Séquence cycle 3 : «Découvrir des objets techniques : L essoreuse à salade et la bicyclette»

Transcription

1 Séquence cycle 3 : «Découvrir des objets techniques : L essoreuse à salade et la bicyclette» Compétences travaillées (attendus de fin de cycle) : Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques Proposer, avec l'aide du professeur, une démarche pour résoudre un problème ou répondre à une question de nature technologique : - formuler une question ou une problématique technologique simple ; - proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ; - interpréter un résultat, en tirer une conclusion ; - formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Concevoir, créer, réaliser Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte. Décrire le fonctionnement d'objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. Réaliser en équipe tout ou une partie d'un objet technique répondant à un besoin. S'approprier des outils et des méthodes Choisir ou utiliser le matériel adapté pour réaliser une production. Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l'outil utilisés. Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences réalisées. Pratiquer des langages Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un vocabulaire précis. Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau, algorithme simple). Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis, tableau, graphique, texte).

2 Se situer dans l'espace et dans le temps Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte historique, géographique, économique et culturel. Se situer dans l'environnement et maitriser les notions d'échelle. Plan de la séquence : I- Comprendre le fonctionnement de l essoreuse à salade II- Modéliser le fonctionnement de l essoreuse à salade. III- Identifier le système de transmission de mouvement dans la bicyclette. IV-Modéliser le système de transmission de mouvement de la bicyclette. V- Identifier les évolutions du vélo depuis son invention Ressources pour la conception de cette séquence : - Séquence «Objets techniques et transmission de mouvement», Orpheecole : - Séquence «Transmission et transformation de mouvements», eds24 : - Pictogrammes : Sciences et technologie, académie Aix Marseille :

3 I- Comprendre le fonctionnement de l essoreuse à salade Phase Modalité Activité/Déroulement Matériel et documents nécessaires Traces pour les élèves Situation de départ Présentation d une essoreuse à salade à la classe. Faire tourner la manivelle et constater collectivement que le bac tourne plus vite que la manivelle. Questionnements : 1- A quoi ça sert que le bac tourne plus vite que la manivelle? 2- Comment le bac tourne-t-il plus vite que la manivelle? Essoreuse à salade avec cuve transparente. Pictogramme : «Question» Chaque élève note les questions. d hypothèses collective de réponses. Prise de note au tableau des hypothèses émises. Pictogramme : «Hypothèses» Les élèves copient les hypothèses ou l enseignant les garde pour les remettre tapées lors de la séance suivante. 1- A quoi ça sert que le panier tourne plus vite que la manivelle? Par groupe Manipulation d une essoreuse à salade remplie de feuilles mouillée : Consignes : a- Tourner le panier directement avec la main sans le couvercle le plus vite possible. b- Tourner le panier en utilisant le couvercle et la manivelle. Une essoreuse avec cuve transparente par groupe remplie de feuille d arbres mouillées Pictogramme : «Observation» Chaque élève réalise un schéma de ce qui est observé et rédige une phrase. Observation, schématisation et prise de note. Synthèse Confrontation des observations et rédaction collective d une réponse à la question 1 : Lorsque l on tourne le panier directement avec la main, le panier ne tourne pas assez vite pour éjecter l eau à l extérieur du panier. Lorsque l on tourne avec la manivelle, la vitesse plus importante de rotation de la cuve permet d éjecter l eau vers l extérieur du panier. Les feuilles sont «collées» à la paroi du panier. Apport possible de l enseignant : «La force qui éjecte l eau à l extérieur s appelle la force centrifuge». Un vidéo projecteur et un visualiseur peuvent permettre de confronter quelques prises de notes réalisées par des élèves. Pictogramme : «Conclusion» Les élèves copient la synthèse ou l enseignant la garde pour la remettre tapée lors de la séance suivante.

4 2- Comment le panier tourne-t-il plus vite que la manivelle? Manipulation d un couvercle d essoreuse. Consigne : - Tourner la manivelle et observer ce qui se passe à l intérieur du couvercle. Observation et prise de note. Un couvercle d essoreuse par groupe. (Choisir des couvercles laissant apparaître une partie du mécanisme d engrenages) Pictogramme : «Observation» Chaque élève réalise un schéma de ce qui est observé et rédige une phrase. Synthèse Confrontation des observations et rédaction collective d une réponse à la question 2 : «A l intérieur du couvercle, une petite roue dentée fixée à la manivelle entraîne une grande roue dentée qui entraîne le couvercle. La grande roue tourne plus vite que la petite.» En complément, les élèves légendent les deux schémas de l essoreuse et les collent à la suite de la synthèse écrite. Un vidéo projecteur et un visualiseur peuvent permettre de confronter quelques prises de notes réalisées par des élèves. Deux feuilles schémas : l essoreuse et le mécanisme du couvercle. (annexes 1 et 2) Pictogramme : «Conclusion» Les élèves copient la synthèse et colle les documents légendés.

5 II- Modéliser le fonctionnement de l essoreuse à salade. Phase Modalité Activité/Déroulement Matériel et documents nécessaires Traces pour les élèves A l aide du matériel à leur disposition, les élèves doivent modéliser le fonctionnement du couvercle de l essoreuse à salade. La consigne suivante est donnée : «Créer un mécanisme capable de reproduire les mouvements de l'essoreuse.» Le matériel est disposé sur une table pour tous les groupes. Chaque groupe dispose d une feuille «commande de matériel» sur laquelle figure la liste du matériel disponible. 1- Le groupe conçoit sont projet et complète la fiche «commande». Chaque membre fait une représentation du projet sur son cahier. 2- Un ou deux membres du groupe vont chercher le matériel avec la fiche «commande» et la boîte vide. 3- Les membres du groupe réalisent la modélisation. - Kit de matériel «Légo» ou «Celda». - Fiche «commande de matériel par groupe» (annexe 3) - Une boîte vide par groupe Pictogramme : «Modélisation» Confrontation Chaque groupe présente sa réalisation. Une évaluation est faite collectivement : est-ce que la réalisation présentée modélise le couvercle de l essoreuse? Indicateurs : - une grande roue entraine une autre plus petite dont le mouvement est accéléré. - une manivelle permet de tourner la grande roue. Si besoin, la nécessité d avoir un support, un châssis pour fixer les roues dentées est mise en évidence. On pourra ajouter comme indicateur le fait que le mouvement se transforme en dessous et non pas sur le même plan (comme dans l essoreuse). Chaque groupe photographie sa réalisation. La photographie sera imprimée par l enseignant et remise à chaque membre du groupe lors de la séance suivante. Suite aux remarques faites lors de la confrontation, les membres de chaque groupe - notent ce qu ils doivent améliorer. - réalisent un nouveau mécanisme. Chaque groupe photographie sa réalisation. La photographie sera imprimée par l enseignant et remise à chaque membre du groupe lors de la séance suivante.

6 Confrontation Une nouvelle évaluation est faite collectivement. Des observations sont faites et rédigées sous forme de synthèse : Synthèse - On constate que les deux roues ne tournent pas dans le même sens. - Pour accélérer le mouvement, il faut que la grande roue transmette le mouvement à la petite roue. - Si c est la petite roue qui transmet le mouvement à la grande roue, le mouvement ralentit. En prolongement, l enseignant peut proposer pour chaque réalisation : - de compter le nombre de dents de chaque roue. - de compter le nombre de tour fait par chaque roue. et ainsi de mettre en évidence la situation de proportionnalité. On peut ainsi rajouter un élément à la synthèse : - Le nombre de tours de chaque roue dépend de leur nombre de dents : Par exemple, si la petite roue a 13 dents et la grande 52 dents, quand on fait un tour avec la grande roue, la petite en fait 4 car 52 = 4 x 13. Pictogramme : «Conclusion» Les élèves copient la synthèse ou l enseignant la garde pour la remettre tapée lors de la séance suivante.

7 III- Identifier le système de transmission de mouvement dans la bicyclette Phase Modalité Activité/Déroulement Matériel et documents nécessaires Traces pour les élèves Situation de départ Individuel Après un rappel du dispositif permettant de transmettre le mouvement dans l essoreuse à salade, chaque élève doit compléter un dessin tronqué de bicyclette en y ajoutant le mécanisme qui permet de transmettre le mouvement. Fiche «dessin tronqué de la bicyclette» (annexe 4) Pictogramme : «Question» Chaque élève garde sa fiche dans son classeur ou son cahier. Confrontation et recherche d hypothèses L enseignant sélectionne des dessins représentatifs des différentes propositions et les présentent à la classe. Une comparaison est effectuée et un échange permet de valider ou non les propositions selon qu elles permettent ou pas de transmettre le mouvement. Celles qui semblent le permettre sont gardées comme hypothèse et comme trace collective. Si possible, visualiseur et vidéo projecteur Pictogramme : «Hypothèses» Un document avec les dessins validés par la classe comme permettant de transmettre le mouvement est remis à chaque élève. par observation Chaque groupe doit observer le système de transmission de mouvement (pédalier + chaîne + pignons) et le confronter avec les différentes propositions dessinées. Il doit valider ou non les différentes propositions. Un vélo par groupe Pictogramme : «Observation» Le document avec les dessins proposés dans la phase précédente avec la mention «valide» sur le ou les dessins correspondants s il y en a. Synthèse Un dessin tronqué est projeté et complété par des élèves, corrigé par l enseignant si nécessaire. Une légende pour préciser le vocabulaire est ajoutée : plateau pédale, pédalier, chaîne, pignon. Une nouvelle question est posée collectivement aux élèves : Pourquoi la roue dentée fixée sur la roue arrière est-elle plus petite que celle fixée sur les pédales? Il s agit de vérifier que les élèves sont capables de faire le lien avec le mécanisme de l essoreuse à salade. Après confrontation des réponses et validation par l enseignant, un texte synthèse est rédigé : Les muscles de nos jambes transmettent un mouvement au pédalier, constitué des pédales et d une grande roue dentée (plateau). La rotation du plateau entraîne la chaîne qui a son tour entraîne la petite roue dentée (pignon). Comme le pignon est fixé à la roue arrière, c est lui qui l a fait tourner. Comme le pignon est plus petit que le plateau, il tourne plus vite. La roue arrière fait donc plus de tour que les pédales : le mouvement est accéléré. Fiche «dessin tronqué de la bicyclette» projetée. (annexe 4) Si VPI, le paperboard «Bicyclette tronquée» pour Open sankoré. (annexe 5) Pictogramme : «Conclusion» Les élèves copient la synthèse ou l enseignant la garde pour la remettre tapée lors de la séance suivante.

8 IV- Modéliser le système de transmission de mouvement de la bicyclette : Phase Modalité Activité/Déroulement Matériel et documents nécessaires Traces pour les élèves A l aide du matériel à leur disposition, les élèves doivent modéliser le fonctionnement du système de transmission de mouvement de la bicyclette. La consigne suivante est donnée : «Inventer un mécanisme permettant de reproduire le système de transmission de mouvement de la bicyclette.» Le matériel est disposé sur une table pour tous les groupes. Chaque groupe dispose d une feuille «commande de matériel» sur laquelle figure la liste du matériel disponible. 1- Le groupe conçoit sont projet et complète la fiche «commande». Chaque membre fait une représentation du projet sur son cahier. 2- Un ou deux membres du groupe vont chercher le matériel avec la fiche «commande» et la boîte vide. 3- Les membres du groupe réalisent la modélisation. - Kit de matériel «Légo» ou «Celda». - Fiche «commande de matériel par groupe» (annexe 3) - Une boîte vide par groupe pictogramme «modélisation» Confrontation Chaque groupe présente sa réalisation. Une évaluation est faite collectivement : est-ce que la réalisation présentée modélise le système de transmission de mouvement de la bicyclette? Indicateurs : - des pédales sont fixées sur une grande roue - une chaîne relie la grande roue à une plus petite. - la rotation des pédales permet de faire tourner la petite roue. Si besoin, la nécessité d avoir un support, un châssis pour fixer les roues dentées est mise en évidence (rappel de la modélisation de l essoreuse. Chaque groupe photographie sa réalisation. La photographie sera imprimée par l enseignant et remise à chaque membre du groupe lors de la séance suivante. Suite aux remarques faites lors de la confrontation, les membres de chaque groupe - notent ce qu ils doivent améliorer. - réalisent un nouveau mécanisme. Chaque groupe photographie sa réalisation. La photographie sera imprimée par l enseignant et remise à chaque membre du groupe lors de la séance suivante.

9 Confrontation Une nouvelle évaluation est faite collectivement. Prolongement En prolongement, l enseignant peut proposer pour chaque réalisation : - de compter le nombre de dents de chaque roue. - de compter le nombre de tour fait par chaque roue. et ainsi de mettre en évidence la situation de proportionnalité (comme lors de la modélisation de l essoreuse).

10 V- Identifier les évolutions du vélo depuis son invention Phase Modalité Activité/Déroulement Matériel et documents nécessaires Traces pour les élèves Situation de départ - Question : Comment la bicyclette a évolué depuis son invention? - Regarder la vidéo «Evolution of the bicycle». Chaque groupe dispose - de quatre images correspondant à une étape de l évolution de la bicyclette : la draisienne, le vélocipède à pédale (ou Michauline), le grand Bi, la bicyclette avec transmission par chaîne. - d un tableau en format A3. Vidéoprojecteur Vidéo : images par groupe - Un tableau vierge en format A3 par groupe (annexes 6 et 7) Pictogramme : «Question» Les élèves notent la question. 1- Mettre dans l ordre les images (première colonne). 2- Identifier le besoin qui a conduit à une évolution (deuxième colonne). 3- Identifier la solution technique qui permet de répondre au besoin (troisième colonne). Il conviendra au préalable d expliciter les termes «besoins» et «solution technique». - Un tableau vierge projeté Si VPI, le paperboard «Evolution de la bicyclette» pour Open sankoré. (annexe 8) Pictogramme : Confrontation et synthèse Prolongement possibles - Chaque groupe présente son rangement chronologique en justifiant ses choix. La vidéo est visionnée une seconde fois pour valider (ou non) les réponses proposées. Le tableau avec les photos dans l ordre est alors projeté. - Chaque groupe présente sa réponse au besoin et à la solution technique correspondante ayant conduit à chaque évolution. Un échange permet de valider une réponse collective qui est notée dans un tableau projeté. Pour illustrer le lien entre l évolution des besoins de vitesse et les solutions techniques, on peut utiliser l animation «Histoire du vélo». L enseignant peut mettre en place une activité de comparaison de la distance parcourue par plusieurs bicyclettes sur la cour pour un tour de pédale. Les élèves seront alors amenés à identifier ce qui explique cette différence : - taille des roues de la bicyclette? - taille des roues dentées (plateau et pignon?) Un tableau à compléter avec les photos dans l ordre. (annexe 9) Animation «Histoire du vélo» à projeter : sciences.com/fr/media/341- lhistoire-du-velo (Attention, sans abonnement, le visionnage est à durée limitée) Pictogramme : «Conclusion» Le tableau complété collectivement est imprimé et remis à chaque élève. (annexe 10) Photos mettant en évidence les différences de distances parcourues. Texte rédigé collectivement expliquant cette différence. VI Evaluation : (voir annexe 11)