descriptif_des_ateliers_energie (254.45 Ko)

HEP-Vaud Diactique des sciences
Jean-Claude Noverraz
12/08/2016
Enseignement sur le thème de l’énergie selon le PER
MSN 26, MSN 36, MSN 27, MSN 37, SHS cycles 2et 3
C
Ateliers Énergie
16 ateliers autour des concepts d’énergie et de puissance
avec des ouvertures sur des problématiques sociétales, climatiques et géopolitiques
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
ChEn
FTSE
NatE
ChMa-Introd
Etat-Introd
EnPu-Intod
Méta-Introd
Ergo
Chaînes Energétiques
Formes, Transformations et Stockage de l’Energie
Nature de l’Energie
Chaleur Massique • Introduction
Etats de la matière • Introduction
Energie-Puissance avec modélisation • Introduction
Métabolisme • Introduction
Ergomètre - L’énergie liée à l’effort physique
Ateliers d’approfondissement (thèmes abordés en introduction):
9.
10.
11.
12.
ChMa-Approf
Etat-Approf
EnPu-Approf
Méta-Approf
Chaleur Massique • Approfondissement
Etats de la matière et météo • Approfondissement
Energie-Puissance avec modélisation • Approfondissement
Métabolisme • Approfondissement
Ateliers d’approfondissement (thèmes particuliers):
13.
14.
15.
16.
ESoc
Clim
GéoP
Exer
Energie et Société
Énergie et Climat
Énergie et Géopolitique
Exergie, pompe à chaleur, chauffage électrique
Pour chaque atelier, l'enseignant dispose d'un fichier au format pdf comprenant:
•
Une page de présentation avec le thème de l’atelier, un texte introductif, la liste des activité
pouvant être proposées aux élèves (situations-problèmes et exercices) et les numéros des items
d’un questionnaire à choix multiple de réponses (QCM)
•
Les données des situations-problèmes (SP) et exercices
•
Des documents d’accompagnement auxquels se réfèrent les SP et les exercices ou qui
apportent des informations complémentaires
•
Les données des items du QCM
•
Les réponses au QCM
Les trois pages qui suivent contiennent un bref descriptif des contenus des ateliers
Ressource enseignant
Chaque atelier (à télécharger) peut donner lieu à une séquence d'enseignement d'une
durée pouvant aller de une à plusieurs périodes.
Ateliers introductifs :
L
HEPVaud-didactiquedessciencesJ-ClaudeNoverraz
Leconceptd’énergieselonlePER(MSN26,MSN36,MSN27,MSN37,SHScycles2et3)
16ateliersautourdesconceptsd’énergieetdepuissance
Brefdescriptifavecindicationdescodesabrégésetdesnuméros
1. Chaînesénergétiques
avecunjeudevignettes
quel’ondisposede
manièreàraconterdes
histoires,àdirecequ’on
pense,àexpliquerce
quisepasse
L’énergiequejedépensequandjefaisdusport,d’oùvient-elle?De
labarrechocolatée?Etl’énergiedelabarrechocolatéed’oùvientelle?Ducorpsgras,dusucre?etl’énergieducorpsgrasetdu
sucre…
Unedécouverte:Ilyafinalementuneseuleorigineàtoutechaîne
énergétiqueetl’énergiefinittoujoursparsediluerdans
l’environnement!
2. Formes,
transformationset
stockagedel’énergie
Approchepardespetits
problèmes
L’énergieneseperdjamais.Chimiquedansunebatterie,ellepeut
devenirélectriquepuislumièrecommesurunécrande
Smartphone.Elleneseperdpas,maisilyatoujoursdesfuites:ça
chauffe!
Maisl’énergiepeut«dormir»parfoistrèslongtemps,stockéeà
quelquepart…
Ludique:dansdesreprésentationsassociantdespetitsdessins
(vignettes),ils’agitdemettredel’ordreetdetrouverdeserreurs!
6. Énergie–puissance
introduction
Modélisation
Sil’énergieexistaitsousformedegouttes,lapuissanceseraitun
débitdecesgouttes.Celadevienttrèsconcretquandoncompare
unebouteillequisevidedesonliquideàunappareilélectrique!
7. Métabolisme
Àcombiendecarrésdechocolatai-jedroitpourretrouverl’énergie
introduction
quej’aidépenséeenmontantdesescaliers?Etcombiende
Énergieetcorpshumain quartiersdepomme?
Ergo
Etat-Introd
ChMa-Introd
5. Étatsdelamatière
introduction
Lienentreénergieet
états
Saviez-vous…
…àquelpointlemétalestplusfacileàchaufferquel’eau?
…quel’onpeutchaufferdel’eauavecsoncorps?
…quel’eaujoueunrôleessentieldanslemaintiendeconditions
climatologiquesfavorablesàlaviesurTerre?
Commentrefroidirdel’eausansréfrigérateur?
Pourquoitranspire-t-on?
pourquoidit-onquemouillé=froid?
Pourquoidelaglaceà0°Csembleplusfroidequedel’eauà0°C?
EnPu-Intod
3. Naturedel’énergie
Exercices
Méta-Introd
NatE
FTSE
ChEn
Ateliersintroductifs:
4. Chaleurmassique
introduction
Quelleénergiepour
chaufferdel’eau?
8. Ergomètre
L’énergieliéeàl’effort
physique
Unvélod’appartement,untapisdecourse,unvéloàpédalage
elliptiqueetbrasmobileoutoutautreengindefitnessfonctionnant
commeunergomètrec’estàdireindiquantl’énergiedépenséeest
pédagogiquementfortutile.Lesactivitéssurcetenginpermettent
d’ancrerlanotiond’énergiedansunvécucorporel.
HEPVaud-didactiquedessciencesJ-ClaudeNoverraz
Méta-Approf
EnPu-Approf
Etat-Approf
ChMa-Approf
Ateliersd’approfondissement(thèmesabordésenintroduction):
9. Chaleurmassique
approfondissement
pertesetéquilibre
thermique
10. Étatsdelamatièreet
météo
approfondissement
Énergiedansl’eau,la
glace,lavapeuret
quelquesphénomènes
météorologiques
11. Énergie–puissance
-approfondissement
Miseenœuvred’une
modélisation
12. Métabolisme
approfondissement
Alimentations,besoins,
équilibrealimentaire
approchesystémiquedu
corpshumain
Combiendejoules(oudecaloriesoudewattheures)faut-ilpour
préparerdel’eauchaude?
Decombiendedegréslatempératuredel’eaumonte-t-ellesionla
chauffeavecuneénergiedonnée?
Voilàdesquestionsauxquellesonrépondenprenantounonen
comptedesaspectsdeconductionetdepertesd’énergie.
Uneextensiondelaconceptualisationdelachaleurmassique(ici
avecduferetdel’alcool)concerneplusspécifiquementlesélèves
del’OSMEP.
Oùl’onrendattentifslesélèvesauxordresdegrandeurs:l’énergie
liéeauchangementd’étateau-glaceest80foisplusgrandeque
cellequ’ilfautpourchaufferdel’eau.Pourlechangementd’état
eau-vapeurcerapportestde550!Celaexpliquepassablementde
faitsobservablesdanslaviecourantecommelasévéritéd’une
brûlureàlavapeurpourneprendrequ’unexemple.D’autrepart,
cesparticularitéssontfondamentalespourleclimatterrestre,pour
l’existencedelavie,etdonnentdesbasespourlacompréhension
desphénomènesmétéorologiquescommelefoehn,lesouragans
oulesorages.
Icileprojetestdevoirraisonnerlesélèvesenseservantdu
modèle[énergie=fluide]/[puissance=débit],etceladansdes
situationsconcrètes,rencontréesenclassemaisaussiàlamaison
avecdesappareilsménagers.
C’estlàquel’ondécryptelesétiquettesfigurantsurlesemballages
d’aliments,quel’onmesurecequ’onmangeetboitenune
journée,quel’oncomparesesbesoinsàcequ’onconsomme.
C’estlàaussiquel’onseforgeunereprésentationglobaleet
systémiquedesoncorps,représentationquipermetde
comprendreparexempleenquoil’inhalationoul’injectiond’une
substance(médicamentoudrogue)diffèredesoningestionparla
bouche.
HEPVaud-didactiquedessciencesJ-ClaudeNoverraz
Ateliersd’approfondissement(thèmesparticuliers):
Clim
ESoc
13. Énergieetsociété
Choixdeconsommateurs
Choixdeproducteurs
14. ÉnergieetClimat
Mécanismesdéterminantle
climat,réchauffement
climatique
Exer
GéoP
15. Énergieetgéopolitique
Pétrole,gaz,productionet
consommation
16. Exergie,pompeàchaleur,
chauffageélectrique
Leconceptd’exergiepour
comparerlaqualitéécologique
dequelquessystèmesde
transformationdel’énergie
Ici,onabordedesquestionsquitouchentàcertainschoix
énergétiquesetàcertainscomportements(choixdu
consommateur,isolationdesmaisons,agriculture
écologique)ainsiquesurleconceptde«tournant
énergétique».
Àl'heuredesgrandsdébatspolitiquessurlatransition
énergétiqueetladiminutiondelaconsommationd'énergie,
onparlesouventdela«Sociétéà2000W».Maisdequoi
s’agit-il?
Onpeutcomprendreparexemplecequicaractériseun
climatéquatorial,tropical,tempéréoupolaireàpartirdes
dynamiquesdescourantsmarinsetatmosphériques.Onpeut
simulerleGulfStreamavecunbacd’eauetdelaglace!
L’approcheénergétiquepermetaussid’aborderlanotion
d’effetdeserreetlesenjeuxduréchauffementclimatique.
Lanécessairetransitionénergétiqueimpliquantl’abandon
desénergiesfossilesauprofitdesénergiesrenouvelablesfait
partiedenombreuxprogrammesdedéveloppement.
Quelquesquestionspeuventêtreposées:
Quelleestlasituationàl’échellemondialeetauxéchelles
pluslocales?Quelssontlesbesoinsénergétiquesactuelset
futurs,d’oùproviennentlesénergiesconsomméesdansle
monde,dequellesnaturessont-elles,quellesperspectives
(pouvantêtrecontradictoires)sedessinentpourl’avenir.
Unevulgarisationrelativeauconceptd’exergie(quiquantifie
laqualitéd'uneénergie)apporteunethéorisationquipeut
êtreutileàl’enseignant.
Danscetatelier,onabordeaussilefonctionnementdela
pompeàchaleuretonfaituneanalysecritiqued’une
publicitépourdesradiateursélectriques.
Unfilmpeutêtremontréauxélèvesaprèsunediscussionde
classepourqu’ilspuissentvoirsileurespritcritiqueabien
fonctionné.