Didactique des sciences Enseigner les bases de l électricité en classe de CE2 et CM1

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1 Didactique des sciences Enseigner les bases de l électricité en classe de CE2 et CM1 Quesne Jérôme et Margueritte Valentin RESUME : Dans le cadre du cours Didactique des sciences et de l initiative ASTEP nous sommes allez donner des cours sur l électricité à une classe de CE2-CE1 à Saint-Sulpice-la-Forêt et dans une classe de CM1 à Noyal-Châtillon-sur-Seiche. Nous avons eu 16 CE2 et 8 CE1 puis 16 CM1 au cours de notre séquence qui est constituée de 3 cours d une heure et demi dans chaque école. Puisque nous étions deux groupes à faire l électricité dans les mêmes écoles notre séquence diffère des autres groupes. Nous allons vous détailler nos objectifs ainsi que ce que nous avions prévu d effectuer au cours de notre séquence. Finalement nous analyserons notre séquence afin de détailler ce qui a fonctionné et ce que nous a apporté ce module. 1 OBJECTIFS DE LA SEQUENCE PREPAREE. 1.1 Objectifs généraux Le programme officiel du cours élémentaire deuxième année et des cours moyens première et deuxième années concernant la progression pédagogique en sciences expérimentales et technologie distingue les notions à apporter aux CE2 et aux CM1. Or en pratique les élèves de nos classes ne vont aborder qu une seule fois l électricité aux cours de ces deux ans. Nous n avons donc pas fait de différence dans nos objectifs, ils correspondent donc à la fois à ceux de CE2 et à ceux de CM1. Voici nos objectifs : Initier les élèves à la démarche scientifique (OG1) Introduction de la notion de circuit électrique (OG2) Introduire le vocabulaire scientifique concernant l électricité (OG3) Développer l'aptitude à représenter les circuits électriques par des schémas (OG4) Détailler les dangers de l électricité et comment s en protéger (OG5) Réaliser et comparer des circuits séries et parallèles (OG6) 1.2 Objectifs spécifiques A la fin de nos cours les élèves doivent être capable de : Réaliser un circuit électrique (OS2-1) Distinguer les objets isolants et conducteurs (OS2-2) Connaître le comportement de l électricité dans les fluides (OS2-3) Différencier l électricité de la pile et du secteur (OS5-1) Connaître les dangers de l électricité (OS5-2) Différencier le fusible et le disjoncteur (OS5-3) Schématiser un circuit électrique (OS4) Expliquer le vocabulaire introduit (OS3) Créer un circuit électrique répondant à une problématique (OS1) Concernant la taxonomie de Bloom nous allons rester dans la connaissance et dans la compréhension ce qui correspond au programme. En effet les élèves vont chercher surtout à reproduire avant de comprendre. Lors de notre derrière séance nous allons quand même essayer d appliquer leurs connaissances dans le cadre de la démarche scientifique. 2 DESCRIPTION DE LA SEQUENCE PREPAREE. Notre séquence ce décompose de cette manière : 1-2-3a- Changement d école-rappel-3b-4. Nous allons détailler chaque séance visant à remplir les objectifs généraux. Les supports distribués en cours sont en annexe dans le fichier PDF ere séance Nous avons divisé cette séance en deux parties, la première consiste à introduire le circuit électrique (OG2) et la schématisation (OG4) puis la notion de conducteur et isolant (OG2). Nous avons commencé par faire un rapide tour de classe pour savoir si certains connaissaient déjà la notion de circuit électrique. Nous avons ensuite distribué le matériel nécessaire en répartissant les élèves par binôme puis nous avons laissé les élèves chercher à allumer la lampe pendant 10min. Une fois que tous les binômes ont réussi, on fait une mise en commun de 10min avec un support que nous donnons à ce moment-là. On vérifie qu ils ont bien compris la notion de circuit fermé. Ils doivent dans un premier temps dessiner le résultat de l expérience et remplir un texte à trous avec le vocabulaire introduit durant l expérience. Avant la

2 deuxième expérience nous introduisons la schématisation et leurs demandant schématiser l expérience après avoir introduit les symboles correspondant au matériel utilisé. Nous allons assez vite sur la schématisation, nous avons supposé que l utilisation systématique aux cours de toutes nos expériences allait être suffisant et plus intéressant qu une série d exercices par exemple. Apres cette introduction nous distribuons des matériaux (aluminium, bois ) ainsi que deux fils supplémentaires à chaque binôme. Nous leurs demandons de réaliser le circuit électrique leurs permettant de tester ces matériaux. Ils ont un fil en surplus afin qu ils réfléchissent à la solution et non qu il la déduise à partir du matériel présent sur leurs table. Pour la mise en commun nous leurs demandons de schématiser le circuit qu ils ont utilisé, remplir un texte à trous ainsi qu un tableau récapitulant les matériaux conducteurs et isolants. Au cours de cette séance on cherche à connaitre la vitesse des élèves et à évaluer leurs connaissances. On a cherché à établir le dialogue en interrogeant beaucoup la classe et en passant voir tous les binômes eme séance Cette séance porte sur la conductivité des solutions (OS2-3) et sur la notion de circuit séries et parallèles (OG6). Après un bref rappel de la séance précédente on poursuit la notion de conducteur et isolant en interrogeant les élèves sur ce qu ils pensent de la conductivité de l eau. Apres un rapide tour de classe, on divise la classe en trois parties. Nous décidons de mettre à contribution le professeur afin que chaque élève voie bien l expérience qui va durer une vingtaine de minutes. En effet ils ne manipulent pas ou très peu, on vient montrer grâce à deux électrodes, une pile et une DEL la conductivité de l eau. On plonge les électrodes dans de l eau du robinet dans laquelle on vient rajouter du sucre puis dans un deuxième temps du sel. On cherche à ce qu ils posent un maximum de question et remarquent que la distance entre les électrodes joue un rôle. De plus on vient faire le lien avec le corps humain en s appuyant sur la salinité de larmes. Photo1: Expérience sur la conductivité des solutions Suite à cela on remplit les lignes concernant l eau sur le tableau distribué à la séance précédente. On reconstitue ensuite les binômes afin de distribuer le matériel nécessaire à la réalisation des circuits séries et parallèles. De même qu à la séance précédente on distribue plus de fils que nécessaire et ils ont pour consigne d allumer les deux ampoules. On s attend à ce qu il y ait beaucoup de circuits séries qui soient faits et on espère quelques circuits parallèles. Lorsqu un binôme nous appelle pour nous montrer sa solution on lui dit qu il y en a une autre afin qu il réalise les deux circuits. On leur montre que l intensité des ampoules n est pas la même sur les deux circuits. Afin de faire la différence entre les deux circuits on parle de boucles, le circuit série en a une alors que le parallèle deux. Une fois que chaque binôme à réussit on fait une mise en commun avec un texte à trous et la schématisation des deux types de circuit eme séance On va aborder au cours de cette séance les dangers de l électricité et comment s en protéger (OG5). On commence par introduire le vocabulaire tension, courant et électrons en détaillant ce qu il se passe lors d un éclair. Même si ce n est pas du vocabulaire qu ils doivent connaître il est nécessaire car nous allons l employer dans les expériences suivantes. Nous commençons par expliquer, grâce à une maquette, pourquoi l oiseau ne s électrocute pas lorsqu il se pose sur un fil et pourquoi eux s électrocuteraient s ils touchaient le fil. On divise la classe en deux ou en trois suivant les envies du professeur. On répond aux questions des élèves tout en cherchant à ce qu ils s interrogent sur le circuit électrique ainsi que sur la façon de se protéger. On introduit donc le disjoncteur différentiel comme solution.

3 va gérer un atelier qui va durer 45min puis nous échangeons les groupes à la moitié. Cela nous permet d éventuellement nous adapter lors du passage du deuxième groupe. Le premier atelier consiste à étudier le câblage d une maison notamment créer un va-et-vient avec deux ampoules et deux interrupteurs. On va donc réviser la notion de circuit et la schématisation qui va permettre de mieux expliquer le problème. Pour cela on dispose de trois maquettes de maison qui permet de répartir les élèves par trinôme. Photo2: Maquette d oiseau sur un fil On accentue le fait qu il ne protège pas s il y a un courtcircuit entre les deux fils et on leur demande comment on pourrait se protéger contre ce dernier cas. Une fois que la solution de couper un fil est donnée on introduit le fusible grâce à l expérience suivante. On divise les élèves en deux groupes puis on vient faire passer un courant de 2.8A, grâce à un générateur, dans une mine de 0.5 de carbone. Photo4: Maquette du va-et-vient dans la maison Photo3: Expérience avec la mine de carbone La mine va se mettre à fumer, brûler et ainsi faire de la lumière avant de ce rompre. On s attend à beaucoup de questions qui nous permettent d expliquer le fusible et l ampoule à incandescence utiliser les cours précédent. On finit le cours par une mise en commun avec un texte à trous sur le fusible et le disjoncteur. 2.4 Séance de rappel Après le changement d école nous avons décidé de faire une séance de rappel. Pour cela nous divisons la classe en deux parties vu que nous n avons que 16 élèves ce qui va nous permettre de bien cerner les éventuelles lacunes et de répondre un maximum aux questions. Chacun de nous Dans le deuxième atelier nous allons réviser la conductivité de solution en refaisant l expérience avec les électrodes mais cette fois en les faisant manipuler par binôme. On fait bien remarquer que la variation de la distance entre les électrodes vient jouer sur l intensité de l ampoule. Cela nous permet d introduire la notion de résistance qui va être complétée par la réalisation de circuits avec des résistances de 10Ω. Avec celle-ci on va observer l évolution de l intensité de l ampoule avec une résistance, deux en série et deux en parallèle. On cherche à leurs faire manipuler un maximum et à les faire réfléchir sur l utilisation possible de ces résistances eme séance Au cours de cette séance nous allons apprendre aux élèves à réaliser un jeu de question réponse correspondant à une application des connaissances au sein de la démarche scientifique.

4 Photo5: Jeu du vrai ou faux C est un jeu qui permet de vérifier la réponse aux questions posées. La feuille avec les questions est collée sur un carton dans lequel on vient faire les trous correspondant aux carrés noirs. On vient coller un deuxième carton derrière avec le papier d aluminium collé dessus (ce sont les bandes grises ci-dessus) qui forme le circuit électrique. Il suffit donc de brancher une pile et une ampoule à la borne commune puis de venir vérifier les réponses avec l autre borne de la pile. Nous amenons un exemplaire déjà réalisé et nous demandons aux élèves d imaginer le circuit interne en le dessinant sur leurs cahiers. Pour les plus rapides nous leurs demandons d imaginer d autre jeux du même type demandant par exemple de croiser l aluminium ce qui pose un problème d isolation. Nous cherchons à ce que les élèves trouvent tout seuls et nous les guidons juste dans la façon de dessiner le schéma électrique en les forçant à reproduire la face avec les questions. Ceci afin d éviter des schémas trop brouillons. Enfin lorsque le groupe à bien avancé nous leurs montrons notre solution et nous les aidons à réaliser un jeu pour chacun avec leurs questions. 3 ANALYSE DES SEANCES REALISEES. Dans cette section, on analysera la première séquence qui s'est déroulée devant les élèves de l école de Saint- Sulpice la Forêt. On relèvera en particulier, ce qui ne s'est pas passé «comme prévu», que ce soit en mieux ou en moins bien qu'envisagé initialement. On tentera d'en analyser les raisons et on proposera en fonction de ce retour d'expérience, les modifications à apporter au dispositif pédagogique pour mieux remplir les objectifs. 3.1 Analyse de la première séance La première séance fut déroutante car nous n avions aucune expérience dans l enseignement. Les erreurs furent nombreuses. La première a été de laisser le matériel d expérience sur les tables ce qui a pour effet de distraire les élèves. Retenir leur attention pour aborder les points théoriques en était plus difficile. Nous avons, assez rapidement, repris une partie du matériel après les expériences lors des séances suivantes. Pour la notion de schématisation, nous avons décidé d imposer les normes et de ne pas en discuter. Ce fut un succès car les élèves ont réussis à comprendre et appliquer sans se poser de questions. Cependant, changer la convention de dessin des élèves demande du temps. Nous l avons remarqué en passant à l expérience des conducteurs et isolants. En effet, nous avons dessiné le schéma de l expérience au tableau pour que les élèves puissent le réaliser. Le montage fut laborieux car ils ne comprenaient pas la partie du schéma où le matériau à tester devait être placé. En expliquant d une manière différente, en se plaçant dans l autrement dit, ils comprenaient mieux. Concernant le déroulement des expériences nous n avons pas eu de problème puisque les élèves avaient un cahier d expérience. Ce cahier nous a permis de temporiser le déroulement des expériences puisque ceux en avance se mettaient à dessiner ce qu ils avaient sous les yeux et non à jouer avec le matériel. Cette première séance nous a permis de nous placer dans la posture de l enseignant et de mieux comprendre notre rôle pour les séances suivantes. 3.2 Analyse de la deuxième séance Nous avons commencé cette séance par un rappel sur le travail effectué pendant la séance précédente. Cela nous permettait de voir ce qui avait été retenu ou pas. Les élèves se souvenaient plus des détails comme la manière de brancher avec les pinces crocodiles que des notions que nous voulions faire passer. Il était dans notre rôle, de reposer les mots justes sur ce qu ils avaient retenu. Cette séance était dans la continuité de la première. Nous avons donc évité de reproduire les mêmes erreurs. De plus, nous étions plus en confiance et nous le ressentions lors des prises de paroles qui étaient plus sûres, justes.

5 La première expérience avec 8 élèves chacun fut un peu déroutante, en effet l attitude des élèves n est pas la même lorsqu ils sont assis derrière leurs bureau que lorsqu ils sont debout autour d une table. Dans le premier cas ils ce considèrent toujours en cours même s ils manipulent alors que dans le deuxième ils sont plutôt en récréation et ont beaucoup de mal à rester attentifs. 3.3 Analyse de la troisième séance La troisième séance traitait de la sécurité en abordant les notions de disjoncteur différentiel et de fusible. Nous avions divisé la classe en deux groupes pour faire des démonstrations car les expériences étaient complexes et dangereuses. Nous avions 13 élèves chacun ce qui a accentué la difficulté. Le passage entre l expérience avec l oiseau et celle avec le générateur fut compliquée. Il a fallu faire reculer les élèves et les forcer à s assoir a une bonne distance de sécurité. Afin de dissiper l agitation le professeur nous a dit d aller au contact et de forcer les élèves en s imposant physiquement ce qui fut très efficace. Nous avons constaté que les élèves disaient comprendre ce que nous expliquions mais lorsque nous leur demandions d expliquer avec leurs mots, nous remarquions qu ils n avaient pas compris. Ils n osaient pas poser de questions. Nous avons alors changé notre méthode pour savoir s ils avaient assimilé les notions. Cela commence par la tournure de nos questions. Il faut mieux demander qui n a pas compris? plutôt que avez vous compris?. Souvent, les élèves répondent positivement aux questions que nous leur posons. De plus, ils ne diront pas qu ils n ont pas compris. C est à l enseignant de chercher à savoir s ils ont compris. Nous avons compris qu il fallait toujours questionner, aller chercher les connaissances des élèves. 3.4 Analyse de la quatrième séance et rappel Durant ces deux séances, nous avons travaillé en groupe car nous avions remarqué que les élèves étaient plus productifs en petit effectif. La séance de rappel était dans l autrement dit. Nous révisions les principes déjà vu mais avec une nouvelle application. Nous avons remarqué que le changement de méthodes explicatives met les élèves en difficulté. Ce n est pas comme ça que l on a appris!. Il nous fallait nous adapter, changer la façon de s exprimer pour pouvoir se faire comprendre. 3.5 Analyse de la troisième séance répété Pour cette répétition de séance, nous avons tenté de tenir compte des remarques faites dans la première école. Cette fois-ci, nous n avons pas eu les mêmes problèmes. Nous posions beaucoup plus de questions mais les élèves savaient répondre. Nous avons alors observé une différence de niveau entre les CE1/CE2 et cette classe de CM1. Les élèves semblaient plus intéressés car les questions fusaient. Cependant, l expérience du fusible ne s est pas totalement passée comme prévue. Les planchettes de bois servant à protéger les tables se sont légèrement enflammées. Ainsi, les élèves étaient plutôt attirés par la manière de faire du feu avec une mine de crayon plutôt que la manière dont un fusible fonctionne. Ce n est qu en expliquant l aspect premier que nous voulions faire passer que les élèves ont compris que l enflamment du bois n était qu un effet du court-circuit. Nous sommes alors retombés sur l aspect sécuritaire du fusible. 3.6 Résultats d'évaluation Lors de notre changement d école nous avons demandé à l enseignante de faire passer un test aux élèves pour vérifier leurs connaissances (voir annexe). Le système de notation va de A à D et le résultat fut très bon : Comprendre et schématiser des circuits 18A Circuit série / circuit parallèle 14A 4B Dangers / sécurité 13A 5B Le test fut remanié par l enseignante afin de s inscrire dans les tests qu elle pratiquait habituellement puisqu elle voulait appliquer une note comptant pour leurs bulletins. A la base nous avions fait un test plus compliqué plutôt basé sur la compréhension mais peu adapté à une classe de primaire. Finalement ce test et la séance de rappel nous ont permis de constater que le élèves étaient capable de reproduire ce qu ils avaient vu mais peu avait vraiment bien compris les notions transmises. 4 CONCLUSION 4.1 Conclusion commune Nous avons pris la place de l instituteur durant quelques séances. Place légitime car les enseignants eux-mêmes le dise : Nous sommes souvent issus de cursus littéraire et nous ne comprenons pas réellement pourquoi nous faisons ça. Nous avons tout le temps été dans le rôle d étudiant au cours de notre vie et nous avons enfin pu passer de l autre côté du bureau. La première séance fût déroutante car nous n avions aucune expérience mais avec un peu de courage et de confiance en soi, nous avons pu surmonter les problèmes. Au fil des séances, nous prenions goût à l enseignement sans pour autant se destiner vers cette carrière. Grâce à l analyse que nous avons faite précédemment, nous sommes content d avoir communiquer notre savoir scientifique. Nous nous prenions au jeu avec les autres groupes pour savoir qui avaient les meilleurs résultats d évaluation. Nous avons demandé l avis des élèves sur les séances de sciences. Les réponses étaient très positives. Les élèves sont à la fois contents de faire des sciences et

6 d apprendre. Nous nous efforcions de toujours comparer les expériences avec ce qui les entoure pour qu ils puissent mieux comprendre les objets de la maison et de leur quotidien. 4.2 Conclusion personnelle 1 (Jérôme) Pouvoir prendre la position d enseignant, durant quelques temps, permet d aborder les problèmes de pédagogie et bien plus. Nous apprenons à prendre la parole face à un auditoire n ayant aucunes connaissances dans le domaine. Il était nécessaire de pouvoir se faire comprendre et donc de faire abstraction de détails techniques trop pointus. Ce problème pourra être rencontré tout au long d une carrière professionnelle lors de présentation de travaux effectués. Se faire comprendre et être compris sont alors deux points distincts. Cette expérience a été très enrichissante de ce point de vue. Pouvoir transmettre à d autres personnes le savoir qui nous passionne sans qu ils aient un attrait particulier pour la matière est un réel défi. Comprendre les problèmes liés à la compréhension permet de mieux appréhender nos paroles. Il faut réussir à comprendre pourquoi l interlocuteur ne comprend pas et comment l intéresser pour qu il comprenne, voire le passionner. 4.3 Conclusion personnelle 2 (Valentin) Ce module très exotique dans mon parcours scolaire m a permis de vivre une expérience inédite qui fut très enrichissante. Même si je ne souhaite pas faire une carrière d enseignent, il est toujours important de pouvoir expliquer ses travaux à des personnes ayant un autres domaine d activité. Les enfants offrent cette chance puisqu ils montrent presque immédiatement s ils n ont pas compris ce qui moins le cas avec des adultes. J ai donc appris à expliquer différemment et à pratiquer l autrement dit. A travers notre séquence j ai cherché à passionner les élèves et j espère avoir réussi à leurs transmettre mon goût pour la science. Bibliographie Programme officiel du cours élémentaire deuxième année et des cours moyens première et deuxième année et à la progression pédagogique en sciences expérimentales et technologie recommandée : _ pdf Site internet de l ASTEP :