f Le eu f ollet Je découvre comment fonctionne un avertisseur de fumée Compétence disciplinaire visée : Explorer le monde de la science et de la technologie. Savoirs essentiels ciblés : Transparence et opacité (1 er cycle); description de pièces et de mécanismes (1 er cycle); fonctionnement d'objets fabriqués (2 e et 3 e cycle). Il s agit de la MISSION 5 d'une série de neuf. Il y en aura une au début de chaque mois. Vous pourrez vous la procurer en visitant le site : www.msp.gouv.qc.ca/incendie/jeunes.htm. Pour présenter chaque MISSION, faites jouer la chanson de Chef MC : «Au feu! Au feu!» (que vous trouvez sur le même site) et demandez aux élèves de chanter avec les interprètes. Vous pouvez aussi décider, pour l'annonce de chaque MISSION, de placer les élèves d'une façon différente (en cercle, par exemple, comme lors d'une causerie ou d'un conseil de coopération). De telles routines favorisent généralement l'écoute et facilitent l'engagement des élèves plus fragiles sur le plan du comportement dans une autre activité. Durée de la mission : Plusieurs périodes de 5 à 15 minutes pendant la semaine. Matériel nécessaire : une ou deux grandes feuilles; un avertisseur de fumée (ou les images ci-jointes d'un avertisseur de fumée); un grand carton; un pointeur laser; un petit miroir de maquillage; un calendrier de CHEF pour la classe 1. 1. Pour obtenir des calendriers supplémentaires, visitez le site Web du ministère de la Sécurité publique : www.msp.gouv.qc.ca/incendie/jeunes/index.htm 1
Présentez le calendrier de Chef MC et attirez leur attention sur le mois en cours. Annoncez à vos élèves la MISSION que Chef MC vous invite à accomplir ce mois-ci : «Bonjour, les superhéros de la prévention incendie, Votre mission, si vous l'acceptez, consiste à découvrir comment fonctionne un avertisseur de fumée. Cette activité vous familiarisera à une démarche scientifique. Votre enseignant vous accompagnera tout au long de cette démarche. Si vous réussissez cette mission, vous aurez droit au cinquième coupon à coller sur le calendrier, sur le mois de février. La réussite de cette mission repose sur votre participation. Je laisse à votre enseignant le soin de juger du succès de votre mission. Bonne chance à tous!» Ton ami qui veille sur toi, Chef MC Étape 1. Les connaissances antérieures/les représentations Qui possède un avertisseur de fumée à la maison? Quel bruit fait-il? Qu'est-ce qui déclenche l'avertisseur de fumée? (la fumée ou le déclenchement manuel). Que doit-on faire lorsque l alarme de l'avertisseur de fumée sonne? Présentez un avertisseur de fumée aux élèves (ou des images d'un avertisseur de fumée). Laissez les élèves manipuler l'avertisseur en attirant leur attention sur les différentes parties externes : «Essayons de décrire avec le plus de détails possibles cet appareil». (Sa couleur, sa forme, ses composantes extérieures). Selon toi, à quoi sert ce bouton? À quoi servent les différentes ouvertures? Étape 2. Le problème L'avertisseur de fumée possède-t-il un nez ou des yeux comme un humain? Bien sûr que non... Inscrire sur une grande feuille ces questions : «Comment l'avertisseur de fumée détecte-t-il celle-ci? Comment se déclenche-t-il?» Annoncez aux élèves qu'ils auront une semaine pour tenter de répondre à ces questions en formulant différentes hypothèses. Ils seront encouragés à consulter les membres de leur famille. Ces deux questions pourraient se trouver sur la feuille de leçons hebdomadaires avec un espace pour y répondre (voir modèle de devoir scientifique à la fin de ce document). Annoncez qu'à la fin de la semaine, vous ferez une démonstration (une petite expérience) qui permettra de valider certaines hypothèses et de mieux comprendre le fonctionnement de l'avertisseur de fumée. Étape 3. Collecte d hypothèses Chaque jour, prendre de 5 à 15 minutes pour inscrire sur la grande feuille les hypothèses des différents élèves ainsi que leur nom à côté de chacune d elle. Invitez les autres élèves à réagir sur les hypothèses données et à trouver des similitudes entre elles. 2
Étape 4. La démonstration à partir d'un modèle (expérience) Deux sortes d'avertisseurs de fumée Il existe présentement sur le marché deux types d'avertisseur de fumée : l'avertisseur optique et l'avertisseur ionique. Bien que leur mode de fonctionnement soit totalement différent (l'un utilise la lumière, l'autre, la radioactivité), ces deux types d'appareil ont pourtant la même fonction, soit celle de déceler la présence de fines particules en suspension dans l'air. Nous nous attarderons ici au premier type d'avertisseur de fumée (optique), puisqu'il s'agit du plus simple (le plus accessible pour des enfants de cet âge) à comprendre. En revanche, on utilise plus couramment le second type (ionique) à cause de son faible coût et de sa plus grande efficacité. L'avertisseur optique L'avertisseur optique utilise la lumière de différentes façons. Il est muni d une lumière et d un détecteur de lumière. Ces derniers sont positionnés à un angle de 90 degrés l'un de l'autre comme sur l'image suivante : C A A: lumière B: détecteur de lumière C: chambre B En situation normale, la lumière à gauche (A) se propage en ligne droite dans la chambre (C) jusqu'à l'extrême droite de l'avertisseur de fumée en évitant le détecteur de lumière (B). 3
Toutefois, lorsque la fumée envahit la chambre, les particules de fumée réfléchissent la lumière et redirigent plusieurs rayons vers le détecteur de lumière. A B En recevant les rayons lumineux, le détecteur de lumière déclenche l'alarme sonore de l'avertisseur de fumée. Sources d'information : http://www.fsg.ulaval.ca/opus/scphys4/complements/radiovie.shtml http://www.howstuffworks.com/smoke.htm Lorsque vous avez récolté suffisamment d'hypothèses, invitez les élèves à s'asseoir en cercle pour bien voir votre matériel. Afin de démontrer le principe de l'avertisseur de fumée, vous devrez reproduire, à l'aide d'un pointeur laser et d'un miroir, son mécanisme interne. Reproduisez le dessin suivant sur un grand carton. Ce cercle représentera l'intérieur de l'avertisseur de fumée. 4
Placez le pointeur laser sur la circonférence du cercle comme illustré ci-dessous. Placez aussi une feuille de papier pliée en «L» au point B et une autre au point C. pointeur B Emplacement du miroir à l étape III. C I - Expliquez aux élèves que l'avertisseur est muni d une lumière (représentée par le pointeur laser) et d'un détecteur (la feuille «c»). Lorsque le détecteur n'est pas éclairé, le système est silencieux. Mais lorsque le détecteur est atteint par les rayons lumineux, il déclenche l alarme de l'avertisseur. II - Allumez le pointeur laser. Observez à quel endroit la lumière du pointeur se dirige (sur la feuille en «b»). Expliquez aux élèves que c'est la situation normale : en l absence de fumée, la lumière dans l'avertisseur se dirige vers le point «b» sans éclairer le point «c». III - Placez un miroir à 45 degrés à l'endroit indiqué sur le dessin. Expliquez aux élèves que le miroir représente de la fumée. Allumez de nouveau le pointeur... Que remarque-t-on? (le faisceau lumineux atteindra le «détecteur de lumière»). Le détecteur déclenche alors l'alarme sonore de l'avertisseur de fumée. Voilà! Étape 5 : Comparaison entre les hypothèses reçues et l'explication par le modèle. Retournez à la grande feuille pour comparer les hypothèses et les résultats de la démonstration. Estce qu'il y a des hypothèses qui s'approchent de l'explication scientifique réelle? Vous pouvez demander à quelques élèves de reformuler l'explication scientifique du fonctionnement de l'avertisseur de fumée. Étape 6 : L'appréciation de l'activité Demandez aux élèves de donner leur degré d'appréciation de l'activité. 5
Coupon à coller sur le calendrier de Chef MC Les élèves ont participé à la démarche scientifique. La mission est accomplie. Demandez à un élève de découper le coupon ci-dessous et de le coller sur le mois de février du calendrier de Chef MC. Lisez ensemble le conseil que Chef MC vous donne pour le mois. MISSION ACCOMPLIE! Bravo aux superhéros de la prévention des incendies! «Exerce-toi à reconnaître le son d un avertisseur de fumée!». Retournez visiter le site www.msp.gouv.qc.ca/incendie/jeunes/index.htm au début de mars 2005 pour connaître votre prochaine mission! M Mission 5 Portfolio : Vous pourrez prendre quelques photos numériques pendant l'activité et les faire photocopier pour chaque élève afin qu'il puisse les joindre à son portfolio en souvenir. Vous pourriez également demander aux élèves de reproduire l activité réalisée en classe sur une feuille blanche et joindre ce dessin au portfolio. Images d'avertisseurs de fumée Coordination Conception et rédaction Graphisme Illustrations Révision linguistique Service de sécurité incendie de Montréal Richard Émond Nicole de Passillé Roxane Fournier Direction des communications Ministère de la Sécurité publique Impression et reproduction autorisées Avec la participation de : Ministère de l Éducation Ministère de l Emploi, de la Solidarité sociale et de la Famille Ministère de la Sécurité publique 3 6
J émets une ou des hypothèses* Prénom : Chers parents, Les élèves ont observé un avertisseur de fumée en classe. Cette semaine, en lien avec le domaine de la science et de la technologie, les élèves se questionnent avec leurs camarades sur le fonctionnement d'un tel appareil. Merci d'accompagner votre enfant dans cette démarche. Avec l'aide de papa ou maman, j'essaie de répondre aux questions suivantes : «Selon toi, comment l'avertisseur de fumée sait-il qu'il y a de la fumée? Comment fait-il pour se déclencher?» *Hypothèses : Le Petit Robert 1 définit le mot «hypothèse» ainsi : «proposition relative à l'explication de phénomènes, admise provisoirement avant d'être soumise au contrôle de l'expérience». Il n'y a pas de «mauvaises» hypothèses. À cette étape de la démarche scientifique, nous encourageons les élèves à exprimer leurs représentations personnelles de mécanismes technologiques, même les plus saugrenues. Plus tard, ils seront invités, à l'aide d'une démonstration en classe, à confronter et à modifier leurs représentations. 7