PROBLÉMATIQUE EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE AU PRIMAIRE

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1 PROBLÉMATIQUE EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE AU PRIMAIRE TITRE : COCO, LE HÉROS THEME : Les forces et mouvement CYCLE VISE : 3 e cycle DURÉE : 3 heures Auteure et auteurs Nathalie Crépault, enseignante à la Commission scolaire de La Pointe-de-l Île Daniel Leblond, enseignant à la Commission scolaire de La Pointe-de-l Île Donald Gaudreau, conseiller pédagogique à la Commission scolaire de La Pointe-de-l Île Révisé Chantal Pepin CSRDN 2011 RÉSUMÉ DE LA PROBLÉMATIQUE Cette problématique permet aux élèves de réaliser un dispositif qui permettra de réduire l effet de la gravité sur un objet. MATÉRIEL POUR L ENSEMBLE DE LA PROBLÉMATIQUE Préparation - Activités fonctionnelles A, B, C et D Carnet de l élève Feuilles de papier à recycler Différents objets de masses et formes variées (propriétés différentes) Vidéo voir références Réalisation - Problème Carnet de l élève Oeufs ou pâte à modeler. (Pour fabriquer un substitut d œuf) Matériel de récupération divers (verres en mousse de polystyrène, sacs de plastique, papiers divers, pailles, cordes, tissus, tablettes, emballages matelassés, coussins, tapis, élastiques, ) Ciseaux, colle, ruban adhésif Tout matériel pertinent suggéré par les élèves Activité de structuration Carnet de l élève Prototypes des élèves Affiches Photos Autres supports visuels Évaluation : Carnet de l élève et grille d évaluation en annexe PISTES D INTÉGRATION SUGGÉRÉES Disciplines Compétences Moyens Savoirs essentiels Français Écrire des textes Carnet de consignation des observations Français Lire des textes Carnet de consignation des observations Selon les attentes de l enseignante ou de l enseignant Selon les attentes de l enseignante ou de l enseignant

2 COMPÉTENCES EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE PISTES D ÉVALUATION DES APPRENTISSAGES DES ÉLÈVES Critère d évaluation Éléments favorisant la compréhension des critères Résultat Cr1 Description adéquate du problème Cr2 Mise en œuvre d une démarche appropriée Cr3 Utilisation appropriée d instruments, d outils ou de techniques Cr4 Utilisation appropriée des connaissances scientifiques et technologiques Maîtrise des connaissances ciblées par la progression des apprentissages Reformulation du problème Formulation d une explication ou d une solution provisoire (carnet de l élève page 4) Planification du travail (carnet de l élève page 5) Réalisation de la démarche : L élève fabrique un dispositif qui lui permet de protéger un œuf de sa chute (carnet de l élève page 6) Réajustement de la démarche, au besoin (carnet de l élève page 5) Manipulation d objets, d outils ou d instruments : Tout au long de la conception Respect de la sécurité : tout au long de la conception Production d explications ou de solutions Présentation par équipe et pages 6-7 Utilisation de la terminologie, des règes et des conventions : tout au long de l activité Vérifier ce que l élève a compris des concepts travaillés : NE 2

3 Science et technologie - Évaluation 3 e cycle Titre du projet : Coco le héros NOMS Compétence 1 : Proposer des explications et des solutions à des problèmes d ordre scientifique ou technologique. Compétence 2: Mettre à profit les outils, objets et procédés de la science et de la technologie. Compétence 3 : Communiquer à l aide des langages utilisés en science et en technologie Cr1 Description adéquate du problème : Formulation d une explication ou d une solution provisoire carnet de l élève page 4 Cr2 Mise en œuvre d une démarche appropriée Planification du travail carnet de l élève page 5 L élève fabrique un dispositif qui lui permet de protéger un œuf de sa chute : observations et carnet pages 5-6 Réajustement de la démarche, au besoin carnet de l élève page 5 Cr3 Utilisation appropriée d instruments, d outils ou de techniques Manipulation d objets, d outils ou d instruments Respect de la sécurité Tout au long de la conception Cr4 Utilisation appropriée des connaissances scientifiques et technologiques Utilisation de termes justes pour décrire ses activités et Carnet pages 6-7

4 PROGRESSION DES APPRENTISSAGES L univers matériel Matière Les propriétés et les caractéristiques de la matière (forme, couleur, texture) Les transformations de la matière : Des changements physiques (cassure, broyage ne modifient pas les propriétés de la matière Forces et mouvements Effets de l attraction gravitationnelle sur un objet (ex. chute libre) Effets d une force sur la direction d un objet Effets combinés de plusieurs forces sur un objet Techniques et instrumentation Conception et fabrication de machines Langage approprié Terminologie liée à la compréhension des concepts étudiés Dessins et croquis STRATÉGIES Stratégies d exploration Aborder un problème ou un phénomène à partir de divers cadres de référence. Émettre des hypothèses. Explorer diverses avenues de solution. Anticiper les résultats de sa démarche. Réfléchir sur ses erreurs afin d en identifier la source. Stratégies d instrumentation Recourir à des outils de consignation. (Tenue d un cahier de bord) Stratégies de communication Recourir à des modes de communication variés pour proposer des explications ou des solutions. Échanger des informations. Confronter différentes explications ou solutions possibles à un problème pour en évaluer la pertinence. COMPÉTENCES TRANSVERSALES D'ordre intellectuel Exploiter l'information Résoudre des problèmes Exercer son jugement critique Mettre en oeuvre sa pensée créatrice D ordre personnel et social Structurer son identité Coopérer D'ordre méthodologique Se donner des méthodes de travail efficaces Exploiter les technologies de l'information et de la communication (TIC) De l ordre de la communication Communiquer de façon appropriée

5 ACTIVITÉS de PRÉPARATION BUT Prendre conscience de certains concepts liés à la gravité. CONCEPTIONS FRÉQUENTES CHEZ LES ÉLÈVES Les objets lourds tombent plus vite que les objets légers. Les astronautes en orbite autour de la Terre ne pèsent plus rien. CONCEPTS SCIENTIFIQUES A L INTENTION DES ENSEIGNANTES OU ENSEIGNANTS Gravité : Tous les objets sont attirés vers le centre de la Terre par une force que l on appelle la gravité ou la pesanteur. Centre de gravité : La gravité attire les objets vers le bas à partir d un point imaginaire appelé le centre de gravité. Tous les objets ont un centre de gravité. Les objets ont un meilleur équilibre lorsque leur centre de gravité est bas ou que la surface de leur point d appui est grande. À la surface de la Terre, tous les corps qui opposent une résistance négligeable à l air tombent avec la même accélération. Source : Thouin, Marcel, Résoudre des problèmes scientifiques et technologiques au primaire, Éditions Multimondes page 52. o o o Les objets légers qui opposent peu de résistance à l air tombent avec la même accélération que les objets lourds. Une plume tombera plus lentement qu une bille en raison de la résistance de l air. Source : Thouin, Marcel page 52 Il faut tenir compte de la grandeur de la surface de l objet qui offre de la résistance à l air. Plus la surface de l objet est grande plus l objet mettra de temps à atteindre le sol. Résistance: Propriété par laquelle une force s oppose à une autre. Chute libre : Chute d un objet qui tombe sans rien pour le ralentir. Source : Thouin, Marcel page 52 Le poids des astronautes en orbite est à peu près le même que sur la Terre, mais semble nul, parce que leur navette en orbite tombe à la même vitesse qu eux REPÈRES CULTURELS Galilée, astronome et physicien ( ), utilisa beaucoup le plan incliné pour faire ses observations et ses mesures, énonça la loi de la chute des corps en Un bel exemple de la résistance de l air : le saut en parachute. Même pendant la chute libre, avant que le parachute s ouvre, le corps humain atteint une vitesse maximale en raison de la résistance de l air qui est négligeable. Source : Thouin, Marcel, Résoudre des problèmes scientifiques et technologiques au primaire, Éditions Multimondes page 52. 5

6 DESCRIPTION DES ACTIVITÉS Les élèves notent leurs nouveaux apprentissages dans leur carnet. Mise en situation Présenter Coco le héros (proposition en annexe A du guide) Activité A : Qu est-ce qui fait que lorsque je laisse tomber un objet, il chute vers le sol? Faire un tour de table en proposant des démonstrations et en posant des questions. Laisser tomber un objet : «Qu est-ce qui fait que lorsque je laisse tomber un objet, il chute vers le sol?» Reprendre l activité avec des objets de grosseur et de masses différentes. On peut aussi refaire cette démonstration dans l eau : la résistance de l eau est plus grande que celle de l air, ce qui ralentit les objets. Faire un tour de table pour vérifier les connaissances antérieures des élèves. Pour aider à répondre à cette question visionner le film de l ONF proposé en référence. Activité B : «Un objet lourd tombe-t-il plus rapidement qu un objet plus léger?» Laisser tomber une plume et un objet plus lourd d une hauteur significative (1 m 50). Activité C : «Deux objets de même masse tombent-ils nécessairement à la même vitesse?» Expérimenter avec une boule de papier et une et feuille de papier dans l air. Note à l enseignante ou à l enseignant : la feuille non froissée tombe plus lentement, car elle oppose plus de résistance à l air que la feuille en boule. Activité D : «Que se passerait-il s il n avait pas d air pour retenir la feuille?» Inviter les élèves à répondre à cette question dans leur cahier de bord. Présenter la vidéo de la NASA du site proposé en référence. Note à l enseignante ou à l enseignant La vidéo proposée en référence nous démontre la théorie de Galilée qui explique que deux corps que l on laisse tomber en même temps auront la même accélération, donc ils tombent en même temps. L intérêt de la vidéo, c est que tout cela se passe sur la Lune, dans un environnement sans air. 6

7 PROBLÈME RÉALISATION QUESTION Comment faire atterrir Coco d une hauteur d au moins 2 mètres sans qu il ne se casse? CONCEPTIONS FRÉQUENTES CHEZ LES ÉLÈVES Les objets lourds tombent plus vite que les objets légers. Les astronautes en orbite autour de la Terre ne pèsent plus rien. Un œuf est tellement fragile que même s il est protégé, il ne peut tomber de haut sans se casser. APPROCHES ET SOLUTIONS POSSIBLES Construire un dispositif qui ralentit la chute. Construire un dispositif qui amortit la chute. o Les œufs sont plus solides aux extrémités. o La forme du dispositif peut ralentir la chute. o Le dispositif peut être construit de manière à absorber la chute. o D autres facteurs peuvent aider (ouate, papier bulle, eau, etc.) DESCRIPTION DES ACTIVITÉS Voir avec les élèves : Diaporama de la CSSMI 2012 «Tempête d idées» L élève indique ses idées initiales (exemple : je vais construire un dispositif qui aura une forme d avion et qui permettra à l œuf d atterrir en douceur. Je veux donc modifier la forme du dispositif.) L élève réalise la planification de son dispositif. Pour ce faire, il dessine un croquis (dessin à main levé) ou un schéma de ce qu il veut réaliser dans son carnet en indiquant tous les éléments importants et le matériel qui sera utilisé. L élève réalise la conception de son dispositif (avec essais et réajustements). Le rôle de l enseignante ou l enseignant est de soutenir les élèves dans leurs réflexions. Si l élève réajuste son dispositif, il doit conserver des traces de ces modifications dans son carnet sur son croquis ou son schéma initial. MATÉRIEL Œufs ou pâte à modeler (Pour fabriquer un substitut d œuf) Matériel de récupération : verres en mousse de polystyrène, sacs de plastique, papiers divers, pailles, cordes, tissus, tablettes, emballages matelassés, coussins, tapis, élastiques, etc. Ciseaux, colle, ruban adhésif Tout matériel pertinent suggéré par les élèves 7

8 INTÉGRATION BUT : Présenter les prototypes réalisés par les élèves. DESCRIPTION DES ACTIVITÉS Proposer aux élèves de présenter (en équipe ou seul) leur prototype pour en expliquer : Le fonctionnement Les composantes Les dimensions Les différents essais qui ont conduit à cette version Les différents concepts scientifiques présents dans le prototype Les hypothèses de départ Les difficultés rencontrées Les croquis et plans Affiches explicatives (type expo-sciences) etc. Note : Cette activité pourrait se faire aussi dans le cadre d une expo-sciences. ENRICHISSEMENT ET RETOUR ENRICHISSEMENT POSSIBLE Proposer aux élèves de tester leur prototype sur des hauteurs variables. Par exemple : la hauteur de l école, une cage d escaliers, un panier de basket dans le gymnase,etc. Proposer aux élèves de jumeler des systèmes de prototypes pour en augmenter efficacité. Demander aux élèves d imaginer l utilisation, dans la vraie vie, de leur prototype. Imaginer qu ils auraient à faire pour commercialiser leur appareil (dépliant, campagne publicitaire, etc.) LIVRES, VIDÉOS, CD-ROMS, AUTRES ONF, Une minute de science, S.V.P.! Partie 1, #5 La gravité Vidéo en Quick Time, de Apollo 15, Le marteau et la plume. 8

9 ANNEXE A Coco, le héros Au pays des Coquilles, vit un œuf qui s appelle Coco. Il fait un boulot d aide astronoeuf (astronaute dans le pays de Coco) à la NASOEUF (NASA au pays de Coco). Son plus grand rêve est de devenir un astronoeuf, mais le danger est toujours présent, car peu d astronoeufs reviennent sans fracture de la coquille. Coco a donc reçu la tâche de créer un dispositif qui permettrait aux astronoeufs de revenir sur terre sans se casser le coco! Coco se casse la tête à imaginer ce dispositif qui pourrait sauver la vie des astronoeufs. Peux-tu imaginer le dispositif de Coco pour l aider à devenir «Coco le héros»? 9

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