manque de précision de certains dessins concernant la mise en évidence des points de contact entre la pile et le moteur. En somme, cette discussion doit aboutir à ne retenir que les éléments essentiels pour faire comprendre quels contacts on doit établir entre la pile et le moteur afin d’aboutir à un schéma, le plus épuré possible.

A l’issue de cette discussion, on peut éventuellement s’aider de 2 maquettes en carton symbolisant le schéma du moteur et de la pile. 

 

 

 

Penser à nommer les différentes parties de la pile et du moteur

 

Les élèves réalisent individuellement sur leur cahier le schéma qui est éventuellement repris par l’enseignant pour devenir l’écrit institutionnel

 

 

Résumé : Faire fonctionner le moteur loin de la pile

Objectif : Rechercher de manière empirique une solution à un problème, réinvestir un savoir, schématiser en réinvestissant les notions vues précédemment.
 
Matériel (Par élève ou par binôme ) : 
- 1 pile,
- 1 moteur électrique,
- 2 fils électriques dénudés
 

Connaissance/notion scientifique :pour que le moteur tourne, il faut que l’électricité circule. Il ne faut pas d’interruption dans le circuit/ chemin/ parcours/ boucle

Vocabulaire introduit : circuit fermé

Déroulement :

Proposition d’évaluation en début de séance 2

 

Phase 1 : rappel de la séance précédente. L’enseignant propose une fiche (voir ci-dessus). Puis une mise en commun est réalisée

Phase 2 :On propose aux élèves de faire fonctionner le moteur loin de la pile (dans un premier temps on ne leur distribue pas les fils électriques). Ils cherchent une solution par binôme et peuvent, le cas échéant avoir recours au manège (sur le manège, on voit nettement des fils électriques arriver à la pile).

Remarque : prévoir des pinces « croco », des moyens d’accrocher les fils, en fonction des difficultés de motricité fine des élèves

Phase 3 :Après un moment de synthèse avec eux pour discuter les différentes propositions, on distribue les fils électriques.

Phase 4 :.Ils réalisent la jonction entre le moteur et les bornes de la pile par l’intermédiaire des fils. (il faut cependant veiller à ce que les connexions soient bien serrées ; le cas échéant, on aidera les groupes qui seraient en difficulté).

Phase 5 Chaque élève dessine le circuit électrique réalisé en réinvestissant les codes précédents pour schématiser un moteur et une pile.

 

 

Résumé : Remplacer les fils par d’autres objets
 
Objectif : Émettre des hypothèses. Trier des objets. Réaliser un classement en prenant en compte des critères. S’exprimer par écrit pour émettre des hypothèses, mettre en mémoire des résultats, tirer des conclusions. Débattre et argumenter.
 
Matériel (Pour chaque élève ou binôme) :
- Une pile,
- Un moteur
- Un fil
 
Pour la phase 3 :
- Des cuillères (bois, plastique, métal),
- Des pinces à linge (bois, plastique, métal),
- Bandes (papier, d’aluminium et en plastique),
- Des règles (plastique, fer, bois),
- Des fils (cuivre, fer, laine)
 
 

Connaissance/notion scientifique : isolant/conducteur

Déroulement :

Phase 1 : rappel de la séance précédente. L’enseignant propose une fiche (voir lien) Puis une mise en commun est réalisée

Introduction de la séance : « Quelqu’un a eu besoin de fils électriques et est venu piocher dans notre stock ! Du coup, nous n’en avons plus assez pour faire fonctionner tous les moteurs ! Que faire ? » (en trouver d’autres… trouver autre chose pour que l’électricité circule)

Phase 2 : les élèves doivent chercher comment remplacer le fil électrique manquant pour faire tourner le moteur. (ils peuvent s’aider en utilisant des objets présents dans leur trousse). Généralement cette situation pose problème aux enfants, jusqu’au moment où l’un d’entre eux réussit à trouver un  objet, les autres pratiquent alors par imitation.

Phase 3 : Les élèves sont répartis en petits groupes et chaque groupe reçoit une boîte avec des objets. Les moteurs sont provisoirement mis à l’écart. « Quels sont les objets qui vont permettre au moteur de fonctionner ? Pourquoi ? »

Les élèves doivent noter leur prévision sur les objets susceptibles de remplacer un fil en faisant un tri a priori sur le papier au moyen d’un tableau (à trois colonnes : le nom de l’objet, leur prévision, la troisième sera complétée ensuite lors de la vérification). Les objets sont repérés par des lettres (par exemple, cuillère A, cuillère B, cuillère C). Ces lettres sont collées sur les objets pour les différencier (dans ce cas, A= fer, B= plastique,  C= bois). Cet artifice permet de différencier les objets sans désigner la différenciation par un critère de matière. Ce sera aux élèves de faire émerger le critère de matière.

Phase 4 : Echange collectif sur les prévisions des élèves. Pourquoi avez-vous fait ce choix ? Les élèves doivent argumenter.

Phase 5 : Les élèves récupèrent leur moteur et vérifient leurs prévisions. Ils réalisent le montage avec chaque objet et mettent un rond rouge (dans la troisième colonne du tableau) afin de pouvoir comparer leur prévision et le résultat de l’expérimentation.

Phase 6 : L’enseignant amorcera une discussion avec les élèves : « pourquoi le moteur tourne-t-il avec ces objets là ? ». Celle-ci devrait déboucher sur le fait que ce n’est pas l’objet en lui même qui est en cause, mais la matière dans laquelle cet objet est fabriqué. Les élèves aboutiront à la conclusion que les objets en fer, cuivre,  métal permettent de remplacer un fil

L’enseignant synthétisera les conclusions tirées lors de mise en commun, en faisant apparaître les matières conductrices électriques et isolantes. Il pourra lister les deux groupes de matières: d’une part les matières isolantes comme le plastique, le bois, la laine…, d’autre part les matières conductrices électriques, comme le fer, le cuivre, l’aluminium qui seront regroupées sous le vocable matière. 

 

 

Résumé : Concevoir un objet technique, réinvestir des acquis
 
Matériel :
- une pile,
- un moteur,
- Une bouteille en plastique (bouteille à eau minérale par ex) que l’on coupera pour ne garder que la partie embouchure.
- Un support en bois,
- Des clous pour fixer la bouteille,
- un marteau.
- Un disque en carton de diamètre 15 cm.
- Une bobine de ficelle,
- Des boules de cotillon,
- Un domino électrique,
- Un bouchon en liège (coupé en 2),
- Un pique à brochette en bois,
- Colle à bois
 
[Cliquez ici pour télécharger la fiche technique de la fabrication d'un manège électrique]

 

Déroulement: 

Remarque : cette séance est longue et devra sans doute être découpée dans le temps

Phase 1 : rappel de la séance précédente. L’enseignant propose une fiche (voir ci-dessus) Puis une mise en commun est réalisée

Phase 2 : Produire un schéma de fabrication du manège

Consigne : Vous devez d’abord dessiner votre manège en indiquant comment il va fonctionner. Puis vous devrez lister le matériel dont vous aurez besoin, Je pourrai vous aider pour les mots, si besoin (l’enseignant note les  mots au fur et à mesure des besoins au tableau)

Remarque : les élèves peuvent réaliser un dessin « artistique », sans les éléments techniques nécessaires à son fonctionnement. L’enseignant leur demandera de légender leur dessin pour les aider à indiquer le moteur, la pile, les fils

Phase 3 : Mise en commun

A l’aide des premiers schémas, les solutions envisagées sont discutées. L’enseignant effectue la liste minimale du matériel au tableau : moteur, pile, disque, fils, ficelles+balançoires.

Les élèves peuvent réaliser un nouveau dessin/schéma, plus technique et moins artistique. Il est aussi possible de formaliser au tableau le positionnement des différentes pièces

Phase 4 : Premier jet de fabrication

Les élèves prennent le matériel dont ils pensent avoir besoin et  tentent de fabriquer leur manège. Ils rencontrent deux problèmes majeurs :

-          La fixation du moteur

-          La fixation du disque

 

Phase 5 : Discussion collective et nouvelles manipulations

L’enseignant peut s’appuyer sur le manège déjà construit pour aider les élèves

Rappel éventuel : pour que la pile soit loin du moteur, il faut des fils.

La fixation du moteur

Matériel : bouteilles coupées, support en bois, clous, marteau

Problème : Comment fixer le moteur dans le goulot de la bouteille plastique (avec du papier collant)

La fixation du disque

Matériel : tige, dominos

Laisser les élèves essayer, ils vont probablement faire un trou dans le disque.

Déblocage avec le manège : utilisation de bouchons de liège et du pistolet à colle.

 

Lorsque la partie « technique » du manège sera construite, les élèves auront à compléter leur manège des éléments manquant et à le décorer.

 

Prolongement : préparation et Exposition interactive pour les autres élèves de l’école