Illumine la tour génoise!

Discipline
Vivant, matière, objets
Niveaux
CE1, CE2, CM1.
Auteur
M. CABARET
Objectif
- Réaliser quelques objets et circuits électriques simples, en respectant des règles élémentaires de sécurité.
- Réaliser des objets techniques par association d'éléments existants en suivant un schéma de montage.
- Identifier les propriétés de la matière vis-à-vis du courant électrique.
- Connaître les constituants et fonctionnement d'un circuit électrique simple.
- Connaître des exemples de bon conducteurs et d'isolants.
- Comprendre le rôle de l'interrupteur.
- Mettre en œuvre les règles élémentaires de sécurité.
Relation avec les programmes
Cette séquence n'est pas associée aux programmes.
Dates
Créée le 19 janvier 2019
Modifiée le 06 juin 2019
Statistiques
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Licence
CC-BY-NC-NDLicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Pas de modification ?.

Cette séquence est une séquence d'électricité qui a lieu en période 3 de l'année scolaire pour des élèves de cycle 2 ou des élèves de cycle 3 n'ayant jamais étudié l'électricité auparavant. Elle permet d'appréhender les notions d'électricité, de circuit électrique, de schématisation et les règles de sécurité.

Déroulement des séances

1

Comment fonctionne une lampe de poche ?

Dernière mise à jour le 24 janvier 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Comprendre la fonction et le fonctionnement d'objets fabriqués.
Durée
50 minutes (5 phases)
Matériel
- Une lampe de poche (avec ampoule à filament)
- Des ampoules
- Des piles (différents types)
- La fiche de recueil des représentations initiales
Remarques
Attention au court-circuit et au risque d'échauffement violent de l'ampoule (ne pas mettre les doigts sur le verre de l'ampoule)

1. Introduction de la séquence

collectif | 5 min. | découverte

Montrer aux élèves la tour génoise que nous allons réaliser et qui s'illumine (photographie et vidéo). 

Dire aux élèves que nous allons réaliser cet objet. 

Leur dire que j'ai utilisé le même système qu'une lampe de poche pour éclairer la tour génoise. 

Leur montrer à ce moment-là une lampe de poche (traditionnelle) et leur demander : "comment fonctionne-t-elle?"

Les élèves répondent qu'il faut "appuyer sur le bouton pour allumer la lampe de poche". 

 

2. Recueil des représentations initiales des élèves

individuel | 15 min. | évaluation

Montrer la fiche de recueil des RI et expliquer aux élèves ce qu'ils vont devoir produire. 

"Vous allez m'expliquer, sur cette fiche, comment fonctionne une lampe de poche. Pour cela, je vais vous demander de faire un dessin et de m'écrire quelques mots pour que je puisse comprendre votre schéma sans votre aide. Vous pouvez mettre des couleurs pour que votre schéma soit plus lisible."

Rappeler qu'il n'y a pas de bonne réponse; que je veux juste savoir ce qu'il pense et que toute réponse sera très intéressante pour tout le monde. 

Distribuer les fiches aux élèves ainsi que des crayons de couleur. Demander le calme total. 

Passer dans les rangs pour aider les élèves à annoter leurs dessins (compétence non acquise) et pour les aider à rendre leur production le plus lisible et compréhensible possible. 

3. Conflit socio-cognitif

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

(Si possible, durant la récréation pour laisser le temps au PE de trier les RI des élèves)

Afficher les représentations des élèves en les classant en fonction du raisonnement des élèves. 

 

- représentations pratiques : rôle du bouton --> allume la lampe 

- représentations mécaniques: avec des engrenages ou manivelles

- avec notions d'électricité :

           * mode unifilaire (un fil apporte le courant à l'ampoule)

           * conception de l'usure du courant : piles non reliées ou batterie (qui recharge l'ampoule)

- représentations magiques : pas de lien entre l'ampoule et les piles 

- représentations animistes : croyance en une force vitale animant les objets

- substantielle : l'électricité est perçue comme l'eau, comme une substance (circule dans des "tuyaux")

- analogie : se sert d'autres phénomènes pour expliquer 

 

Initier un conflit socio-cognitif entre les élèves. 

Demander aux élèves de se mettre d'accord entre-eux sur les éléments nécessaires au fonctionnement de la lampe de poche: "si l'on doit construire une lampe de poche, de quels éléments/objets avons-nous besoin?"

Réponse attendue : ampoule, pile.
(d'autres réponses peuvent être données: dans ce cas-là, présenter ces objets aux élèves)

 

4. Manipulation: comment faire briller l'ampoule avec une pile ?

groupes de 5 | 10 min. | recherche

Mettre en place des groupes de 5 maximum. 

Proposer à chaque groupe:

- une pile AA

- une pile 3LR12

- une pile bouton

- une pile 6LR61

- 2 ou 3 ampoules (12V) 

 

Donner la consigne aux élèves: "Avec le matériel suivant, essayez de faire d'allumer*/de faire briller* l'ampoule" 

*vocabulaire: utiliser le vocabulaire donné par les élèves lors de la phase de conflit cognitif

 

Lorsque les élèves ont trouvé un moyen d'allumer l'ampoule, leur demander de faire un schéma/dessin du montage réalisé sur leur cahier de sciences (avec une phrase explicative). 


(Possibilité de demander une production par groupe, si le temps est limité, et de la photocopier ensuite pour qu'elle soit présente sur tous les cahiers)

5. Réponse / institutionnalisation

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Demander aux groupes de montrer leur montage à la classe. 

Deux montages sont possibles : avec la pile 6LR61 et avec la pile 3LR12. 

Dans tous les cas, il faut que le plot de l'ampoule soit en contact avec une borne de la pile et que le culot de l'ampoule soit en contact avec l'autre borne de la pile. 

Introduire donc le vocabulaire de la pile et de l'ampoule : plot, culot, filament, bornes + et - 

Si les élèves se demandent si l'ampoule fonctionne dans les deux sens, tester ces hypothèses. Puis leur montrer l'ampoule led qui ne fonctionne que dans un sens. 

Conclure: "Pour faire briller une ampoule, il faut mettre en contact son plot avec une borne de la pile et son culot avec l'autre borne de la même pile".

2

Comment allumer une ampoule à distance/ loin de la pile ?

Dernière mise à jour le 06 juin 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Etre capable de faire briller une ampoule dans un circuit en série, en reliant une pile à une chaîne continue de conducteurs. Savoir que si cette chaîne est interrompue, l'ampoule ne brille pas.

(Identifier les propriétés de la matière vis-à-vis du courant électrique.)
Durée
40 minutes (4 phases)
Matériel
- piles
- ampoules
- portes piles
- portes ampoules
- fils électriques
- différents matériaux à tester: trombone en métal, trombone recouvert de plastique, bois, règle en plastique, verre...
Informations théoriques
Notions abordées:
- Fil électrique
- courant électrique
- matériaux conducteurs et isolants --> reliés aux règles de sécurité (rôle des matériaux isolants plastiques, danger des parties dénudées)
- interrupteur: ouvrir ou fermer le circuit
Remarques
Ne pas reproduire à la maison les expériences faites avec les piles, avec les prises de courant.
Si un liquide s'échappe des piles, prévenir tout de suite l'enseignant (un court-circuit à eu lieu: lorsque les bornes de la pile sont reliées par un fil parfaitement conducteur).
Si la pile ou l'ampoule deviennent chauds, prévenir l'enseignant (éviter les brûlures).

1. Introduction de la séance

collectif | 5 min. | découverte

Faire rappeler aux élèves comment fonctionne une lampe de poche. 

Exposer un problème aux enfants: "Dans notre tour génoise, l'ampoule ne pourra pas être collée à la pile. Elle sera espacée de quelques centimètres de celle-ci. Comment pouvons-nous faire pour faire briller l'ampoule à distance de la pile ? "

 

 

2. Phase de manipulation / d'expérimentation

binômes | 15 min. | recherche

Les élèves vont travailler en binôme pour répondre à la problématique. 
 

Chaque binôme se voit attribué: une pile d'1,5V et une ampoule d'1,5V. 

L'enseignant présente le matériel disponible: 

- des portes ampoules (attention à ne pas trop serrer l'ampoule pour ne pas la casser, arrêter de visser dès qu'une résistance se fait sentir)

- des portes piles pour y insérer les piles

- des cures dents 

- des trombones en métal et des trombones recouverts de plastique

- des attaches parisiennes 

- des bouchons de liège

- des cailloux 

- des câbles 

- des lames de microscope en verre

 

Les élèves ont la liste de ces objets. Ils choisissent en binôme ce dont ils pensent avoir besoin en le cochant sur la feuille. Un élève de chaque binôme vient récupérer le matériel.

Les élèves testent, manipulent et notent tout ce qu'ils découvrent. Lorsqu'ils réussissent à faire briller l'ampoule, ils appellent l'enseignant et le notent sur leur cahier de sciences: dessin + texte. 

3. Mise en commun

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les différents groupes exposent leur(s) montage(s) et ce qu'ils ont découverts. 

L'enseignant classe leurs réponses en faisant un tableau à 2 colonnes (avec pour titre: l'ampoule brille, l'ampoule ne brille pas):

- d'un côté les matériaux conducteurs

- de l'autre côté les matériaux isolants

 

Pour la classe qui teste avec la variable TICE: 

Mettre en place le logiciel circuit-construction-kit-ac et fixer les connaissances. 

4. Conclusion

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Qu'avons nous appris aujourd'hui?

"Pour faire briller l'ampoule à distance de la pile, nous avons besoin d'un  matériau conducteur: un fil électrique, un trombone en métal ou une attache parisienne.

D'autres matériaux ne conduisent pas l'électricité, on les appelle les isolants: bouchon de liège, trombone en plastique, caillou... "

Schéma avec nomenclature conventionnelle 

 

Pour la classe qui utilise les TICE, ce logiciel permettra de fixer les connaissances sur les matériaux conducteurs ou isolants

EDF-Branche toi : jeu de l'effroyable labyrinthe 

3

Comment allumer deux ampoules avec une pile ?

Dernière mise à jour le 06 juin 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Connaître les constituants et fonctionnement d'un circuit électrique simple.
Durée
45 minutes (5 phases)
Matériel
Par groupe:
- 2 ampoules avec portes ampoules
- 1 pile 1,5V avec un porte pile
- 3 ou 4 fils électriques

1. Lancement

collectif | 5 min. | découverte

"Dans notre tour génoise, je suis pas sûre qu'une seule ampoule suffise pour qu'elle soit bien éclairée. Comment pourrions-nous faire pour éclairer encore plus notre tour?"

Réponse attendue: rajouter une ampoule. 

" Nous allons donc peut-être avoir besoin de 2 ampoules. Pour éviter d'utiliser trop de matériel, j'aimerais par contre que l'on n'utilise qu'une pile. Alors, j'aimerais qu'on essaie d'allumer deux ampoules avec une seule pile." 

 

"Vous allez vous mettre en groupe pour essayer de trouver toutes les solutions possibles pour allumer 2 ampoules avec une seule pile"

2. Expériences

groupes de 3 | 10 min. | recherche

Ils prennent leur cahier de sciences, notent "Comment allumer deux ampoules avec une pile?" 

Les élèves réalisent les montages seuls, sans guidage. Lorsqu'ils ont trouvé un montage qui fonctionne, ils font le dessin du montage dans leur cahier de sciences. 

 

(les groupes qui ont fini rapidement peuvent reproduire leur(s) schéma(s) au tableau)

3. Mise en commun

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves viennent présenter leur montage au tableau. Les montages sont schématisés avec les normes, et notés dans le cahier de sciences --> introduction du montage en série et en dérivation. 

 

Les élèves se rendent compte que les ampoules ne brillent pas de la même façon dans les deux circuits. 

 

 

4. Et si une ampoule ne fonctionne plus ?

collectif | 10 min. | recherche

Une autre problématique émerge: "si une ampoule cesse de fonctionner, est-ce que l'autre pourra encore briller?"

Les deux circuits (dérivation et série) sont réalisés et les schémas sont au tableau. 

Les élèves émettent des hypothèses et l'enseignant teste ces hypothèses à l'aide d'un élève, devant toute la classe. 

Pour cela, une ampoule qui ne fonctionne pas est insérée sur le porte ampoule. 

 

5. Quel type de circuit est le plus intéressant pour notre tour génoise?

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves élaborent une trace écrite: 

"Nous avons réalisé deux types de circuits avec deux ampoules et une pile: en série et en dérivation. Le montage en dérivation est plus intéressant pour notre tour génoise car les ampoules brillent plus fort. De plus, si une ampoule cesse de fonctionner, l'autre continuera de briller". 

 

 

La classe qui utilise les TICE : 

Logiciel "construction kit " : par binôme, les élèves doivent construire un circuit avec deux ampoules, qui fonctionne. 

 

4

Comment allumer et éteindre l'ampoule sans l'éloigner ou l'approcher de la pile? A quoi sert le bouton de la lampe de poche?

Dernière mise à jour le 07 février 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Comprendre que quand le circuit est fermé, l'ampoule brille et que quand il est ouvert, l'ampoule s'éteint: rôle de l'interrupteur.
Durée
50 minutes (5 phases)
Matériel
- ampoules 1,5 v
- portes ampoules
- piles 1,5v (aa)
- portes piles
- 3 boussoles
- fils électriques
- attaches parisiennes
- interrupteur
- trombones
Informations théoriques
Le but de la séance est de comprendre le rôle de l'interrupteur/bouton de la lampe de poche. La majorité des élèves ont une représentation pratique de la lampe de poche. Il s'agira alors de faire évoluer ces représentations initiales. L'interrupteur/le bouton n'est rien sans la pile qui fournit l'énergie nécessaire à la lampe pour fonctionner.

1. Introduction de la séance

collectif | 5 min. | découverte

Faire rappeler ce que l'on a découvert la dernière fois. 

Exposer le problème:

"Dans notre tour génoise, la pile et l'ampoule ne vont pas bouger. Mais, nous ne voulons pas que notre tour reste allumée tout le temps. Il faut donc que l'on trouve un moyen pour allumer et éteindre l'ampoule facilement: sans bouger les éléments qui constituent notre circuit. "

 

Les élèves donnent rapidement la réponse du "bouton" : on cherchera alors à savoir comment fonctionne le "bouton" de la lampe de poche. 

2. Manipulations

binômes | 15 min. | recherche

Les élèves travaillent en binôme pour trouver une réponse à notre nouvelle problématique.

Pour cela, le matériel suivant est donné à chaque binôme: 

- ampoules 1,5 v
- portes ampoules
- piles 1,5v (aa)
- portes piles 
- fils électriques
- attaches parisiennes
- trombones 

 

Les élèves notent la question sur leur cahier de sciences et les dessins ainsi que les résultats de leurs expérimentations. 

3. Résultats des manipulations

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Demander aux élèves de donner leurs propositions concernant notre problématique. Ils montrent leurs circuits à la classe entière. 

L'enseignant met ensuite en place un circuit avec un interrupteur. Le terme "interrupteur" est alors introduit et explicité. 

Pour notre tour génoise, nous utiliserons des attaches parisiennes. Présenter cette possibilité aux élèves, parler du matériau (laiton) qui est conducteur. Introduire la notion de circuit ouvert (ampoule éteinte) ou fermé (ampoule allumée). 

Puis, quelques représentations initiales "pratiques" des élèves qui ne mettaient pas en jeu les piles sont projetées sur le TBI. On demande alors aux élèves de dire "ce qui ne va pas" dans ce dessin. 

Réaliser un schéma conventionnel d'un circuit en série avec interrupteur. 

 

Pour la classe qui teste la modalité TICE: logiciel AC/circuit permet de comprendre le rôle de l'interrupteur 

4. Recueil des représentations initiales concernant le sens de circulation du courant

collectif | 5 min. | évaluation

Les élèves ont un schéma conventionnel d'un circuit simple et doivent, à l'aide de flèches, indiquer le sens du courant. 

 

Faire le tri: 

- courants antagonistes 

- courant en "boucle"

5. Expérience : courants antagonistes

collectif | 10 min. | recherche

Pour les élèves qui pensent que le courant part des deux bornes de la pile pour arriver à l'ampoule et que c'est quand ces 2 "courants" se rejoignent que l'ampoule brille : 

- circuit avec 2 piles et une ampoule 

- chaque pile est reliée à l'ampoule par l'une de ses bornes 

==> l'ampoule ne s'allume pas 

 

5

Le cahier des charges du projet

Dernière mise à jour le 03 février 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Réaliser quelques objets et circuits électriques simples, en respectant des règles élémentaires de sécurité.
Durée
50 minutes (6 phases)
Informations théoriques
Il s'agit d'impliquer les élèves dans la réalisation de cet objet. Pour cela, ils vont devoir rédiger le cahier de charges et respecter certaines contraintes.

1. Présentation de la séance et des tours génoises

collectif | 15 min. | découverte

"Aujourd"hui, nous allons prévoir tout ce qu'il nous faut pour réaliser nos tours génoises."

D'abord, nous allons étudier rapidement les tours génoises et leur histoire (exposé des élèves ou rapide présentation via diaporama). 

 

2. Rédaction du cahier des charges

groupes de 3 | 5 min. | recherche

Dans le cahier de sciences, nouvelle page --> Comment réaliser notre tour génoise ?

"Par groupe de 3, je vais vous demander de faire un schéma électrique de notre tour génoise. Attention, le schéma doit être conventionnel : comme nous l'avons appris --> un rectangle avec la lampe (montrer le schéma), la pile (montrer le schéma) et l'interrupteur (montrer le schéma). "

"Nous allons réaliser un circuit avec : une pile, un interrupteur et une ampoule. (si nous voyons que ça n'éclaire pas assez, nous déciderons alors de rajouter une ampoule)."

 

3. Mise en commun du schéma électrique

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Recueillir les schémas fait par les différents groupes. 

Distribuer la fiche de cahier des charges et leur demander de reporter le schéma sur cette fiche. 

 

4. La tour et son socle

groupes de 3 | 5 min. | recherche

"Maintenant, je vais vous demander d'imaginer avec quels matériaux nous allons pouvoir réaliser la tour génoise. Attention, nous n'avons pas la possibilité d'acheter beaucoup de matériaux. Il faudra alors utiliser des matériaux de récupération, que l'on peut retrouver un peu partout chez nous."

"Faites, sur votre cahier, un dessin de la tour génoise et de son socle (qui va contenir le circuit électrique) et listez moi les matériaux dont vous aurez besoin pour cela"

5. Mise en commun - matériaux tour et socle

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Recueil des idées des différents groupes 

Prise de décision sur les matériaux 

Demander aux élèves de reporter sur la fiche de cahier des charges: le dessin et la liste des matériaux (présents sur le tableau)

 

6. Prévision des taches

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

"Maintenant que nous savons comment nous allons réaliser la tour, son socle et son circuit électrique, il faut lister tout ce que l'on va devoir faire et mettre ces différentes taches dans l'ordre"

Lister les étapes avec les élèves et les mettre ensuite dans l'ordre

Les élèves reproduisent cette liste sur leur fiche et ils collent la fiche sur leur cahier de sciences. 

 

Pour les matériaux à récupérer, élaborer un mot pour les parents, avec les élèves, afin de récupérer rapidement le matériel nécessaire en quantité. 

6

Réalisation de l'objet - la tour génoise

Dernière mise à jour le 03 février 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Réaliser des objets techniques par association d'éléments existants en suivant un schéma de montage.
Durée
5 minutes (1 phase)
Informations théoriques
Les élèves ont rapporté les matériaux nécessaires à la réalisation de leurs tours génoises.

1. Lancement

collectif | 5 min. | découverte

Les élèves ont rapporté les matériaux nécessaires à la réalisation de leurs tours génoises. 

Reprendre les différentes étapes de fabrication avec les élèves

7

Les risques de l'électricité

Dernière mise à jour le 06 juin 2019
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Mettre en œuvre les règles élémentaires de sécurité.
Durée
45 minutes (4 phases)

1. Lancement

collectif | 5 min. | découverte

Vidéo de démarrage du kit pédagogique EDF-branche toi 

Discussion autour des risques de l'électricité: ce que pensent les élèves

2. Quels sont les risques?

collectif | 15 min. | recherche

Fiche à compléter sur les risques électriques

Correction 

3. Consolidation / Vérification des acquis

collectif | 10 min. | entraînement

Jeu: "risqué ou pas risqué" du kit EDF-branche toi 

4. Serious game

binômes | 15 min. | réinvestissement

Réinvestissement de toutes les notions apprises avec le serious game "vinz et lou se mettent au courant"

 

https://www.vinzetlou.net/fr/ressource/vinz-et-lou-et-les-risques-eleectriques