Puissance magnétique 6-8. Auteur : Kristína Žoldošová, Trnavska Univerzita v Trnave, Slovakia. ans

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1 6-8 ans Contenu scientifique : Physique Concepts cible : Propriété magnétique de différents matériaux, intensité du champ magnétique Groupe d âge visé : Élèves de huit ans Durée de l activité : 3 x 45 minutes (135 minutes) Résumé : Les élèves sont invités à exprimer leurs préjugés concernant les matériaux magnétiques et non magnétiques. Ils découvrent ensuite que tous les objets magnétiques sont métalliques, mais que les métaux ne sont pas tous magnétiques. Durant l observation menant à ces conclusions, les enfants remarquent des différences de «puissance magnétique». L objectif de l étude est alors présenté : comment mesurer lequel de deux aimants est le «plus fort»? Les élèves sont guidés dans la mise au point d une procédure de mesure. Objectifs : Correction des préjugés des élèves concernant les propriétés magnétiques de différents types de matériaux et clarification du concept de champ magnétique ; développement des compétences de mesure dans le cadre du développement des compétences en matière de processus scientifiques. Matériel : Pour chaque groupe d élèves : dix objets du quotidien composés de différents matériaux, certains magnétiques, d autres non ; il s agira d objets métalliques magnétiques et non magnétiques ; des aimants de différente force de champ magnétique, une règle ; des livres de diverses épaisseurs, du papier. Puissance magnétique Auteur : Kristína Žoldošová, Trnavska Univerzita v Trnave, Slovakia The content of the present document only reflects the author s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information therein.

2 1. Réflexion (Formulation d hypothèses) L enseignant demande aux élèves de constituer des groupes de 4 à 5 élèves à leur convenance et prépare 10 objets composés de différents matériaux pour chaque groupe. Les objets proviennent du quotidien et sont bien connus des enfants, certains sont composés de matériaux magnétiques, d autres non. La sélection contient des objets métalliques magnétiques et non magnétiques. L enseignant demande aux enfants de réfléchir aux propriétés magnétiques des objets. Ils doivent les répartir en deux groupes : magnétiques et non magnétiques, en fonction de leurs connaissances. Les élèves échangent leurs idées au sein des groupes de travail. Ils sont aussi amenés à noter le résultat de leur discussion sous forme de prévisions (sur les fiches pédagogiques, Exercice 1). Au cours de cet exercice, l enseignant peut identifier leurs préjugés concernant les matériaux magnétiques et non magnétiques, il peut pousser l étude plus loin afin de pointer les imperfections de leurs préjugés. À la fin du premier exercice, il distribue à chaque groupe deux aimants d intensité de champ magnétique différente et les élèves passent à l Exercice 2, qui leur permet de vérifier leurs prévisions. Les groupes doivent noter les résultats et surligner les objets dont le comportement était différent de celui qu ils attendaient (dans l Exercice 2 des fiches pédagogiques). La révision de leurs préjugés permet aux enfants d entamer une discussion sur les raisons du comportement magnétique de différents types d objets (matériaux). Ils sont ensuite amenés à formuler les résultats, sur la base des données recueillies lors de l observation précédente et des connaissances dérivées de la discussion (Exercice 3 des fiches pédagogiques). L enseignant leur demande de décrire les résultats. Il les amène à généraliser leurs conclusions concernant les matériaux magnétiques et non magnétiques (plutôt que concernant les objets magnétiques et non magnétiques). Il attire ensuite leur attention sur les objets dont le comportement est différent de celui qu ils attendaient. Il peut poser des questions du type : pourquoi certains matériaux sont-ils attirés par l aimant alors que vous pensiez qu ils ne le seraient pas? Une fois que les élèves ont formulé leurs conclusions et que celles-ci sont consignées dans les fiches pédagogiques, l enseignant demande à chacun des groupes de présenter les résultats. Il tente de lancer une discussion autour de chaque présentation. Il peut aider les enfants à formuler les résultats sur la base de ce qu il a entendu pendant leurs débats. Enfin, il formule une conclusion qui s appuie sur les recherches des élèves : nous avons découvert que tous les objets magnétiques sont en métal, mais que les objets métalliques ne sont pas tous magnétiques. Ils peuvent ensuite rechercher des informations concernant les métaux magnétiques et non magnétiques dans diverses sources d informations, car ces données ne peuvent être recueillies par des élèves de l enseignement primaire de manière empirique (les 45 minutes de leçon de science se sont écoulées). Par la suite, l enseignant peut demander aux enfants ce qu ils ont découvert d autre au sujet des aimants et matériaux magnétiques. Ceux-ci peuvent revenir à l observation du matériel et des aimants et formuler différentes types de conclusions. Ils remarquent généralement qu un aimant est «plus fort» que l autre. Comme ils ont déjà l expérience des aimants, ils n y prêtent guère d attention. Il est toutefois possible d aller au-delà de ce concept naïf de «puissance magnétique». L enseignant devra attirer l attention des élèves sur les informations mentionnées en posant un problème faisant l objet d une recherche : Comment découvrir lequel des deux aimants est «le plus fort»? Le problème est alors posé et l étude peut démarrer. 2. Recherche (Conception et mise en place d expériences et d observations) L enseignant demande aux élèves de proposer une procédure pour découvrir lequel des deux aimants choisis est le plus fort (Exercice 4 des fiches pédagogiques). Les enfants peuvent mettre au point une ou plusieurs procédures lors des discussions en groupes. Une fois qu ils ont élaboré leurs propositions, ils les consignent et se préparent à les présenter à la classe. Pendant qu un groupe fait son intervention, les autres sont invités à émettre des critiques pour rendre la proposition plus précise. L enseignant doit encourager les débats en demandant aux élèves effectuant la présentation de préciser la façon dont ils souhaitent mener à bien la mesure. Le professeur incite au questionnement et les enfants vont progressivement suivre son exemple. L enseignant demande ensuite aux élèves de vérifier la validité de leur propositions. Il les invite à découvrir s ils peuvent mesurer la «puissance» des aimants en adoptant la procédure qu ils ont imaginée. S il souhaite développer les compétences de mesure, l enseignant doit diriger le problème vers des activités dans ce domaine. Le problème est axé sur la quantification ou la comparaison exacte. En fonction des capacités des élèves, différents types d idées peuvent être émis. Les élèves expliquent ensuite comment ils ont découvert quel aimant était le «plus fort», comment ils ont présenté leur conclusion et sur quelles données celle-ci repose. Puisqu ils doivent étayer leur conclusion, ils perçoivent l importance de la mesure dans leur recherche. Les enfants effectuent ensuite l Exercice 5 des fiches

3 pédagogiques, qui met en avant certains aspects importants des mesures scientifiques. Ils sont invités à évaluer la «puissance des aimants comparés» selon une procédure mise au point par l enseignant. Ils peuvent comparer les résultats qu ils ont obtenus à l Exercice 5 avec ceux recueillis grâce à leur propre procédure de mesure. Par le biais de l Exercice 5, les élèves apprennent qu ils doivent répéter les mesures et les observations afin d éviter des erreurs accidentelles et découvrent d autres paramètres de mesure scientifique (90 minutes de leçon de science se sont écoulées). L enseignant demande ensuite aux élèves d analyser les résultats. 3. Évaluation (Évaluation des preuves) Pendant que les élèves élaborent les conclusions sur la base de leurs mesures, l enseignant leur demande d argumenter en s appuyant sur les données recueillies (Exercice 6 des fiches pédagogiques). Il peut les aider à discuter des résultats et les amener à pousser leurs recherches en posant des questions spécifiques. Par exemple : Serait-il possible d augmenter ou de réduire la distance à laquelle l aimant attire les objets magnétiques? Essayez d expliquer comment et pourquoi vous pensez cela (Exercice 6 des fiches pédagogiques). L étude se poursuit. Le principe consiste à découvrir si les aimants attirent les matériaux magnétiques à travers divers objets et matériaux. Les élèves sont invités à exprimer leurs prévisions et à les valider par la suite en effectuant l Exercice 7 des fiches pédagogiques. Ils récapitulent ensuite les résultats obtenus (Exercice 8 des fiches pédagogiques). Ils répondent aux questions suivantes : Est-ce que les obstacles freinaient l attraction magnétique? Est-il possible d influencer l attraction magnétique avec des obstacles? Qu estce qui détermine si l aimant attire l objet magnétique ou pas? Les élèves sont amenés à noter les conclusions importantes et à en discuter avec la classe. L enseignant formule une conclusion générale s appuyant sur les découvertes des élèves. Les élèves découvriront que la seule raison de l attraction de matériaux magnétiques par les aimants est la distance qui sépare l aimant des objets magnétiques et que cette distance est différente selon les aimants, mais toujours la même pour un même aimant. L enseignant peut introduire la notion d «intensité de champ magnétique» à utiliser à la place de «puissance magnétique» le cas échéant (135 minutes de leçon de science se sont écoulées). Matériel contenu dans les annexes : Fiches pédagogiques à destination des élèves leur permettant d exprimer leurs connaissances et prévisions et de noter les preuves observées afin de formuler une conclusion sur la base de ces preuves.

4 Fiches pédagogiques Exercice 1 : Répartis les objets en deux groupes : matériaux magnétiques et matériaux non magnétiques, selon tes connaissances objets attirés par un aimant objets non attirés par un aimant Exercice 2 : Vérifie ce que tu pensais en utilisant les aimants et les objets observés. Écris les résultats. Marque les objets qui se comportent différemment de ce que tu imaginais. objets attirés par un aimant objets non attirés par un aimant

5 Exercice 3 : Formule les résultats sur la base des données obtenues lors de l observation et de tes connaissances exprimées dans la discussion. Généralise les résultats : quels types de matériaux sont magnétiques et quels ne le sont pas? Exercice 4 : Propose une procédure pour découvrir lequel de ces deux aimants est le plus fort. Découvre si ta proposition est correcte ou non, et si tu peux mesurer la «puissance» des aimants en utilisant la procédure que tu proposes. Exercice 5 : Choisis deux aimants qui ne semblent pas de la même «force». Utilise la règle pour mesurer la distance à laquelle l aimant attire les objets magnétiques. Répète la mesure 4 fois. Écris les résultats. Objet Distance entre l objet et l aimant au moment de l attraction Aimant 1 Aimant 2 Mesure Trombone Clé Pièce de monnaie

6 Exercice 6 : Quel aimant est le plus «fort»? Indique comment tu as trouvé (réfléchis aux données que tu as obtenues à l exercice précédent). Serait-il possible d influencer la distance à laquelle l aimant attire les objets magnétiques? Essaye d expliquer comment. Exercice 7 : Est-ce que les aimants attirent les matériaux magnétiques même à travers différents objets et matériaux? Indique tes prévisions, puis valide-les. Obstacle L objet est-il attiré par l aimant à travers l obstacle? Prévision Vérification Papier Oui Non Oui Non Livre Oui Non Oui Non Porte Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Exercice 8 : Résume les résultats obtenus. Les obstacles ont-ils freiné l attraction magnétique? Est-il possible d influencer l attraction magnétique en utilisant des obstacles? Qu est-ce qui détermine si l aimant attirera l objet magnétique ou non? Note les découvertes importantes.