Première séance mercredi 9 novembre 2011 à 9 h et Deuxième séance mercredi 7 décembre 2011 à 9 h

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1 TECHNOLOGIE CYCLE 3 MECANISMES Dominique LAGRAULA PIUMF de Technologie et Muriel MARTIN CPC 15 C Convention Première séance mercredi 9 novembre 2011 à 9 h et Deuxième séance mercredi 7 décembre 2011 à 9 h Objectif de formation : aider les enseignants de cycle 3 à mettre en œuvre des activités adaptées permettant aux élèves d acquérir les compétences qu ils doivent maîtriser à la fin du cycle 3. PLAN : PARTIE I : De l observation d objets du quotidien à la découverte de mécanismes 1. Les attentes institutionnelles programmes, livret personnel de compétences, socle commun. 2. Des pistes pédagogiques PARTIE II : De l observation d un objet technologique à la découverte d un mécanisme. Fabrication en suivant une démarche d investigation 1. La découverte de la carte animée 2. La démarche d investigation 3. Les connaissances et les compétences acquises CONCLUSION : le projet de fabrication de cartes animées pour l exposition à l IUFM Molitor

2 PARTIE I : De l observation d objets du quotidien à la découverte de mécanismes Mercredi 9 novembre Les attentes institutionnelles programmes, livret personnel de compétences, socle commun. 2. Des pistes pédagogiques 1 Les attentes de l institution SOURCE : Les programmes cycle 3 Les objets techniques Circuits électriques alimentés par des piles. Règles de sécurité, dangers de l électricité. Leviers et balances, équilibres. Objets mécaniques, transmission de mouvements. SOURCE Livret personnel de compétences Palier 2 Culture scientifique et technologique Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l essai plusieurs pistes de solutions Exprimer et exploiter les résultats d une mesure et d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit ou à l oral Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques et dans des activités de la vie courante Les objets techniques

3 SOURCE : Grilles de références pour l évaluation et la validation des compétences du socle commun au palier 2 1 Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Items Compétences Pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l essai plusieurs pistes de solutions Exprimer et exploiter les résultats d une mesure et d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit ou à l oral Explicitation des items La démarche d investigation se développe en trois phases successives dont la première consiste à poser une question à partir de l observation d un phénomène ou d informations fournies et d envisager une ou plusieurs explications possibles. Elle conduit ensuite, à partir de ce questionnement, à essayer de trouver une réponse par l expérimentation ou la documentation : - prévoir puis tester un dispositif d expérimentation (en faisant plusieurs essais) ou rechercher dans une documentation ; - recueillir et consigner les résultats obtenus par l observation, par la mesure ou par la recherche documentaire ; - confronter les résultats avec les hypothèses de départ ; - argumenter pour valider, ou non, l hypothèse de départ. Produire un court texte faisant la synthèse des observations et des conclusions (le texte produit utilise un vocabulaire spécifique et peut être accompagné d un schéma explicatif). - Rendre compte de la recherche, des résultats obtenus et formuler une conclusion. - S appuyer sur un ou plusieurs schémas. Indications pour l évaluation Quatre modalités d évaluation sont possibles pour attester de la maîtrise de la démarche d investigation par un élève. 1. L observation du cahier (ou carnet) d expériences. L élève tient un cahier d expériences et d observation qui doit pouvoir le suivre tout au long du cycle. Il y fait apparaître les éléments qu il a produits aux différentes phases de la démarche d investigation. L évaluation porte sur la capacité de l élève à identifier la nature des traces (questionnement, conclusions, prévisions, protocole d expérience ), et à les resituer dans les différentes étapes. Parallèlement, une analyse critériée par l enseignant renseigne sur la maîtrise de la compétence puisque le cahier est la trace directe du travail de l élève (voir à ce sujet le document «le cahier d expériences et d observation»). 2. Dans le contexte des activités de classe, l évaluation peut se faire par observation du comportement de chaque élève. L enseignant sera notamment attentif à l intérêt porté au sujet scientifique ou technique et à la capacité de l élève à : - formuler le problème à résoudre ; - mobiliser des connaissances ; - formuler des hypothèses ; - proposer des protocoles pour les vérifier ; - tester un dispositif d expérimentation (conçu ou non par l élève) ; - recueillir et consigner les résultats obtenus ; - confronter les résultats avec les hypothèses de départ ; - argumenter pour éprouver ou non l hypothèse de départ ; - produire un court paragraphe faisant la synthèse des observations et des conclusions et faisant explicitement apparaître la connaissance visée par l activité. 3. En partant d une situation d expérimentation vécue en classe pour laquelle différentes hypothèses auront été éprouvées : - faire produire un court paragraphe faisant la synthèse des observations et des conclusions ; le texte utilise un vocabulaire spécifique et peut être accompagné d un schéma explicatif ; - demander à l élève de rendre compte à l oral, de la recherche, des résultats obtenus, et de formuler une conclusion. Il peut s appuyer sur un ou plusieurs schémas. 4. La passation d une épreuve standardisée (voir à ce sujet «Outils d'aide à l'évaluation en sciences et technologie au cycle 3» sur le site Éduscol qui propose des protocoles d évaluation).

4 2 Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques et dans des activités de la vie courante Indications pour l évaluation Les objets techniques : Objets mécaniques- transmission de mouvements L élève connaît des dispositifs de transmission du mouvement et est capable d en décrire une utilisation concrète suite à une démarche de fabrication en classe ou à l étude d un objet technique ( treuil, bicyclette ) Conclusion : lors de cette formation, nous ciblerons Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l essai plusieurs pistes de solutions Exprimer et exploiter les résultats d une mesure et d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit ou à l oral Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques et dans des activités de la vie courante Les objets techniques : objets mécaniques, transmission de mouvements

5 II Des pistes pédagogiques : une séquence d apprentissage pour découvrir différents types de mouvements (rotation, translation et hélicoïdal) Compétence du palier 2 Livret personnel de compétences : Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques et dans des activités de la vie courante Pour la première partie du module prévoir le matériel suivant Au moins 4 exemplaires essoreuse à salade, clef à molette et serre-joint, batteur mécanique, cuillère à glace, tire-bouchon, tube de colle à vis, toupie Bey- Blade, boulons, feuilles de papier de brouillon, crayons, gommes Séance 1 Découverte d objets de la vie courante : essoreuse à salade, clé à molette et serre-joint Matériel : Prévoir quatre exemplaires de chacun de ces objets. En acheter ou en demander aux enfants (prêts des parents) Dispositif : La classe est répartie en 4 groupes et chacun d entre eux peut observer et manipuler les objets. Phase 1 Observer, reconnaître et nommer chaque objet savoir observer, ques onner Mettre à disposition des élèves le matériel prévu : essoreuse à salade, clef à molette et serre-joint Consigne : Reconnaissez-vous ces objets? Dans quelles conditions les avez-vous vus? Si certains objets sont inconnus leur donner le nouveau mot et indiquer leur fonction. Phase 2 Chercher comment on utilise chaque objet et décrire ce qui se passe. Travail de recherche individuel dans un premier temps puis travail de groupe qui se concerte pour parvenir à une seule réponse avec un rapporteur désigné.

6 Consigne Décrivez le mouvement des mains et le mouvement des différentes parties de l objet. Phase 3 Mise en commun collective : les quatre rapporteurs proposent leurs réponses avec leurs propres mots. Exemples de réponses possibles : Objets Mouvement des mains Mouvement des différentes parties de l objet Essoreuse à salade «une main tient le panier et l autre tourne, elle fait tourner la manivelle, le bouton, la poignée». Le terme exact est manivelle. La manivelle a un mouvement de rotation «Le panier à l intérieur tourne aussi» Le panier a un mouvement de rotation Clé à molette «une main tient l objet et l autre main tourne une? une molette?» «Une partie de la clé glisse» Guider l observation du mouvement de la main sur la clé à molette. Elle glisse, elle coulisse sur une droite Avec les termes scientifiques cela donne : Une main tient le manche de la clef, l autre main tourne la molette qui est une vis sans fin. La molette a un mouvement de rotation Serre- joint «une main tient le bâton et l autre main tourne une vis» Cet outil sert à serrer deux objets ensemble. Une fois le serrejoint positionné, la main tourne le manche qui fait tourner une vis dans un écrou. Le manche a un mouvement hélicoïdal La mâchoire de la clef coulisse grâce à la crémaillère qui engrène sur la vis sans fin. La mâchoire a un mouvement de translation «Une partie de l objet monte en tournant» La rondelle en bout de la vis, tourne et monte en même temps. La rondelle a un mouvement hélicoïdal.

7 Il manque des mots de vocabulaire pour pouvoir se comprendre. Fixer à ce moment-là les mots à apprendre : manivelle, molette, rondelle, coulisse, crémaillère, vis sans fin, vis, écrou, engrener, rotation, translation et mouvement hélicoïdal. Phase 4 Conclusion et Trace écrite Exprimer et exploiter les résultats d une mesure et d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit ou à l oral Rendre compte de la recherche, des résultats obtenus et formuler une conclusion. La main qui agit fait toujours le même mouvement une rotation mais les mouvements des parties de l objet sont différents On parle de mouvement d entrée ( action de la main) et de mouvement de sortie ( mouvement des parties) Mouvement d entrée Mouvement de sortie Essoreuse à salade Rotation Rotation Clef à molette Rotation Translation Serre-joint Rotation Mouvement hélicoïdal Séance 2 : Découverte de la fonction des mécanismes ( transmission, transformation et modification ) Présenter d autres objets et les ajouter aux trois déjà découverts Matériel : essoreuse à salade classique, clef à molette, serre-joint, batteur mécanique, cuillère à glace, tire-bouchon, tube de colle à vis, toupie Bey- Blade, boulons Même dispositif et mêmes consignes Phase 1 Observer reconnaître nommer éventuellement Réinvestir les connaissances Consigne : Que fait la main? Décrivez le mouvement des parties de l objet.

8 Mouvement d entrée Mouvement de sortie Mouvement de la main Mouvement des différentes parties de l objet Essoreuse la main tourne rotation Le panier tourne c est une Rotation Batteur mécanique la main tourne rotation Les fouets tournent c est une Rotation Clef à molette la main tourne rotation La mâchoire glisse tout droit coulisse c est une Translation Tire-bouchon la main tourne rotation La «tige» remonte tout droit vrille c est une translation Serre-joint la main tourne rotation La vis monte en tournant c est un mouvement hélicoïdal Tube de colle la main tourne rotation Le tube de colle monte en tournant c est un mouvement hélicoïdal Essoreuse à ficelle La main tire (droit) translation Le panier tourne c est une Rotation Boulon La main tourne l écrou rotation La vis monte en tournant mouvement hélicoïdal Toupie Bey-Blade La main tire ( droit) translation La toupie tourne c est une Rotation Phase 2 Que se passe- t-il entre l entrée et la sortie? Si les deux mouvements sont identiques on dit qu il y a transmission de ce mouvement. Exemple : dans l essoreuse à salade, la rotation de la manivelle entraîne la rotation du panier. Le mouvement est transmis c est le même c est une transmission. Si le mouvement d entrée et le mouvement de sortie sont différents, on dit qu il y a transformation. C est le cas pour les autres objets présentés. Exemple : dans le tube de colle, la rotation du «bouton» entraîne la montée droite du bâton de colle ( translation). Le mouvement est transformé. C est une transformation.

9 Séances 3, 4 et 5 : Comment fonctionnent ces mécanismes? Approfondir les connaissances et Fixer le vocabulaire Trois séances très courtes ( 15 à 20 mn chaque fois) Rendre compte de la recherche, des résultats obtenus et formuler une conclusion. S appuyer sur un ou plusieurs schémas. 1 Monter démonter l essoreuse à salade classique, découvrir les roues dentées Représenter l essoreuse et son mécanisme. Montrer comment les deux parties sont liées, comment elles s entraînent l une l autre. Légender son dessin 2 Clef à molette Repérer la vis sans fin qui entraîne un élément droit à dents. C est une crémaillère. Montrer comment les deux parties sont liées, comment elles s entraînent l une l autre. Légender son dessin. 3 Serre- joint l Remarquer que la vis sans fin entraîne une tige qui monte en tournant. C est le même principe que dans le boulon que l on observera à cette occasion plus précisément. Montrer comment les deux parties sont liées, comment elles s entraînent l une l autre et légender son dessin. Séance 6 Traces Ecrites Les fiches objets avec leur corrigé ( la clef à molette, l essoreuse à salade et serre-joint) peuvent servir de support aux traces écrites des élèves. Il s agira de les remplir ensemble à la fin de la séquence. Elles peuvent éventuellement être utilisées comme fiches d évaluation. Séance 7 Prolongements sous la forme d Exercices devinettes Cartes devinettes

10 PARTIE II : De l observation d un objet technologique à la découverte d un mécanisme. Fabrication en suivant une démarche d investigation 1. La découverte de la carte animée 2. La démarche d investigation 3. Les connaissances et les compétences acquises Mercredi 7 décembre 2011 Une séquence d apprentissage pour découvrir un autre mécanisme et suivre une démarche d investigation Préambule : cette partie pourrait être indépendante de la précédente au cours de laquelle l objectif consistait à comprendre des mécanismes par l observation d objets du quotidien. La partie 2 vise à comprendre un mécanisme par la fabrication d un objet. Nous pensons toutefois que le fait de relier les deux parties permet de réinvestir des connaissances et du vocabulaire, de compléter des connaissances et d aborder une démarche d investigation préconisée dans les programmes et dont la maîtrise est à évaluer au Palier 2 du socle commun. La démarche choisie consiste ici à partir d une situation-problème pour se poser des questions et chercher à y répondre réponses par hypothèses Séance 1 Découvrir la carte et émettre des hypothèses sur sa fabrication Matériel : Prévoir plusieurs exemplaires de cartes animées. Dispositif : La classe est répartie en 4 groupes et chacun d entre eux peut observer et manipuler les objets. Phase 1 Observer et manipuler l objet technologique la carte animée. S appuyer sur les savoirs construits lors de la partie 1 si elle a été effectuée. Réinvestir le vocabulaire mouvements d entrée et de sortie, rotation et translation.

11 Consigne : Imaginez ce qui se passe à l intérieur de la carte. Quel mécanisme permet il de faire sortir la figurine? Dessinez ce mécanisme. On peut imaginer que les élèves vont penser à un mécanisme connu : une rotation qui entraîne une translation. Ils vont peut- être répondre qu il doit s agir d une crémaillère et d une vis sans fin ou alors du mécanisme vis écrou mais comment concilier l épaisseur de la vis et l épaisseur de la carte focaliser leur attention sur ce problème s ils ne le font pas spontanément Si la partie 1 n a pas été réalisée, laisser du temps pour manipuler la carte. Focaliser l attention sur le mouvement des mains ( tourner un disque, une roue ) et le mouvement de la partie qui sort de la carte ( elle monte, elle sort tout droit ). Introduire le vocabulaire nouveau ( entrée rotation et sortie translation). Question Imaginez ce qui se passe à l intérieur de la carte. Quel mécanisme permet il de faire sortir la figurine? Dessinez ce mécanisme. Phase 2 Ouvrir la carte et vérifier les hypothèses Observer et remarquer l absence de vis. Il n y a rien de connu. Comment fonctionne ce nouveau mécanisme? Décrire le mécanisme et ses parties : il y a un disque ( insister sur l utilisation d un vocabulaire précis ), deux rectangles de mesures différentes, des petits rectangles sont collés le long des pliures sur support. Introduire le nom exact des parties : une roue ( manivelle), une bielle, un piston, des guides, des attaches parisiennes et la carte support Laisser manipuler pour tenter de comprendre le fonctionnement puis enlever le modèle. Commencer une nouvelle recherche. Vous allez essayer de le reproduire. Regardez le bien car ensuite vous ne l aurez plus sous les yeux. Distribuer à chaque groupe une feuille photocopiée avec les différentes parties déjà tracées. Aucun des points de perçage ne sera indiqué, seul le centre de la manivelle sera tracé. Consigne : fabriquer une carte identique chacun.

12 Phase 3 nouvelle recherche : Essais erreurs, tâtonnements Les essais individuels sont commentés lors d une mise en commun au sein de chaque groupe. Ils comparent leurs solutions, repèrent les erreurs et tentent de comprendre leur origine. Quels dysfonctionnements? Pourquoi? Comment améliorer? Phase 4 mise en commun La bielle doit être décentrée par rapport au centre de la manivelle Le piston doit être guidé en translation La bielle doit être fixée à la manivelle et au piston Les pièces doivent être reliées mais rester mobiles Phase 5 Validation fabriquer des cartes en respectant les contraintes. Différenciation : Le même matériel sera remis aux plus rapides mais il s agira pour eux de trouver l emplacement de la bielle sur la manivelle et sur le piston pour obtenir le plus grand déplacement du piston. Voir fiche dessins manuel Muriel Phase 6 Trace écrite Dans la carte magique il y a un système de bielle manivelle qui sert à transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation. Représenter le mécanisme. Prolongements Fabrications libres avec recherche artistique

13 Mathématiques : Fabrication en suivant un programme de construction pour obtenir des modèles plus grands ou plus petits. Evaluation o ( proportionnalité) CONCLUSION : le projet de fabrication de cartes animées pour l exposition à l IUFM Molitor Contrat : fabriquer une ou plusieurs cartes de ce type et les envoyer à L IUFM MOLITOR pour une exposition. Des photographies des cartes présentées à l exposition seront envoyées aux classes.