Fiche de préparation de classe

Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture
scientifique et technologique : Cycles 3 niveau : CM1
Les circuits électriques
Programmes :
Cycle II - Découverte du monde
Au C.P. et au C.E.1, les élèves acquièrent des repères dans le temps et l'espace, des connaissances sur le
monde. Ils maîtrisent le vocabulaire spécifique correspondant. Les élèves dépassent leurs représentations
initiales en observant et en manipulant. Ils découvrent et utilisent les fonctions de base de
l'ordinateur : ils commencent à acquérir les compétences pour le brevet informatique et internet (B.2.i.).
Cycle III - Sciences expérimentales et technologies
Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectifs de :
•
•
comprendre et décrire le monde réel, celui de la nature et celui construit par l'Homme, d'agir sur
lui
maîtriser les changements induits par l'activité humaine
Observation, questionnement, expérimentation et argumentation pratiqués sont essentiels pour atteindre
ces buts. Un exemple : l'esprit de la Main à la pâte. C'est pourquoi les connaissances et les compétences
sont acquises dans le cadre d'une démarche d'investigation. Ces recherches développent la curiosité, la
créativité, l'esprit critique et l'intérêt pour le progrès scientifique et technique.
Compétences du socle commun visées :
Palier1 :
Palier 2:
LA MAÎTRISE DE LA LANGUE FRANÇAISE
Dire :
S’exprimer clairement à l’oral en utilisant un
vocabulaire approprié :
- S’exprimer avec précision pour se faire comprendre
dans les activités scolaires.
LA MAÎTRISE DE LA LANGUE FRANÇAISE
Dire :
Prendre la parole en respectant le niveau de langue adapté :
- Prendre la parole devant d’autres élèves et à bon
escient : adapter ses propos en fonction de ses
interlocuteurs et de ses objectifs.
Lire :
Lire seul et comprendre un énoncé, une consigne
simple
Ecrire :
Écrire de manière autonome un texte de cinq
à dix lignes :
- Concevoir et écrire de manière autonome un texte
narratif ou explicatif de cinq à dix lignes.
LES PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE
MATHÉMATIQUES
Organisation et gestion de données :
Utiliser un tableau, un graphique :
- Utiliser un tableau, un graphique.
Prendre part à un dialogue : prendre la parole devant les autres,
écouter autrui, formuler et justifier un point de vue :
Échanger, débattre
Participer aux échanges de manière constructive :
- demander et prendre la parole à bon escient ;
- questionner pour mieux comprendre ;
- rester dans le sujet ;
- situer son propos par rapport aux autres ;
- apporter des arguments ;
- mobiliser des connaissances ;
- respecter les règles habituelles de la communication.
Lire :
Lire seul et comprendre un énoncé, une consigne :
- Comprendre des textes scolaires (énoncés de
problèmes, consignes, leçons et exercices des
Organiser les données d’un énoncé :
manuels).
- Compléter un tableau dans des situations concrètes Repérer dans un texte des informations explicites :
simples.
- Repérer dans un texte des informations explicites.
- Organiser les informations d’un énoncé.
Effectuer seul, des recherches dans des
ouvrages documentaires (livres, produits
multimédia)
- Effectuer, seul, des recherches dans des ouvrages
documentaires (livres, produits multimédia).
Ecrire :
Répondre à une question par une phrase complète à l’écrit
- Dans les diverses activités scolaires, proposer une
réponse écrite, explicite et énoncée dans une forme
correcte.
Rédiger un texte d’une quinzaine de lignes (récit, description,
dialogue, texte poétique, compte-rendu) en utilisant ses
connaissances en vocabulaire et en grammaire
LES PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE MATHÉMATIQUES ET
LA CULTURE SCIENTIFIQUE ET TECHNOLOGIQUE
En mathématiques, en s'appuyant sur la maîtrise du calcul et des
éléments de géométrie, l’élève apprend à mobiliser des
raisonnements qui permettent de résoudre des problèmes.
En ce qui concerne la culture scientifique et technologique, l’élève
étudie :
•
la conception, la réalisation et le fonctionnement des objets
techniques
Il est initié à la démarche d'investigation tout en acquérant des
connaissances et apprend à agir dans une perspective de
développement durable.
Objectif spécifique du module :
• Être capable de faire briller une ampoule dans un circuit en série , en reliant une pile à
une chaîne de conducteurs .Savoir que si cette chaîne est interrompue , l’ampoule ne
brille pas.
• Savoir réaliser un montage qui permet de classer différents matériaux en deux
catégories : conducteurs et isolants.
• Savoir allumer deux ampoules ou davantage à l’aide d’une pile.
• Savoir distinguer les deux types de circuits en mettant en évidence les deux propriétés
suivantes :
- Dans un circuit en série, plus il y a d’ampoules, moins elles
brillent ; quand on en dévisse une, les autres s’éteignent ; chaque ampoule brille moins
que si elle était alimentée seule
- dans le cas de circuits dérivés comprenant chacun une ampoule, si
on dévisse une ampoule, les autres brillent encore ; chaque ampoule brille presque
comme si elle était alimentée seule.
• Être capable de mettre en évidence qu’une pile a deux bornes et que le fonctionnement
de certains récepteurs est affecté par le sens de leur branchement aux bornes de la pile.
Support utilisés :
•
•
•
•
B.O. H.S. n°3 du 19 juin 2008
B.O. N°1 du 5 janvier 2012
Le socle commun de connaissance et de compétences, décret du 11 juillet 2006.
Grilles de référence pour l’évaluation et la validation des compétences du socle commun palier 1 et 2.
Proposition de séances
Séance 1 : Lancement du projet : présentation d’un jeu type « docteur Maboul »
Séance 2 : Allumer une ampoule avec une pile
Séance 3 : Allumer une lampe avec une pile éloignée
Séance 4 : Isolant / conducteur
Séance 5 : Construction du jeu
Séance 6 : Construction du jeu
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : Lancement du projet : présentation d’un jeu type « docteur Maboul »
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
Objectifs pour l’enseignant :
Mettre en commun les idées sur le fonctionnement du jeu.
Emettre des hypothèses sur les différents jeux possibles.
Vocabulaire : ampoule, circuit, fil électrique
Pré requis :
Matériel :
* Jeu électrique type docteur Maboul
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Phases de la conduite de
classe
Organisation
durée
Étape 1 :
Lieu : classe
« voici un jeu électrique. D’après vous quelles sont les règles ?
Enrôlement dans l’activité
Collectif
Déroulement
Le maître présente le jeu et quelques élèves « testent » le
fonctionnement
Étape 2 :
Mise en activité
binôme
Comment ce jeu fonctionne-t-il ? De quel matériel
avons-nous besoin ?
Déroulement
Dans un cahier d’expérience, les élèves répondront
individuellement, à chacune des questions suivantes, soit
en rédigeant une réponse, soit avec des schémas.
– De quelle façon, selon toi, le jeu fonctionne-t-il ?
– Comment te représentes-tu ce qui est caché ?
– De quoi aurais-tu besoin pour construire ton propre jeu ?
Il leur faudra aussi formuler « les questions que tu te poses
sur le fonctionnement, sur l’électricité, sur la réalisation
d’un jeu. »
Étape 3 :
Mise en commun des idées
et discussion
Déroulement
Une fois réunis, les élèves mettent en commun le fruit de
Mise en commun
Collectif
leurs réflexions, tandis que l'enseignant note au tableau les
différentes hypothèses émises. Tous s’accordent pour dire
qu’il faut une ampoule puisqu’elle s’éclaire lorsqu’on
gagne! Mais les hypothèses quant au reste du matériel nécessaire sont variées.
Étape 4 :
« que pourrions-nous faire pour vérifier ce que chacun
avance ? »
Déroulement
La réponse attendue serait que l’on puisse fabriquer notre
propre jeu.
Le maître proposera alors son projet de maquette sur la
carte européenne et les capitales des pays de l’union
européenne.
Remarques :
Bilan :
Évaluation de la recherche
Collectif
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : allumer une ampoule avec une pile
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
Objectifs pour l’enseignant : faire
• Comprendre le fonctionnement d’une ampoule
• Connaître le vocabulaire de l’ampoule.
• Comprendre que ce ne sont pas les « fils » qui produisent le courant, et qu’une pile plate fournit
assez de courant pour allumer une ampoule de lampe de poche.
• Prendre conscience de quelques dangers de l’électricité.
Vocabulaire : ampoule, culot, plot, lame, pile
Matériel :
1 pile de 4,5V - 1 lampe de 3,5V par groupe de 4
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Phases de la conduite de
classe
Organisation
durée
Étape 1 :
Lieu : classe
Lancement de séance
Rappel du projet et des idées émises lors de la séance précédente
Enrôlement dans l’activité
Collectif
Mise en activité
Groupe de
4
Déroulement
De quoi a-t-on besoin pour fabriquer notre jeu ?
Étape 2 : Situation problème
il faut réussir à faire briller la lampe avec le matériel à
votre disposition et identifier les parties de la lampe à
mettre en contact avec la pile pour que la lampe s’allume :
le plot et le culot.
Déroulement
« Vous avec à votre disposition un kit avec du matériel que
vous pouvez utiliser afin d’éclairer les ampoules ».
« Vous êtes en groupe. Vous devez vous mettre d’accord
et faire le dessin de votre expérience
sur l’affiche en légendant chaque partie de votre dessin. »
Étape 3 :
Mise en commun des résultats obtenus par les différents
Mise en commun
groupes
. Réalisation collective au tableau du schéma de l’expé-
Collectif
rience (méthodologie : un titre, une
légende, des flèches qui vont du mot au dessin, un dessin
très simple et grand), puis du schéma
de la lampe avec la légende (cf. Annexe – schéma de la
lampe).
les enfants retiennent que l’on doit mettre en
contact une des lames avec le plot et l’autre lame avec le
culot ! Attention aux courts-circuits : si ça chauffe ou fait
des étincelles, on arrête tout !
Le maître reformulera cette conclusion en y apportant les
précisions nécessaires :
« Les piles plates ont deux bornes, notées + et -. La grande
lame est une borne, la petite lame est une autre borne.
Quand le circuit est fermé (si le plot touche une lame, et le
culot l’autre lame), le courant électrique passe.
Quand il est ouvert (lorsque l’une des deux lames, ou
les deux, ne touche rien, ou touche une autre partie de
l’ampoule), il n’y pas de courant. »
préciser le danger certes relatif d’une pile
Étape 4 :
copie de la trace écrite sur une feuille de classeur
Pour allumer une ampoule de lampe de poche
avec une pile plate, il y a deux solutions : placer
la grande lame sur le plot et la petite lame sur le
culot, ou la grande lame sur le culot et la petite
lame sur le plot.
Remarques :
Bilan :
Clôture de l’activité
individuel
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : allumer une lampe avec une pile éloignée
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
• L'élève doit être capable de
- distinguer un fil d’un fil électrique
- réaliser un circuit
-comprendre que l’électricité passe lorsque le circuit est fermé.
- Travailler en groupe
- Participer à un projet collectif.
Objectifs pour l’enseignant :
Faire comprendre qu’un circuit qui fonctionne forme une boucle fermée dans laquelle l’électricité circule.
Connaître l’existence de la polarité dans différents composants du circuit (+ et -).
Prendre conscience de la notion de conducteur et isolant
Vocabulaire : circuit fermé/ouvert, fil électrique,
Pré requis :
Matériel :
- support rigide pour déplacer le circuit
- cahier de sciences pour faire schéma + trace écrite finale
- Affiche A3 + marqueurs + aimants
- tout le matériel électrique : kit préparé à l’avance (fil, ampoule, pince crocodile, pile)
mais aussi fil de laine, des fils à scoubidou, des fils à un brin, des fils multibrins.
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Phases de la conduite de
classe
Organisation
durée
Étape 1 :
Mise en activité
Collectif
Passation des consignes
(reformulation, explications
par les élèves)
Collectif
Situation problème : présentation des nouvelles contraintes
Lors de la séance précédente, vous avez
découvert qu’il était possible d’allumer une lampe grâce à
une pile (faire verbaliser ce qui a été fait précédemment).
Vous allez à présent chercher un moyen d’allumer la
lampe avec la contrainte suivante : la lampe est éloignée de
la pile.
Étape 2 :
« Vous allez faire le ou les schémas des expériences que
vous pensez réaliser. Vous irez chercher le matériel puis
vous réaliserez ces expériences. Vous écrirez ensuite votre
conclusion. »
Déroulement
les élèves seront autorisés, au
cours du travail, à faire d’autres propositions
et recommencer d’autres expériences.
Étape 3 :
Mise en commun des expériences réalisées dans les
groupes : les élèves doivent expliquer
pourquoi les expériences marchent / ne marchent pas.
Il sera intéressant, au niveau de la synthèse, de voir avec
les élèves pourquoi, dans certains cas, ça n’a pas fonctionné.
« Pour que les contacts se fassent bien, il faut dénuder les
fils. » Cette affirmation trouvera son explication et sera validée plus tard, à la suite de la séance « isolant, conducteur
».
Remarques :
Bilan :
Mise en activité
Mise en commun
Par
groupe de
4
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : isolant / conducteur
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
• L'élève doit être capable de
- distinguer un fil d’un fil électrique
- réaliser un circuit
-comprendre que l’électricité passe lorsque le circuit est fermé.
- connaître les notions d’isolant et de conducteurs
- Travailler en groupe
- Participer à un projet collectif.
Objectifs pour l’enseignant :
Amener les élèves à découvrir les notions d’isolants et de conducteurs
Vocabulaire : isolant / conducteur
Pré requis : savoir réaliser un circuit fermé
Matériel :
- une pile plate
- une ampoule
- des fils de toutes sortes : laine, acier, plastique, trombone, bois, aluminium, ……
- des outils d’école : règles, ciseaux
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Phases de la conduite de
classe
Étape 1 :
Mise en activité
Questions posées : quel est le rôle joué par les fils
électriques dans un circuit ? Par quoi peut-on les remplacer
?
Organisation
durée
Collectif
Déroulement de l'activité
En groupes
1. Les élèves réalisent un montage permettant d'allumer
une ampoule avec une pile plate, une douille et 3 fils. Une
fois l'allumage constaté, le circuit est ouvert entre deux des
fils électriques. Les élèves doivent rallumer l’ampoule en
assurant le contact entre les extrémités des deux fils à
l'aide de différents objets.
Mise en commun
Par
groupe de
4
Collectif
2. Les élèves sélectionnent une série d'objets en déterminant dans un tableau leurs hypothèses : d'un côté ceux qui
permettront l'allumage (conducteurs), de l'autre ceux qui
ne le permettront pas (non conducteurs ou isolants).
Passation des consignes
3. Les hypothèses sont vérifiées à l'aide du circuit établi.
C'est donc que le fil électrique est spécial : il est conducteur.
On demande alors aux élèves de choisir des objets de la
classe pour vérifier s'ils sont conducteurs ou non. Avant la
phase de test les élèves devront concevoir un montage
électrique qui permet la vérification et prédire a priori, en
justifiant, quels sont les conducteurs et les isolants.
(reformulation, explications
par les élèves
Mise en activité
Par
groupe de
4
Exemple de montage "testeur" :
Collectif
collectif
En classe entière
Mise en commun : un tableau de résultats commun à toute
la classe est établi. Lorsqu'il y a litige, on refait l'expérience.
Mise en commun
Remarque : ce n'est pas l'objet qui est directement conducteur mais le matériau qui le compose : le fer, le cuivre,
l'aluminium.
Pour aller plus loin
L'enseignant pourra terminer la séance en réalisant l'expérience avec des liquides en y ajoutant quelques ingrédients
(sels, citron, sucre, huile). On pourra ainsi déterminer
quels sont les mélanges laissant passer le courant dans un
circuit comprenant une DEL.
Montage " testeur " pour les liquides :
Clôture de l’activité
Remarques :
Bilan :
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : construction du jeu
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
• L'élève doit être capable de
- distinguer un fil d’un fil électrique
- réaliser un circuit
-comprendre que l’électricité passe lorsque le circuit est fermé.
- connaître les notions d’isolant et de conducteurs
- Travailler en groupe
- Participer à un projet collectif.
Objectifs pour l’enseignant :
Démontrer la nécessité d’isoler les circuits pour faire fonctionner le jeu : la lampe s’allume si le circuit
est fermé.
Vocabulaire : circuit électrique, isolant, conducteur,
Pré requis : savoir réaliser un circuit fermé
Matériel :
- une pile plate
- une ampoule
- des fils électriques
- un carton pré rempli par groupe
- papier alu
- scotch
France
Madrid
Espagne
Paris
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Étape 1 :
Comment faire pour allumer la lampe en choisissant la
bonne réponse ?
Amener les élèves à utiliser le papier alu comme
conducteur.
Phases de la conduite de
classe
Mise en activité
Organisation
durée
Collectif
Étape 2 :
Déroulement de l'activité
Les élèves réalisent un montage permettant d'allumer l’am- Passation des consignes
poule en reliant les deux bonnes réponses
(reformulation, explications
par les élèves
Étape 3:
Mise en commun des résultats
situation problème : les deux réponses allument l’ampoule.
Mise en commun
Collectif
puis par
groupe de
4
Collectif
Questionnement sur les raisons de cette situation : le circuit est fermé et passe par les deux chemins
il faut donc trouver un autre moyen de résoudre ce problème.
Discussion collective sur les différentes possibilités :
1. ne pas chevaucher les circuits
2. isoler les circuits les uns des autres avec un matériel isolant.
Par
groupe de
4
Étape 4 :
Passation des consignes
Les élèves réalisent un montage permettant d'allumer l’am- (reformulation, explications
poule en reliant les deux bonnes réponses et en isolant les
par les élèves
circuits.
Utilisation du scotch pour isoler les deux circuits.
Vérification du bon fonctionnement du montage
Remarques :
Bilan :
Mise en activité
Collectif
Mise en commun
Par
groupe de
4
Clôture de l’activité
collectif
Séance 1 :
Séance 2 :
Séance 3 :
Séance 4 :
Séance 5 :
Séance 6 :
Titre de la séance : construction du jeu
Compétences de fin de Cycle :
• Je sais pratiquer une démarche d’investigation : observer, questionner
• Je sais manipuler, formuler une hypothèse, argumenter, mettre à l’essai des solutions
• L'élève doit être capable de
- distinguer un fil d’un fil électrique
- réaliser un circuit
-comprendre que l’électricité passe lorsque le circuit est fermé.
- connaître les notions d’isolant et de conducteurs
- Travailler en groupe
- Participer à un projet collectif.
Objectifs pour l’enseignant :
• Fabriquer un jeu ressemblant à ceux existant dans le commerce
• Concevoir un objet selon des contraintes définies
• Réinvestir le concept de circuit fermé
• Chercher des questions sur un thème donné et leur réponse
Vocabulaire : circuit électrique, isolant, conducteur,
Pré requis : savoir réaliser un circuit fermé
Matériel :
- une pile plate
- une ampoule
- des fils électriques
- une feuille A3
- papier alu
- scotch
- plaque en bois pré trouée pour l’ampoule
Déroulement
Étapes de la situation d’apprentissage
Phases de la conduite de
classe
Organisation
durée
Problème posé à toute la classe :
Mise en activité
fabriquer un jeu : la lampe s'allume lorsqu'on relie une
question à la bonne réponse
Démarche pédagogique :
Travail en groupe : recherche des questions et des
réponses, les élèves doivent concevoir le montage, puis le
réaliser.
Collectif
Exemple de montage réalisé :
Passation des consignes
(reformulation, explications
par les élèves
Collectif
puis par
groupe de
4
Mise en commun
Collectif
Par
groupe de
4
Passation des consignes
(reformulation, explications
par les élèves
Mise en activité
Mise en commun
Clôture de l’activité
Remarques :
Bilan :
Collectif
Par
groupe de
4
collectif