Présentation du thème en CE2/CM

Les engrenages
Présentation – Cycle 3
Points du programme abordés (I.O.)
Cycle 3 : Le monde construit par l’homme :
 Objets mécaniques, transmission de mouvements.
L’énergie :
 Exemples simples de sources d’énergies (fossiles ou renouvelables).
Maîtrise du socle commun
Fin de CM2 : Deuxième palier
Compétence 3. Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique
et technologique
B) La culture scientifique et technologique
L’élève est capable de :
- pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner ;
- manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ;
- exprimer et exploiter les résultats d’une mesure ou d’une recherche en utilisant un
vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral ;
- maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ;
- mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des
activités de la vie courante.
Objectifs
 Analyser et comparer le fonctionnement de différents objets techniques de la vie
quotidienne dans lesquels un mouvement est transmis ou transformé ;
 Identifier ces transformations et ces transmissions ;
 Manipuler des systèmes simples de transmission de mouvement et les schématiser ;
 Comprendre l’intérêt de ces dispositifs (pour aller plus vite, pour moins se fatiguer,
pour inverser le sens de rotation) ;
 Modéliser un objet technique existant ;
 Utiliser le matériel pour vérifier ;
 Mener une investigation ;
 Acquérir un vocabulaire spécifique.
Vocabulaire
 Mouvement, transmission, transformation, rotation, translation ;
 Engrenage, roue dentée ;
 Poulie (+ gorge) et courroie ;
 Démultiplier, surmultiplier, vitesse, force, sens du mouvement.
Avant de venir à l’école des sciences
Tri d’objets techniques
Objectifs :
• Amener les élèves à partir d'un questionnaire et d'une série d'objets à faire part de
leurs représentations à propos de ce que peut être un mécanisme, un objet avec
mécanisme, un objet avec transformation du mouvement.
• Repérer 2 grands types de mouvements : mouvement circulaire et mouvement linéaire.
• Amener les élèves à utiliser en situation les mots transmission et transformation du
mouvement.
Matériel :
A récupérer ou à présenter en photos : essoreuses à salade, clés à molette, tirebouchons, tournevis automatiques, pinces, cassettes audio, cutters sans lame, bouteilles
avec bouchon, boulons (ensemble vis + écrou), vis, écrous, clés plates, casse-noix, pinces à
linge ...
Déroulement de la séance :
1. Mise en situation :
Pour démarrer, proposer l'essoreuse à salade avec un questionnaire pour que les élèves
formulent leur point de vue sur les mécanismes. Les élèves ont l'objet essoreuse à leur
disposition, seul le couvercle est étudié. Exemple de questions :
- Qu'est-ce que c'est pour toi qu'un objet avec un mécanisme ?
- A quoi peut servir un mécanisme dans le cas du couvercle à salade ?
- Cite d'autres objets simples dans lesquels il y aurait un mécanisme.
2. Confrontation - problématisation – clarification :
Récupérer les questionnaires de départ et lire quelques définitions données du mot
mécanisme à propos de l'objet essoreuse à salade.
Noter les désaccords au tableau, ils constituent le point de départ du travail de cette
séquence.
2 cas de figure :
- Il y a désaccord à propos de la définition de mécanisme (le plus souvent) : proposer une
recherche documentaire (dictionnaire et encyclopédies)
- Il n'y a pas de désaccord : proposer aux élèves un tri collectif de quelques objets pour
éprouver, compléter la définition donnée. Puis confronter la définition de classe à celle
des dictionnaires et encyclopédies.
Exemple de définition à laquelle on peut arriver : Un objet avec mécanisme est un objet
fait de plusieurs pièces qui peuvent avoir des mouvements les unes par rapport aux autres.
Définition «Petit Larousse »2001 : « Combinaison de pièces disposées de façon à obtenir
un résultat déterminé (entraînement, freinage,...) »
3. Trier des objets :
Par groupe, les élèves reçoivent une série d'objets (voir matériel) et doivent les trier
selon qu’ils possèdent un mécanisme ou non.
Synthèse : Les élèves font part de leurs désaccords s'il y en a, cela permet de tester
d'éprouver la définition construite précédemment.
Objets sans mécanisme
Objets avec mécanisme
4. Les mouvements :
Proposer aux élèves de représenter simplement 1 ou 2 objets avec mécanisme, et de
montrer (en codant par exemple) le ou les mouvement(s) existant dans l'objet.
Synthèse – confrontation :
Faire représenter au tableau 2 objets dont le mouvement est différent, préciser où se
trouve le mécanisme et trouver la « direction » des mouvements ( mouvement « tourne »,
mouvement « avance et recule »). Introduire à l'aide du codage des flèches, les notions de
mouvement circulaire (se fait autour d'un cercle, d'un rond ; chaque point de l'objet
décrit un arc de cercle) et mouvement linéaire (se fait le long d'une ligne ; chaque point
de l'objet décrit une trajectoire rectiligne, en ligne droite). Il y a donc 2 familles de
flèches, donc 2 familles de mouvements.
Les
mouvements
linéaires
Les
mouvements
circulaires
Classer collectivement quelques objets selon le type de mouvement mis en jeu, certains
des objets fonctionnent à la fois à l'aide de mouvements circulaires et de mouvements
linéaires (ex : le tire-bouchon qui sera représenté au tableau
5. Classement les objets selon les mouvements :
Classement rapide par groupe, certains objets se trouvent dans 2 catégories (mouvements
linéaires, et mouvements circulaires).
Synthèse : Transmission et/ou transformation
Caractériser les systèmes à 2 mouvements avec appui visuel de plusieurs objets
Pour certain objet, un mouvement en produit un autre, parfois le mouvement change
(linéaire / circulaire - accélère), il se transforme. Pour d'autres un mouvement provoque
un autre mouvement de même nature sans modification, il se transmet. (exemple : stylo à
bille rétractable)
Le jour de votre visite à l’école des sciences
Le travail mené à l’école des sciences s’organisera en deux temps :
 A la découverte des engrenages, poulies et courroies
• Propriétés des engrenages, poulies et courroie par un questionnement autour de
boîtes-mystère
• Réalisation d’un défi en s’appuyant sur les notions découvertes précédemment
 Un objet fonctionnant avec des engrenages : le moulin à eau
• Le moulin : fonction et fonctionnement - Qu’est-ce-qui permet dans un moulin de
faire tourner les engrenages ?
• Construire et tester une roue à aube.
De retour en classe
Moyens de transmission et objets techniques
 Les engrenages dans les objets de la vie quotidienne : observer et
comprendre, en s’appuyant le travail fait à l’école des sciences, l’intérêt de
les utiliser.
 Découvrir d’autres moyens de transmission et de transformation de
mouvement : crémaillère-roue dentée, pignon et chaîne, bielle-manivelle…
 Elaborer et construire un objet en mouvement et comportant un moyen
de transmission.
L’énergie
 L’eau
comme
source d’énergie
pour produire de
l’électricité.
 D’autres sources
d’énergie.
Les engrenages
Le moulin à eau
 Visite d’un moulin à eau.
 Elaborer
et
construire
maquette de moulin.
une
Quelques ressources
LIVRES :
Pédagogie :
 Fiche connaissance n°25 – Documents d’application des programmes – Ministère de
l’éducation nationale
Documentaires :
 Les roues et les engrenages - Caroline Rush – Gamma
 Disques, mécanismes, engrenages - Elizabeth Amzallag-Augé - Editions du Centre
Pompidou - Collection Zigzart
 Les machines – Charline Zeitoun et Peter Allen – Mango Jeunesse – Collection
Kezako
 Comment ça marche ? Machines et engins - Nick Arnold et Allan Sanders Gallimard jeunesse
Albums et romans :
 Machines - Chloé Poizat – Rouergue
 Le manège de Petit Pierre - M. Piquemal, C. Merlin - Albin Michel
 Les machines de Munari - B. Munari - Ceranrs
SITES INTERNET :
 Site de la main à la pâte avec un module sur les engrenages : http://www.fondationlamap.org/fr/page/11143/les-engrenages-mat-riel-roues-dent-es et sur le batteur à
œufs : http://www.fondation-lamap.org/fr/page/11145/1-monter-des-blancs-doeufs-enneige
 Destiné aux 8-12 ans, ce site aborde les machines simples (roue, plans inclinés,
leviers, poulies, engrenages…) de manière drôle et ludique et permet de comprendre les
bases de la physique avec des expériences et des simulations : http://www.citesciences.fr/ressources-en-ligne/juniors/machines-simples/experiencesludiques/engrenages/index.html
 Animation
de
différents
sortes
de
transmission
de
mouvement :
http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/mouvements.html
 Site du musée des arts et métiers de Paris : http://www.arts-etmetiers.net/sites/arts-et-metiers.net/files/asset/document/carnet_engrenages.pdf
CD-ROM :
 Engrenages et manivelles : voyage au coeur des sciences et techniques - Mathieu
Sabarly - Musées des Techniques et Cultures Comtoises : Découverte des techniques des
musées de Franche-Comté - Animations 3D, vidéos, quizz, fiches bricolage... pour tout
connaître des installations hydrauliques et techniques encore en fonctionnement en
Franche-Comté.