ARTheque - STEF - ENS Cachan | Circuits électriques.

ELECTRIQUES

~

LABORATOIRE INTERUNIVERSITAIRE DE RECHERCHE SUR L'ENSEIGNEMENT DES

SCIENCES PHYSIQUES ET DE LA TECHNOLOGIE - UNIVERSITË PARIS VII

TOUR

23 -

SËME ËTAGE - COULOIR

23-13

RESPONSABLES Mr.

DUREY

L.I

.R.E.S.P.T.

Mme. MESMIN

L.I.R.E.S

.P.T.

EXPERIMENTATEURS Mr.

BOURNIQUE

C.E.S.

26~

rue Henri Chevreau.

Paris

20ème.

Mme. BOISGERAULT

C.E.

G. 9~

rue des ALouettes.

75019. Paris.

Mr.

MESNARD

C.E.

G. 17~ ~e

Georgette Agutte.

75018. Paris.

Mr.

MOREAU

C.E.S

.

45~

rue de La

Gatt~. Le

Perreux-sur-Marne.

Mme

LABBE

C.E.S

.

11~

rue des VoLontaires.

75015~

Paris.

Mr.

BONNEFILS

C.E.S

. Pierre de FerrrKlt.

31. TouLouse.

Mme

RULIE

C.E.S. de Lalande.

31.

Toulouse.

Mr.

HUBE

C.E.S. Rue de l'Univerei.U •

Reims.

Mr.

GERVAIS

C.E.S. Les Salières.

17. St Martin de

R~. Mr.

GUILLAUD

C.E.S. Surgères.

17. Surgères.

Mr.

EGENSBERGER

C.E.S. Guynemer.

54. Nancy.

Mr.

BATHO

C.E.S. Clairtieuz.

54.

Villers-les-Nancy.

Ml'.

GA1.fBINI

C.E.S. Campra.

13. Aix-en-Provence.

Mr.

CHEVALIER

C.E.S.

Arc

de Meyran.

13.

Aix-en~Provence. Mr.

SAZATORNIL

C.E.S.

de

M~rignac.

33. Mérignac.

."'1r •

CABANNES

C.E.S. de Mérignad

.

33. Mérignac.

CHAPITRE 1 : COMPTES-RENDUS DES EXPtRIMENTATIONS

1 - POURQUO

I

DES CIRCUITS ELECTRIQUES EN 6•••

?

2 - PREEXPERIMENTATION AVEC 6 ELEVES.

-

Dans quel but

?

- Rêsua6 des s6ances.

~

le

1 :

A

lt1ft2gB

d'une

·l4It:>e

A - Objectif

B - Mat6ri.l

C - Tiche.

D -

a...

rques

~le

2 :

StztUCture d'une

~e Ezat' LB 3 : Al Lume-n ' al:Lwrw

pas

E~lB 4 :

CLasser des

~s

Ezemple

S :

AHUlIer deu:c

l~s

- Bibliographie.

RESUME DES LIVRES SIGNALES

a - Piles et ampoules

.

E.S

.S.

(U.S

.A)

b - Collection Tavernier

c - I

.P.N.

(Allemagne).

3

-

PREEXPERIMENTATION DANS UNE C

LASSE .

- Dans quel but

?

- Les conditions scolaires

.

- Le matêriel utilisê.

- La schêmatisation.

- La pêdagogie employêe.

- Les objectifs par sêances.

- Rêsultats.

- Propositions faites aux professeurs expérimentateurs.

- Progressions et thèmes choisis.

Liste des thèmes Remarques

Progressions

Tableau des progressions

- Synthèse des journaux de bord

1 - ALLUMER UNE LAMPE

Point de départ

· Progression et matériel · Commentaires

2 - STRUC TURE D'U NE LAMPE • Point de départ · Progression et matériel · Commentaires STABI LI TE DU MONTAG E Point de départ Progression et matériel • Commentaires 4 - COND UC TEURS ET ISOLANTS Point de départ · Progression et matériel · Commentaires ~ - ALLUMAGE DE DEUX LAMPES Point de départ

Progression et matér i~l Commentaires

6 - REPERAGE DE L'ECLA T D'UNE LAMPE Point de dép art

· Progressi on et maté riel · Comment air es

Point de départ

· Progression et matériel · Corrnnentair es

~ - ALLUMAGE DE TROI S LAMPE S Poi n t de départ

· Progression et matériel · Commentaires

~ - COMMANDE DE CIRCUIT S AVEC DES INT ERRUPTEURS Point de départ

Pr o gr e s s i on et matériel Point de départ

· Comment a i res

11 -

CONTROLE SUR L'UNITE

• Point de départ

• Progression et matériel • Commentaires

CHAPITRE

II

D

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ENTS

IS

S

US

DE L'

EXPÉR

I

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ENTATION

1 -

A

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6

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me

.

A - REFLEXIONS SUR LE CONTENU DU PROGRAMME : ETUDE AUTOUR DE QUELQUES NOTIONS DES DIFFICULTE S ET DES POSSIBILITES DES ELEVES.

B -- CARACTERISTIQUES DES ACTIVI TES EXPERIMENTALES SUR LES CI RCUI TS ELECTRIQUES. PROPOSI TIONS PEDAGOGIQUES. C - EXEMPLE DE QUATRE SEQUENCES PEDAGOGIQUES.

D - DEFI NI TI ONS OPERATOIRES DES NOTIONS DE CONDUCTEUR, ISOLANT ET RESI STANCE.

2 - L

ES

PRECONNAISS

A

NCES SU

R

L'EL

ECTRICITE.

~

- Exemple de prémodè les.

- Représentations et règl es d'a ction . Premier exemple

. Deuxième exemple

3 - PROBLEMES SOULEVES PAR LA SC

HEMATISATION.

- Dessin s spontanés

- Choix d'une schématisation

- Résultat d'une expéri ence d'in t roduction dir Gc t {ue de sc hémat isation .

4 - ANAL

YSE

DES CONTROLES

P

RO DUI T

S P

AR L

ES

E

XP

ER

I MEN TATEURS .

- Méthode d'analyse - Résu lta t s .

CHAPITRE 1

COMPTE-RENDUS DES EXPÉRIMENTATIONS

1 - POURQUOI DES CIRCUITS ELECTRIQUES EN 6ème

?

Cette question n'est en général jamais abordée dans les nombreux projets étrangers et français qui ont déjà été publiés sur ce thème. (Voir bibliographie)

Il Y a tout d'abord les raisons qui assurent le succès de ce thème - Motivation certaine des enfants pour tout ce qui concerne

l'électricité. Ceci doit être mis sûrement en relation avec la multiplicité des applications techniques de l'électricité dans la vie moderne (appareils électroménagers, éclairage, jouets.. . ).

- Ce thème offre de grandes possibilités de manipulations accessibles aux enfants. Ces manipulations sont variées et peuvent être réalisées avec du matériel simple et peu couteux. - Intérêt et curiosité des enfants pour les manipulations

proposées. L'aspect spectaculaire des effets du courant assure le maintien de l'enthousiasme.

Enfin, il y a les raisons qui sont liées aux possibilités qu'ouvrent les manipulations et leur succès sur ce thème :

- Développer des activités à caractère scientifique. (Dégager une notion, faire des mesures, affiner un prémodèle ... ). - Soutenir l'apprentissage des langages fond amentaux (langue

maternelle, dessin).

- Etablir un lien entre la classe et l'environnement des enfants en dehors de l'école.

Les dangers du choix de ce thème sont nombreux. On peut les résumer en trois tendances :

1. Réduire le thème à une suite d'activités nombreuses mais superficielles, à une suite de jeux qui la i s s e l'enfant seul devant des manifestations expérimentales premières, qu'il ne saura pas utiliser. Ce qui reviendrait à laisser l'enfant avec une série d'impressions premières sans pouvoir aller au-delà, sans pouv oi r,par exemple, le guider pour qu'il utilise une méthode ou pour qu'il dégage un concept scientifique.

2. Vouloir donner les clés de l 'électricité par des manipulations épurées (par le maître) ou en intro-duisant des concepts très élaborés (courant, tension, puissance). Ce qui reviendrait à supprimer le lent travai l de défrichage des enfants, à supprimer la possib ilité de comprendre les enfants en se coupant de leurs modes de représentation•

.3. Faire des manipulations sur les circuits électriques pour faire de l'61ectricité ou pour pouvoir faire de l'électricité plus tard. Ce serait limiter le thème aux seuls obj ectifs de Physique et cela reviendrait à le couper des objectifs généraux d'une initiation aux Sciences Techn i que s. Notamment à une ouverture du . module sur la vie, à une initiation à la méthode expé-rimentale, au développement de la curi osité et de l'esprit crit i que .

2 - PREEXPERIME

NTATION

AVEC 6 ELEVES

-Dans quel but

?

Nous avons centré nos observations sur :

- les pré- rep résenta tions et les pré-connaissances des enfants en électricité .

- l'évolut i on de ces pré-représentations et les éléments qui permettent cette·évolution (manipulations, discussions, informations données par le maître, documen ts etc .••).

- les conditi ons de passage d'une notion intu1t1ve (électricité) à un

concept sci enti f i que qu'il soit qualitatif (conducteur isolant) ou quantitatif (résistance).

- les liens entre les activité s technolo giques et le s activité s qU1 per

-mettent de dé ga ger de s not i ons de Physique.

Conduc te ur isolant • • Ana lyse ou fabric ation d'un suppor t de lampe Eclat de la lampe ~ Con struction d'un inst~ument de repérage

de s écl a t s (j.h otomêt re)

Ci r cui t él e c tr ique Remon t a ge de lampes torches

Court-cir cuit Dépannage de jouet s électriques

- Résum

é des

séa~ces

L'unité comporte 6 séances de 1 h 30 . Nous nous sommes volontairement

limi t é s au point ds vue des not i ons d'électricité à celle s de circuit électrique et de conducteur isolant pour arri ver à la notion de résistance.

Les object if s re t enus :

- Obj ecti f s du domai ne de l'é lect ri ci t é

• circuit électrique (chaî ne con t i nue d'éléments conducteurs).

• conducteur i

solant (

déf in

itio

n

op

éra t oir

e).

• résistance.

Objectifs du domaine des méthodes • Observation

• Expérimentation • Mesure

• Généralisation

- Objectifs du domaine des langages

• Description du matériel d'un circuit par oral • Description du matériel d'un circuit par schéma

Les six élèves venaient dans les locaux de la faculté où ils étaient suivis par trois enseignants et une caméra vi déo .

Nous avons, à chaque fois, donné aux enfants des tâches matérielles à accomplir sans jamai s leur révéler la notion que nous souhaitions leur voir dégager au cours ou à l' i ss ue de ce s tâc he s . En cour s de séances, nous leur avons pos é des questi ons sur le fonctionnement des montages réalisés ; les réponses à ces ques tions nous ont permis de découvrir les modèles qu'ils possêdaient et d'en suivre l'évolution.

EXEMPLES DE SEANCES

A - Objectif particulier : • Maîtrise du matériel . Bipolarité de la pile B - Matériel

a) Le mat ér i e l emp loyé compr end une pi l e plate 4,5 V ; une lampe 3,5 V 0,3 A de lampe de poche , un support de lampe avec bornes métalliques a

ppa-rentes des conduc t eur s souple s gainés de matière pl a s t i que de 20 cm de lon -gueur, dénudés aux deux extrémités ; un tour nevis ; 2 pinces crocodiles, 2 pinces Fahnestock.

b) Le même ma t é r i e l mais la pile est remp l acée par une pile ronde 1,5 V, la lampe pa r une lampe 1, 5 V. On ajoute un boîti er de pile de type Wonder avec pinces Fahnestock fixée s aux deux bornes. (Fig.l)

C - Tâches proposée s

Dans un premie r temps, on demande aux enfants d'allumer la lampe à l'aide du matériel a). Puis de faire en sorte que le montage soit stable et qu'il soit facilement démontable sans détérioration du matériel. Puis, on donne le matériel b) et l'on propose les même s tâches. On demande ensuite aux enfants de dessiner les montages qu'ils ont réalisés.

Enfi n, une présentation de quelques-uns de ces montages est faite au tableau et commentée par eux.

Boîtier Pile Wonder

avec pinces Fahnest ock

(vue de dessus) Fig.l Support de lampe avec pinces F (vue de profil) Fig.2

Pile avec suppor t Prestole

(vue de profil)

et pince s F

Fig.3 (vue de côté)

Planchette munie de pinces Prestole pour maintenir une pi l e

Fig. S

Fil de Nichrome

tendu entre deux clous Fig.4

D - Remàrques

La plus grande liberté est laissée aux enfants quant à la réalisation de ces tâches.

Les enf ants re conna i s sen t comme nécéssaires les supports de lampes. Ils dégagent les deux languettes de la pile en enlevant le papier protecteur. En bref, ils reconnai ssent et choisissent dans le matériel proposé les objets techniques lié s à l'allumage d'une lampe dans la vie courante.

Dans le matériel, nous avions placé des fils non dénudés aux extrémités certains enfants les ont re j e t é s ; d'autres voul an t les employer ont aussitôt essayé de les dénude r à l'aide de la pince mise à leur disposition'. Mais, l'uti-lisation de cel le-ci les gêne beaucoup et occasionne une perte de temps regretta-ble dans le cadre du module. Son emploi par les élèves n'est peut être pas à conseille r, du moins à la première séance .

De même, les enfants ont dédaigné les élas t i ques placés volontairement dans le matériel car ils ont déjà l'idée de conducteurs et non conducteurs. Nous avons retrouvé cette préconnaissance dans la séance int i t ul é e : "allume - n'allume pas".

D'autres en f an t s ont fixé le bout métallique des fils à chaque borne de la lampe mais ont entouré le s lames de la pile avec la partie gainée du fil. Cette contradiction montre que malgré la notion de conducteur, celle de contact méca-nique entre les objets du montage prime celle de contact électrique. Une recherche du défaut de montage doit être fa1te alors par l'enfant.

L'ensemble des élèves réussit à réaliser les montages a) et b) mais les temps mis par le s différents en fant s vari en t de 5 min à 25 min.

Quant à la stabilit é des montages, elle n'es t pas ressentie comme néce s -saire et l 'emploi de s pinces F ou crocodil es of f r e des di f fi cu l t é s. Il est ut i l e d'attirer l'att en t ion des élèves sur les qualités particul i è r e s de ces objets afin qu'ils les empl oi ent correctement. Mai s, une fois acquise la technique de fixation , nous avons constaté que les enfants en devenai ent par la suite tr ibu-taires. Ce manque d'autonomi e vis-à-v i s de la te chno l ogi e pourrait être pallié par la mise à leur di sposi t i on d'un matér ie l plus var i é nécessitant une adaptation renouvelée.

Les des s i n s des enfants ne son t pas tous li s i b le s

On peut imposer une repré s enta ti on conven t i onne l l e pour l'un des objets : la pile par exemp l e . Il s'a gi ra d'une conven t i on intérieure à la classe. Il serait supe rflu d'impo se r une représentation normalisée peu éloquente pour les enfants.

Enfin, les enfants travaillent à des vitesses différentes, on peut dispenser les plus lents de l'expression graphique et fournir aux plus rapides un questionnaire simple auquel ils auront à répondre, par écrit, sur place.

Il est bon que chacun aille à son rythme et porte ses efforts sur telle partie de l'exercice qui l'attire, le minimum exigible restant la réalisation de l'allumage.

Une mise en commun et une synthèse des acquis pe~ent se faire en faisant dessiner quelques schémas au tableau et en les discutant avec l'ensemble du

groupe.

A - Objectif particulier :

la bipolarité d'un appareil électrique récepteur et la continuité de la chaîne à l'intérieur de l'appareil.

B - Matériel

. Lampe 3,5 V et 6 V , pile plate 4,5 V Un étau pour toute la classe

Tournevis

Fils conducteurs, pinces, supports de lampes Pince plate.

C - Tâches à accomplir

Aller voir à l'intérieur d'une lampe comment elle est faite, pour savoir où il y a du courant quand elle brille.

Pour cela, il faut d'abord s'assurer que la lampe est en état de marche en l'incluant dans un circuit comme à la première séance. Cela donne l'occasion au maître de vérifier que la maîtrise du matériel est acquise ou non et d'inter-venir au besoin.

Puis, il faut démonter la lampe. Nous indiquons ici une technique qui nous a permis d'obtenir des lampes encore en état de marche et dont on voit l'in-térieur.

Ecraser légèrement dans l'étau le culot de la lampe sans ôter la capsule de plomb; l'isolant noir tombe. A l'aide de la p~nce plate, écraser encore

légèrement le culot, l'isolant blanc tombe en poussière et le culot se détache de l'ampoule.

On voit alors apparaître nettement les deux fils qui sortent de l'ampoule dont l'un était soudé au culot et l'autre à la capsule de plomb. Parf~is, ces deux soudures restent intactes.

Bien veiller à ne pas briser l'ampoule qu~ continue ainsi à être en

D - Remarques

Les opérations de démontage des lampes sont délicates. Il est bon de prévoir des lampes pr ê t e s à l'observation. On peut alors aider les élèves les uns après les autres à réaliser ces opérations; en cas d'échec , on peut leur fournir du matériel utilisable.

Nous avons ét é amenés à donne r à la question initiale la forme qui figure en C. A la question pos ée sous la forme "commen t est faite une lampe

?"

nous n'avions obtenu qu'une obs e r va t i on de l'extérieur et des dessins correspondants.

L'idée de l'inve s tigati on ne vient pas naturellement à tous. Il faut alors suggérer l'expéri men t a t i on; c'est une attitude que l'on souhaite voir adopter par la suite mai s qu'il faut sus citer soit par une formulation précise de la question, soit mieux, en cré ant une situation mat ér i e l l e qui provoque le besoin d'investigati on .

Les opérations on t pourbut d'attirer l ' a ttent ion des enfants sur la bipolarité de la lampe et la continui t é du ci rcuit dans la lampe. En ce qui con-cerne le premier point, il semb le en général admis, du momen t que les deux fils apparaissent. Quan t à la continuité, il ne sembl e pas qu' e lle soit ressentie par tous. Pour certain s enfant s, cett e séance consti tue un jeu et les dessins les plus fantaisiste s peuvent êt r e pr opos é s.

Par ailleurs , même si d'au t r e s enfants voient la structure de la lampe démontée, ils ne la tr ans posent pas au cas de la lampe en état de marche.

La réalis ation de de s s i ns et la synthèse au tableau sont nécessaires pour faire une mi s e au poi n t qu' i l faut répé t e r par la suit e en demandant où passe le couran t dans la lampe .

Quant au rôle du fil ament in tér i e ur, il n'es t que ra rement ress ent:. On

peut essayer de le met t r e en év idence en alimen tant une ampoule 3,5 V à 11 ide d'une pile de 1,5 V ; le filament sous- volté es t plus vi s i ble. On peu t ainsi

détériorp.r à l'aide d' une pil e 4,5 V une lampe 1,5 V dont le filament coupé es t

visible aus si. On peut encore briser une ampoule de façon à ce que le fi l ament

puisse êt re acce s s ible au doigt et alimen ter l 'ampoul e jusqu'à fair e br û l er le

filament (ces expé rience s peuven t être conf i ée s au maî tre pa r souci d'économie

de matériel). Les enfant s arrive nt peu à peu à locali s e r l'effet Joule, mais cela ne sembl e pas les fai re progre sse r dan s la concepti on de la continuité à l'intérieur de l'ampoul e. Il se peu t donc que l'obj ecti f de la séance ne puisse

êt r e atteint pour tous.

Un ques ti onnai re peut ai de r les enfants, dans lequel on leur demande par

Classement des élements de liaison entre la pile et la lampe conducteurs et isolants.

B - Matériel

• Une pile 4,5 V • Une lampe 3,5 V

• Un support de lampe avec pinces F fixées dessus (Fig.2) • Des pinces crocodiles

Des conducteurs gainés dénudés aux extrémités.

Matériel collectif : un tournevis entièrement métallique , des tournevis

à manche isolant, un morceau de toile métallique, un gros clou, un cylindre de bois, une plaque de caoutchouc, une plaque de cuivre, des blocs de contre-plaqué, un fil de 20 cm de soudure à étain, un gros fil de cuivre émaillé, un ressort à boudin en acier, un long fil de fer nu,

une ampoule 110 V, un long fil de cuivre gainé de plastique, une plaque de matière plastique.

C - Tâches à accomplir

On demande aux enfants de faire un circuit comprenant, à la suite l'un de l'autre: la pile, des fils, la lampe et un seul objet du tas (matériel collectif) de façon que la lampe brille.

Puis de faire un circuit comprenant, à la suite l'un de l'autre, la pile, des fils, la lampe et un objet du tas tel que la lampe ne brille pas alors que

tous les objets du circuit se touchent deux à deux.

De recommence r plusieurs fois de sui t e avec un objet nouveau à chaque fois, ainsi de classer les objets : ceux qui laissent briller la lampe et ceux qui l'en empêchent.

D - Remarques

La forme sous laque l l e on indique les tâches à accomplir a une grande

importance. Les enfan t s qui ont déj à construit des circui ts avec une lampe, des

fils et une pile ont tendance à con s i dér e r l'objet du tas comme un supplément qu'ils placent alors en dérivation aux bornes de la pile (le montage en série n'est pas si facile qu'on pourrait le croire). Si l'objet est isolant, l'éclat de la lampe n'en est pas affecté, mais dans le cas d'un conducteur, l'extinction de la lampe plonge les enfants dans la perplexité.

Il faut noter que le terme de court-circuit qu'on peut être tenté d'em-ployer et d'expliciter, évoque chez l'enfant l'idée d'une détérioration brutale et définitive de l'appareil récepteur. Or, dès que le conducteur est retiré, la

lampe brille

à

nouveau

.

courant pour certains enfants puisque la lampe ne bri l l e pas. Quant à l'étymo-logie : circuit court, elle ne les aide pas. Cette notion peut être laissée pour une exploitation ultérieure.

Par ailleurs, les matières usuelles comme le caoutchouc, matière plas-tique, bois etc ..• fer ou cuivre sont souven t clas sée s correctement par les enfants a priori. On constate une préconnaiss ance basée sur la vie courante, il s'agit alors d'expériences de contrôl e. Le s termes de conducteurs et d'iso-lants peuvent être employés; ils sont d'a i l leur s en général connus.

Pour ceux des élèves qui son t plus rapides, on pe ut prévoir un compte-rendu écrit sous forme de schéma des circuit s et tabl ea u comprenant deux classes.

Enfin, à propos de chaque dessin de cir cui t , peut être introduite une 'r e pr é s e n t a t i on simplifiée conventionnel le .

A - Objectifs particuliers :

· Classement de lampes d'après leur écl a t • Adaptation d'une lampe et d'une pile

Repérage d'un éclairement • Notion de résistance. B - Matériel

pile 1,5 V avec support et pi nc e s F sur une plaque de contre-plaqué , fil de nicrhome tendu en t re deux clous plant é s dans la plaque à 10 cm l'un de l'autre, suppo r t de lampe avec pinces F.

3 ampoules 1,5 V; 3,5 V ; 6 V . Pour le maître: pile 4,5 V. l conducteurs gainés

· Une boîte de carton pa r a l l é l i p i pédique dont une face est enlevée et ayant environ 15 cm x 10 cm x 10 cm.

Un photomètre constit ué par des empilements de différentes épaisseurs de papier blanc formant un écran de bande juxtapos ée s longueur 7 cm, largeur 5 cm, chaque bande ayant 8 mm de large. Chaque bande porte un nombre : celui des épaisse urs du papier.

C - Tâches à accomplir

- Allumer de façon stable une lampe , puis l'a utr e, puis la troisième Une m1se en commun des obsservations permet de suggé re r une comparaison des éclats des lampes.

- Présentation du photomètre et de son emploi. On place la lampe dans la boite en carton et on pose successivement contr e l'ampoule les bandes du photomètre. Tant qu'on aper~oit l'ampoule à tr av er s une bande, on utilise la

bande suivante plus épaisse. On donne enfin à l'éclat de la lampe le numéro de la première bande qui ne se laisse pas traverser par la lumière de la lampe.

A chaque lampe peut être associé un nombre après l'accord fait entre les deux équipiers de chaque groupe.

D - Remarques

Les enfants remarquent que l 'une des lampes s'allument bien (1,5 V) et l'autre mal (6 V). Une interrogation orale sur les causes de cette différence permet de rechercher les indications portées sur les lampes qui peuvent ren-seigner.

Les enfants arrivent à aSSOCler les indications quantitatives portées sur la pile et les lampes.

On peut alors, à l'aide du matériel du maître montrer les méfaits d'un excès de volts sur un exemplaire de lampe et désigner chaque pile et chaque lampe par la tension qui y est in s c r i t e. Celle-ci est considérée comme une indi-cation numérique d'adaptation entre les deux objets et devra être respectée par la suite.

- Faire ensuite un montage stable compr enant la pile 1,5 V, la lampe 1,5 V, le fil nu de nichrome tendu entre les deux clous. Observer l'éclat de la lampe quand le fil nu est dans le circuit et le comparer, à l'aide du photo-mètfe, à celui de la lampe en montage normal. On fera varier la longueur du fil et on repère ra l 'éclat pour des fractions données de la longueur du fil ..

On peut con s t r u i r e un tableau de correspondance entre nombres qUl représentent le s éclats et les longueurs, et même un graphique.

La réalisation du montage présent~~des difficultés pour certains enfants ils ne voient pas quelle portion du fil est ou n'est pas en service. Un schéma fait par leurs camarades les aide.

A ce stade, la continuité de la chaîne devrait être acquise.

A la question relative au rôle du fil, nous avons obtenu la réponse suivante: le fil n'empêche pas le courant de passer (puisque la lampe brille) mais le courant met plus de temps puisqu'il a un plus long trajet.

La construrt i 0" du graphique petit s'avérer difficile; elle constitue néanmoins une imitation utile pour l'avenir.

Enfin, la grandeur physique longueur ne nous a pas semblé être ressentie comme paramètre dont dépend l'éclat bien que la correspondance : beaucoup de fil, peu de courant, soit bien constatée. Encore une fois, nous rencontrons des

A - Objectifspàrt icul iers : branchemen t en para l l è l e branchemen t en série

la lamp e a même effet qu'une longueur bie n définie du fil de nichrome. effet d'ac cumulat i on des résistances dans un circuit .

B - Matériel

• plan che t t e munie de pinces prest les pour maintenir une pile ronde (Fig.4 )

1 pile 1t5 V

deu~ lampe s l tS V

deux suppor t s de lampes

fils de connexion

fil de nichrome fixé à deux clous de la planchette . (Fig. 3)t ( Fi g . S) C - Tâches proposées

Allume r une lampe t puis deux avec la pile

Pui s remplacer une lampe par un fil de nichrome de façon que la lampe reste brillan t e comme avant.

D - Remar que s

Le pr emi e r montage obtenu avec deux lampes est le montage en parallèle. Les enfants ind iq uen t d'abord que les lampes ne br illent pas autant lorsque chacune d'e ll e est seule . Commen t le sa~oir ? Ils pensent

à

se servir de l'appa-reil mesureu r .

Les résu ltats des mesur e s le s étonnent et donnen t lieu à pl u s i e u r s in t e r -prétations. Exemple c'est nor ma l t on a deux chemins.

Les schémas qu'ils fournissent mont r en t que la bipolarité des lampes est acquise pour certains

A la question

obtient

cela apparaît lors qu'ils dessinent des lampe s sans support. "Comment circule le courant dans ce montag e ?"t on

- l'électricité passe d'un cô té à l'autre de la pile par la lampe - alors la pile ne peut pas s'use r

il y a deux courants qui partent de la pile

Chaque enfant conserve son modèle du courant_{t c}ar rien ne vie n t les départage r .

Le fi l de nichrome est d' a bor d introduit en série ave c une des lampes et l'on voit bai s se r l'éclat de la lampe.

Le mon ta ge de deux lampe s en série doit êtr e réclamé aux enfants. Ils retrouvent pour les deux lampes la situation de celle qui était en série avec le fil de nic rho me précédemment ;

mais le l

i en exi

stant

entre les

deux situations ne

On impose de remplacer dans le montage série une lampe par un fil équivalent. Grâce à l'appareil mesureur, cette équivalence est trouvée.

Il apparaît toutefois que ces manipulations sont un peu artificielles.

- Bibliographie

élèves U.S.A 1965 AUSTRALIE 1971 . U.S.A. 1971

E.S.C. (E1ementary Science Study)

• Piles et ampoules (Guide du Maître) -E1èves 9-10-11 ans

(Adapté de l'Américai n par l'Université de Sherbrooke, Canada).

A.S.E.P. (Australian Sci ence Education Project) Electric Circuits

Teacher Guide

• Electric Circuits

Electric Circuits Re cor d Book

S'adresse aux élèves du secondaire; ne s'intéresse qu'aux effets du courant.

S.C.I.S. (Science Curriculum Improvement Study) Electric and Magnetic Interactions

· Models Electric and Magnetic (Teachers Guide) Elèves de 12 ans

ANGLETERRE NUFFIELD (0 Level)

ELectric Currents

Ideas and Discoveries ln Physics • The Discovery of the El e c t r i c Current · Chemistry and Electr i c it y

U.S.A. H.P.P. (Harvard Physics Project)

(Etudiants non spéci al istes de la Physique) Lumière et E1ectromagnétisme

texte et guide de travail.

ALLEMAGNE I.P.N. Curriculum Physik •

(Institut für die Padagogik der Naturwissenschaften) • Didaktische Anleitungen

nARCB

1975

• .Piléà,~ule8;.iàànt. • Guide du Maître

• Fiches él~ve. 2t.e ni veau

• Fiches élèves 3~me niveau (Coll ec t ion Taverni er) Editeur Bordas.

Ecol e élément a i r e.

• Ini tia t i on aux circui t s élec t riques simples . par A. Tiber ghi en.

Editeur : CDDP, La Roche l le. Ecole élémentaire (1975) .

• E. S. E. Grenoble.

Edi t eur lREM de Gr enoble, 1974.

Physique 6~me et Sème.

• Recherches pédagogi ques . Activités d'évei l scientifiques à l'écol e élémenta i r e . III.

Ini tia t i on Physi que et Technol ogi e N- 74 (Les circui ts él ec t rique s ) p.16l .

(De l'ampoul e électrique au phar e pour guider les navires) p.191.

NB

:

Les li vr e s signal és par - font l'obj et d'un ré sumé .

RESUME DES LIVRES SIGNALES

a

-

PiLe

s et gmp

ouLe

s

(Guide du Ma

t t l'e )

CoLL

ect i on E.S

.S.

(

ELementary Scie

nce St

udy ).

Traduit de l'América in par l' Unive rs i té de Sherbrooke (Canada ) . Elèves 9 à 11 ans.

Ni veau d'enseignement : correspondant au CM

1, CM2, 6ème.

Sur 7 à 12 semaines à rai son d'en moyenne 2 heure s par semaine.

L'ouvrageQs t divisé en deux part ie s inti t ulée s respecti vement simple." et "Circui ts et aimants " .

Prellièrepârtie.: "Circuiu 'simpl e s " . Qu'est-ce qu'un circuit?

L'intérieur d'une ampoule Support de piles

Support de lampes

Comment représenter un circuit par écrit ? Les boîtes mystères

Une nouvelle espèce d'ampoule

Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une pile? Par où l'électricité peut-elle passer? Longueur et épaisseur des fils

Boîtes mystères 2

Deuxième partie "Circuits et aimants". Qu'est-ce qu'un aimant?

Qu'est-ce qu'une boussole? Autres bobines

Bricolage 1 : E1ectro-aimant

A quoi peuvent servir aimants et bobines ?

Bricolage 2 Vibreur

Bricolage 3 Moteur

Bricolage 4 Appareil de contrôle

Chaque leçon fait l'objet de deux parties dans le guide du maître. La première est destinée à la préparation de la leçon, en proposant des manipulations à effectuer par le maître ; la deuxième donne des indications pratiques pour la condui te de la cla sse (matériel néce s s a i r e , entrée en mat iè re ,

questions subséquentes , expé riences pos si bl e s , sujets de discussion).

La pédagogie préconisé e cons iste à mettre à la disposition des élèves un petit appareillage simple, piles , ampou l es •• • , à sus c i t e r des expériences, d'où

l ' en f ant tirer a lui-même ses pr opres conclusions.

C'est un ens e i gnement que l'on souha i t e indiv i dua li s é et qui permette à

chaque élève de progr e s ser,à son rythme pr opr e .

C~pend ant, il n'est jamais préci sé quels sont le s obj e c t i f s poursuivis par

ce tte méthode d'ens e ignement d' une part et par le thème choisi d'autre part. Il

semble bien que l'idée sous- jacente de ce projet soit la suivante: "il suffit de metrre l 'enf ant en situa tion de manipu l e r pour qu'il progresse".

Mais, il n'apparaît ·ni les moyens d'évaluer cette progression, ni même une interrogati on sur le s condi t i ons de cette progression.

b - CoUection RallTOOrid

'TAVERNIER

L'6veiL

par

Le

s

activit6s scientifiques

(BORDAS).

T

r oi s vo

lumes s

ont consac

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hème de

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él ect r ic i t é .

•

Pùl.ee, ampoulee,

aimants. Guide

du

Mattre

CE au CM

•

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Lectrici t6 . F

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ni veau

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CE1~ CE2~

CM

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L'

6Lect r i ci t 6 •

Fiches de

l'6l~ve 3~me

niveau

28 fiches individuelles

CM1~CM2.

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ide

du Ma

î t r e

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ous- t hèmes

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- Pil

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A

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- Expériences avec des objet

s

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- La sonner

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lectr ique

-

Le moteur

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L'éclairage de la bi

cycl e t te

- Echangeons

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g2n=!2~!_2h~!iS~!!_S!2!~!~!

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Causalid

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- arbres

- produi ts cartésiens

9 exercices sont ensuite proposés

1. Al l umons l 'ampoule avec une pile

2. N'y a-t- il que les métaux qui laissen t passer l'électricité?

3. Comment al lumer l'ampoule loin de la pile? 4. Comment est constituée une ampoule

?

5. Qu'y a- t -il dans une pile? 6. Pourquoi plusieurs piles ?

7. Comment allumer plusieurs ampoules?

8. Le circuit électrique dans un objet : la lampe de poche. 9. Jeux avec de s circuits .

Chacun de ces 9 exe r c i ce s fait l'obj e t d'une même pré sentation d'environ cinq pages .

- matériel

- dérouleme n t po ssibl e (étape s principa l e s)

manipulat ions, mis e s en commun , expérienc es , mét hode s , formulations

- exercices de contrô l e

objectifs reche rc hé s dans cet exercice

· acquisit i on de notions

· acquisiti on d'a pt i t ude s

• acquisition de méthodes

- prolongements éventuels, const r uc t i on de dispositifs physiques.

A l'issue de cette pr é sen t a tion par exercices, quelques pages sont consacrées à

l' i nf ormation scien tif i que du maît r e (qu ' est - ce que le cour ant él e c t r i que ?,

conducteurs , isol ants, d.d.p. rés i s t a nce , lo i d' Ohm.. . ).

Les fiches de l'élève

Ce sont des mat ri ce s qui peuvent être dup li qué e s et qU1 peuvent servir de contrôle à la fin d'un exerc ice ou bien de progr amme pour une séance. Il y a

7 fiches pour le thème "Pi le s et ampou l e s ".

Dan s le gu i de du maître on peut trouver pour chaque fiche de l'élève la

c - l . P. N. Allemagne. Thème e abordés de la 6ème à la sème,

Classe de 6ème.

1 leçon 45 mn

1

.

~~_~i~~~i!_§!~~~Ei~~~_~i~E!~

Nous expérimenton s ave c pile s et ampoul es Nou s expé r i me nt on s avec dynamo et feu arrière Mon t a ge s symboles et schémas

Conducte urs et non conducteurs Le cour t -cir cui t

Les de ux fils conducteurs du feu arrlere de vélo

Sources d'énergie électrique, récepteurs et les condi t i on s de leur liaison

Que savon s -nous sur le courant ? courant et énergie dans le circuit 2. ~~_~iE~~i~_§!~~~Ei~~~_~~~_E~~iKi§L_~~~~_~~_i~~~~E~E~~~E '

La lampe à incandescence La liaison conductrice Le circuit

L'interrupteur comme coup e -c ircui t

Diffé rents inte rrupteur s - un symbole d'int e r r upteur Les fonctions logiques avec des interrupteurs

L'inverseur

L'indication du vol t a ge pour de s piles

L'indication du voltage pour de petites ampoules.

Classe de Sème

1.

~~_f~~~~~~_§!~~~~!~~~

Avec le tr an s f or ma t eur , on règle l'intensité du courant Nous con st r ui so n s un ampèremètre (thermique)

Nous mesurons des in t e ns i té s Transformations de l'éne r gie

Mesure d'intens ité sur des app a r e i l s ménagers

Un fusible protège les fils élec t ri que s d'un trop grand dégagement de chaleur

Un fusibl e pr otège les appareils électriq ues. 2. ~~g!!§li~!!.1!:

Les aimants at t irent les matériaux en fer ou contenant du fer

La for c e magnétique agit déjà à distance elle est annulée par le fer -un aimant a deux pôles.

Des pôles de même nom se repoussent, de noms contraires s'attirent. La terre est un ai mant et a un pôle nord et un pôle magnétique sud On peut ai man t e r le fer - on peut désaimanter des aimants - en brisant un aimant, on a deux aimants nouveaux

Une bobine électriaue montre des propriétés magnétiques

Un électroa iman t et un aimant permanent ont des propriétés magnétiques semblables

Nous construisons un électrodynamomè tre Nous construisons un vibreur électrique

partie programmée 1

partie programmée II Classe de 3ème.

1. ~~_!~~~i2~_~1~f!rig~~(1973).

1ère partie :

1 - Les sources de tension électrique ont une tension. 2 - Quelles sont les tensions de piles en série et en

parallèle ?

3 - Tensions partielles dans un circuit avec des récepteurs en série.

2ème partie :

l - Relation entre tension, intensité et résistance.

2 - Récepteurs dont la résistance croît avec la température.

Introduction.

La tension alternative.

Quelques caractéristiques de la tension alternative. La fonction d'une diode et la mesure de tensions alternatives.

L'inductio~électromagnétique. L'induction électromagnétique.

Induction électromagnétique dans un électroaimant. La transmission par induction de tensions alternatives.

.

VI

NI Le rapport de transformation V2 = N2 Le transformateur élévateur de tension.

3 - PREEXPERIMENTATION DANS UNE CLASSE du C.E.S. 26, rue Henri Chevreau, Paris 20ème , en Mai 1975.

(synthèse écrite par M.Bournique, professeur de cette classe).

- Dans quel but

?

Il s'agissait de mettre en situation de classe nos propositions, afin de les adapter aux con t r a i n t e s de la classe (nombres d'élèves, matériel,

ho-raires, niveaux des enfants, contrôles). C'est donc sous cet angle que nous avons observé les six séances dans la classe. Le professeur habituel de la classe avait la charge seul de diriger les séances. Le rapport détaillé des observations de classe complété par les discussions avec le professeur nous ont permis de resituer nos propositions dans un cadre scolaire. Cela s'est traduit par une limitation des objectifs de connaissance et par une mise à

- Les conditions scolaires.

6ème (niveau très moyen)

2 groupes (14 et 13 elèves) organisés en équipes de 2. - le professeur habituel dirigeant le premier groupe - le professeur étranger dirigeant le deuxième groupe - 3 observateurs.

6 séances de 50 minutes. Nous nous sommes limités aux notions de circuit électrique et de conducteur isolant.

Les enfants étaient amenés à faire individuellement des schémas qUi étaient collectés à la fin des séances.

Deux tests sur feuille furent également passés.

L'ensemble de ces documents nous a permis de recenser les difficultés concernant l'apprentissage d'une représentation graphique et l'acquisition. dans une classe très moyenne. de la notion de circuit.

La description des séances et l'analyse brute qUi était faite après chaque séance montrent que ces deux objectifs sont dans l'ordre du possible pour 90 % des enfants.

- Le matériel utilisé.

Boîtiers pile Wonder

Pinces prestole sur planchette Support de lampe

Matériaux divers : plaques de cuivre mines de crayon fil de fer gri llage etc ... Piles plates 4.5 V Remarques Piles rondes 1.2V. 3.5V. 6V. l2V Lampes l.2V. 3.5V. 6V. 12V. Fils gainés Fils dénudés Fil de nichrome Tournevis Pince à dénuder Pinces crocodi les Pinces .Fahnenstock

- Chaque équipe avait à sa disposition un jeu de matériel. Une enquête faite à l'issue de l'expérimentation auprès des élèves. montre qu'une majorité d'entre eux souhaite un matériel individuel.

~y~!!!~g~§

Le système des équipes est maintenu. mais chaque élève manipule.

(assurance d'une action individuelle indispensable à l'acquisition d'une conduite d'expérimentation rationnelle).

Soutien mutuel éventuel en cas d'échec évitant une intervention trop fréquente du professeur.

Inconvénients

Liés à l'augmentation quantitative du matériel. malS pondérés toutefois par la modicité du prix de celui-ci.

Le

matérie~

était disposé sur chaque table avant la leçon.

On peut toutefois procéder autrement. S'il paraît utile tant que les élèves ne sont pas familiarisés avec les éléments du circuit, de les mettre

à leur disposition (c'est-à-dire pendant la première et la deuxième leçon), on peut imaginer qu'ils se servent eux-même~ en début de leçon (une boîte contenant les conduc t e ur s , une autre les ampoules etc ... ).

- La schématisation.

Afin de permettre à l'élève de livrer aisément une information à la classe et d'être apte à en recevoir, pour permettre par ailleurs un contrôle des conna i s s anc e s plus efficace, nous avons recours au coda ge , c'est-à-dire à la schématisation.

Nous nous sommes at t a c hé s à ce que les élèves après comparaison et dis-cussion commune affinent eux-mêmes leurs représentations graphiques des éléments du ci rc ui t (piles rondes et plates, ampoule, contact, support de lampe) jusqu'à n'en garder que les parties essentielles.

Toutefois, cet t e élaboration commune n'est pas garante d'une bonne compré-hension individuelle.

Un test passé à la fi n de la leçon, portant sur l'assimilation d'un schéma construit au début de l'heure àonnait ces résultats:

a) 4 ava i e n t le bon schéma au départ. b) 2 ont adopté le schéma conve nu . c) 5 persistent et gardent le mauvais.

La semaine suivante nous avons demandé aux élèves, comme exercice de ra ppe l , de représenter l'ampoule connec t é e par des "fils" à la pile plate.

Si aucun élève n'a fait d'erreur dans la conception du circuit, nous relevons les erreurs suiva nte s dans le schéma de la pile :

a) 3 ajoutent + et - .

b) 2 dessinent l'étoile filante (détail de l'étiquette). c) 1 ma r que "p i 1e" .

d) 4 continuent à faire des fa u t e s de perspective. e) épaissit les pôles.

Il faut remarquer que l'attention des élèves étant sollicitée par un ensemble de difficultés et non par une seule, les erreurs relevées ont un

- Certaines fautes sont vénielles (c et e).

- a : cette erreur (?) est le fait d'élèves quit ont déjà eu un contact avec des montages électriques (jeux incluant le montage d'une pile). Les élèves sont tous des garçons. Ils ressentent confusément l'impor-tance ~e ces symboles au point de persister dans leur représentation. - d : faute commise en majorité par des filles (vue de dessus ou de

dessous représentée en vue de face). Elle montre en tout cas que la notion de perspective est difficile et n'est pa~ encore acquise à cet âge .

Il y a aussi peut être l'idée, par cette altération de la perspective, de mettre en valeur une partie fonctionnelle.

Ou inversement, l'incapacité de la percevoir et donc, de la représenter.

Analyse des dessins produits pendant les séances par les enfants (Bilan). a) Ont changé leur schéma pour adopter celui convenu.

b) Ont gardé le mauvais. c) Avaient le bon au départ.

a b c Pile plate 2 5 4 Lampe 3 7 l Contact 5 4 2 Pile ronde 7 3 1

-Au total ceux qUi utilisent le bon schéma en fin de leçon

Bon Mauvais Pile plate 6 5 Lampe 4 7 Contact 7 4 ..

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.

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Suppor t de lamp e

Remarqu e: Le cho ix d'une vue pour la re présenta t ion d'un obj e t s'est révélé

diffic ile, surtou t pour les filles. Leur description oral e est souvent correcte

ma i s le de ss i n leur pos e des prob l è mes . Sur t out lors que, pou r la bonne co"~é­ he ns ion d' un éléme n t du cir cu i t, on est ob ligé de le re pré s ent e r en coupe (cas du support de lampe ). El l e s lisent correctement ce gen r e de schéma t i s a t i on, ma i s ne l' u tilisent pas e rev~ennent toujours à leur repré s enta t ion pe rsonnel12

En sit ua t ion de clas se (d'un niveau très moyen) , il n'était pas que sti on

de donner libre cours à la spont anéité de l'en fant (ce qui aurait eu pour effet

de pri v i légie r les plus ast uci eux aux dépens des autres).

Nous avon s donc opté pour une cert a i n e direc t ivi t é qui s'e s t expr imé e pa r

le choix des obsta c les dres s é s dans la pr ogres sion de l ' él ève et par le rej et de

toute re quêt e, même in tér e s s an t e , non per t i nente à la question étudi é e .

Le travail se fai sait seul (s chéma t i sa t ion) , par équipe (mon t a ge ) et enfin

par groupe (dis cus sion commun e ) . Par le trava il par équ ipe et pa r groupe, nous

nous sommes effo r c é s de cré er de s relations él ève-é l ève et de pe rmettre aux plus doué s de dif fus e r l' i nf or mation vers les aut r e s. (En t r e plu s ie urs solution s

pr opo sé e s pa r ses cama r ades, l' él è ve s es t alors en mesure de chois ir la bonne et

Pour éviter la lassitude que peuvent entraîner des échecs répétés, l'autonomie des élèves n'excédait jamais cinq minutes. Ceci permettait la mise au point indispensable qui replaçait ceux qui avaient des difficultés en situation d'apprentissage.

Nous ne disposions que de six heures.

1) Allumer une lampe à l'aide du matériel mis à la disposition de chaque équ i pe .

- faire un mont a ge stable, permettant un branchement rapide tant

à la pile qu'à la lampe.

- préci s er à l'aide de sch émas les différentes solutions trouvées. 2) Bipol arité de la pi le plate

Sch ématisation de la pile plate Schémati s ation de l'ampoule

Bipolarit é de la pi l e ronde et schématisation

1) Rappel et reprise d'une sch ématisation de l'ampoule

6 mont ages qui allument (pile ronde - ampou le ) Te st (voir Annexe N° 1)

liCe qu'il y a dans la partie en verre". 4) Rôle du filament, de l'ampoul e de verre.

Notion de ci r c u i t : con t i nui t é des cond uc te ur s 5) Notions de cond uc te u r et d'isolant

Etude technologique d'un support de lampe

6) ,Rô l e ('onducteurs-non conducteurs (le co ur t - c i r c u i t )

L(' circuit

Test 2 (Voir Annexe 2)

L(' choi x de ces obje rti fs es t le même pour l'expérimentation à la fa c u l té et celle qui s'est dé r oul.ée dans la cl a s s e .

On trc.uv, ra en Annexe 1 et 2 le bilan chiffré d'un test passé à la fin de la (ll'me séance.

Compte tenu de 1a rée Il e di ff;cuIlé de c e rtain s exercices et que lquefois

de l e u r mauvaise in r er pré tat ion , on peut dire que la notion a été acquise à plus de 90 'X.

- Résultats .

."_.:'::" : . ; .'==.'~••~.•.._.; :.::.:.:"

Es:

Lt ')~()n : Si li s é l eve s al lùme nt facilement l'ampoule avec rl a pile (expc rie nc e préa l ab l e iréque nte c he z les ga rçonsj , !'introduction des fils mont r e

2~me et 3~me Leçons : Les remarques concernant essentiellement la schématisation ont déjà été exposées.

Décrivez ce que vous voyez dans la partie de verre

1

perspective ou Dans cet exe r c i ce , il n'y av ai t pas d'écueil particulier

démarche pour isoler une part i e fonct i onne l l e.

Ce n'est qu'apr ès avoir envoyé trois él èv e s dessiner simultanément leur schéma que le modèl e N°l amène ra les autres élèves à découvrir le filament.

4ème leçon : Le prob l ème du sens du déplacement de "l'électricité" s'est tr ouvé posé d'une maniè re imprévue et accide n t el l e (l aps u s de l'expérimentateur qui, au lieu de demander le chemi n parcour u par l'électricité, a parlé de sens !). On trouvera des remar ques à ce suj et en Annexe 2.

5ème leçon

1) Analyse du support de lampe .

Sa bipolarité es t perçue, mais la repré sent at ion est encore difficile (voir remarque sur la schémat i sation).

2) Le système conducteur-non conducteur.

a - Il s'agit de déclenche r une attitude scientifique (vérifier systé-matiquement une hypo t hè se avec un disposit i f expérimental).

b - L' ins er tion de l ' é lement à tester dans le circui t est délicate (i1. ser a souven t monté en parallè le) .

c - Il faut qu ' il soit acquis que l'ampoule devien t non seulement un témo i n du passage du courant mais~a u s s i un témoin de la qualité du conducteur. Il paraît logiq ue dans ce t t e manipul at ion de tester d'abord de bons con-ducteurs avan t de pa s s er au graph i t e (ne pas prendre de mines de crit

é-ri um: el le s son t protégées par une gaine de plastique).

ct - Il paraît év i dent que cett e manipul at i on soi t le fruit d'une réflexion coll e ctive sur la nécessité et l'él abor ation du dispositif expérimental.

6ème leçon: Cons a cré e à un rappe l de la leçon pré déd en t e .

Appli ca ti on du système conduc t eur-non cond ucteur : le court-circuit.

Après avo i r fait consta ter que lor sque deu x fils se toucha i en t , l'ampoule s'éteignai~ nous faisons mar que r en rouge le chemin pa r c ouru par le courant.

Bilan: sur 5 filles et 6 garçons, 5 garçons font le schéma correct. Le s autre s continuent jus qu'à l'ampoul e.

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-Remarque que la schématisation utilisée dans ce test.

1) L'ampoule - Les représentations spontanées ont été les suivantes

La discussion collective nous a amenés, en éliminant les détails qU1, à ce stade de l'étude,n'étaient pas pertinents, à ce modèle qui, lui, était exagérément simplifié.

(en quelque sorte une vue de coupe)

Au cours de la leçon sui v an t e , au cours de laquelle s'est déroulé le test, nous avons utilisé le modèle. Mais le fait que les parties métalliques ne soient pas mises en évidenc e, ni isolées, nous a obligé à faire retravailler ce schéma pendant la trois ièmeleçon pour aboutir à celui-ci que les élèves ont accepté très faci l ement.

2) La pile

Elle témoigne elle aussi d'un esprit de simplification exagéré.

Au cours de la 2ème leçon (bipolarité de l'ampoule et de la pile), nous avions été conduits à cette représentation

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)

....

Mais, pendant la leçon suivante, lorsque nous avons voulu faire rappeler le modèle adopté, 9 élèves sur 11 nous ont spontanément dessiné celui-ci

Le bipolarité qui, verbalement, était relativement confuse chez certains, était cla i r eme n t mise en évidence dans la représentation graphique, par le

tr acé d'une arête supplémentaire. Ce modèle que nous n'avions pas vu la

semaine précédente est donc,semble-t--il, le fruit d'une maturation inconscieûte mais po sitive !

TEST N° 2 passé à la 6e séance

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Dans ce test, l'accent a été mis d'une part sur le système conducteur-non conducteur, et d'autre part sur les montages en court-circuit.

- En G , les élèves n'on pas identifié le fil en court-circuit comme conducteur.

- En K, pour éviter une confusion qui a provoqué un certain nombre de fautes, il aurait peut être fallu présenter les deux montages :

A propos du chemin suivi par le courant (4ème séance).

On fait faire sur brouillon le schéma d'une lampe connectée par des fils à la pile.

Erreur de l'expérimenta t eur: au lieu de faire mettre en roug e ou en bleu le che mi n suivi par l'éle ctr ici t é , il demande qu'on l'indique par une flèche.

1 ele ve "ça fait un chemin il y a un + et un -ça part et çà r e-vi en t" (l elè ve)

Tous les autres "il y a rencon tre dan s le filamen~ , ça fai t des étin -ce l l e s et ça s' a l-lume".

Pou r la plupart, l'éle ct r icité part de la pile et va s'use r dans la lampe. Les difficult é s qu'a renc ontré es ens u i te l'e xpérimen t at e ur pour ten te r de rép arer sa bévue, montre nt que la notion de cou r an t était encore bien pr é ma -turée . l.'a cq u iesc emen t de s élèves, en fi n de leçon, était visiblement pour la grande majorit é d'entr e eux , purement for me l . 11 paraît évident pour l'adulte

4

-EXPER

IMENT

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PROFESSEURS

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Une ext ens i on de l 'expér ience dans les clas ses s' e s t fa it e en 1975-1976 ave c quatorze pr of e sseur s . Ré un i s dans un stage de huit jours, en début d'année, nous avons transmi s les inforaat i ons que nous avions recue i l l i e s jusque 11. Les professeurs ont ensuite expér iment é ave c des classes de vol on t a i r e s en dehors des horair es normaux pui sque le programme de la cl ass e de sixi ème ne comportait

pas de sc i ence s physiques. Aprè s chaque séance, les prof esseurs rédigeaient un

journal de bord qui donnait les pri ncipaux moments de la leçon et les remarques

jugées ut iles sur le s réaction s de s enfant s . Un stage -bilan de huit jours avec

les profe s seur s pe r mi t de donner un certa i n nombr e d' indicat i on s pour les mattres qui devr a i en t enseigner ce thème par la suite. Para llèlemen t , au cours de ce stage, un travail de réfl ex ion sur les obj e ct ifs rée l lemen t mis en œuvre par les profes s eurs a pu être ent r epr i s , travail qui devra i t déboucher sur un tableau d'objectif rela t i f au thème des ci rcuit s él ect ri ques . Un trav a i l sur les con t r81es a également permi s de dégager les dif fic ultés de l'élaboration des contrô~e s et

de leur in t e rpré ta t i on. Un document analytique des types de cont r ô l e s utilisés

par les pro f e s s eurs fut proposé à la discussion. Enfin, un dern i er thème a été discuté, ce l u i des recoupemen t s interunités au niveau des objec ti f s qui a dé-bouché sur une gri lle annuelle d'objec tifs.

Un fil m a été tourné par l 'OFRATEHE dans la clas s e d'un profe sseur expéri -mentateur, ce film es t cen t r é sur le type de pédag ogie possible dan s le cadn

des éircuits élec triques.

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r op os i t i ons

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Sèvre

s , N

ovembre

1975)

Nous pr éci son s bien que le contenu de s séanc e s présentées ici ne const i t ue pas un prog ramme, mai s une ind ica t i on de manipul a tions possible s et d'une ar t i -culation possible compte tenu des obj ec t i f s que nous nous somme s fixés.

l~l'e 8~ance

~~!2~!!~!~~!_2~!!!~!!!_!~_!!2!~!!!~!~~'

- Al l umer une lampe avec une pile pla te, sans fil.

Allumer une 'ampe avec urie pile plate, avec fil. Allumer un!{ . :.'p1pe avec une pile ronde

(sanssuppt~~fde lampe ou avec)

Al l ume r une V~mpe avec une pile ronde

- Dessine r les dif f éren t s circuits réalisés

- Décrire oraleme n t les circuits - Définir un vocabulaire commun - Définir une schématisation commune

- Faire parler les enfants sur les raisons de l'allumage ou du non allumag e.

- Bipolar ité de la pile - Bipolarité de la lampe - Observation

- Familiar i s a t i on avec le matériel

2~me 8~anae

~Bi2~!!~i2Q!_~~_~!2!2i~2~i2n·

- Casser une ampoul e

- Fabriquer une ampoule

- Déc ri re le rôl e des élément s

- Dessiner le circu i t dans l'ampou l e cassée - Dessine r le circui t dans l'ampoule intacte Q~i~~~i!!

Cont i nu i t é du circuit dans l'ampoule - Observation

- Imaginer un dispos it if

Généralisa t i on (i ma gi ner le ci rcuit dans une ampoule intacte

à partir de l'obs e r v a t i on de celui de l'ampoule cassée) 3~me 8~anae

~~!e~!!~i2Q!_~~_~!E!2i~!~i~~

- Commen t rajouter un élément nouv e au dans le ci r cu i t

?

- Introdui re un élément nouveau dans le circuit - Change r cet élément

- Cl a s ser le s élément s

- Déter mi ner les parties conduc tr i c e s du support de lampe et du boîtier de pile.

- Quel élément allume peu? - Fabr ica t i on d'un support

Q~i~~~i~~

- Notion de condu c t eur s et d'isolants

Défini tion opé r a t oi r e (Allume la lampe s'il est placé en série dans un circu i t comprenant une lampe de 1,5 V, une pile 1,5 V).

- Continuité électrique du courant

- Con tact éle c trique ; contact mécanique

- Expérimenta tion - Classement - Généralisa t i on

4~mé s4ana~

~~!2~!!~i2~~_~~_~!2!2i~!~i2~

- Comment classer les éléments ni conducteurs, ni isolants

- Comment classer les éclats de la lampe

- Construire un appareil qui repère l'éclat

- Repérer l'éclat pour certains éléments

Q~i~~~!f~ - Rés istance - Repérage - Créativité 5~mé séance ~~i2~!!~i2~~_~~_~!2!2i~!~i2~

- Mesure r l'éclat pour différentes longueurs du fil de nichrome

Q~i~~~!f!

- Etablissement d'une loi - Notion de grandeur physique - Liaison entre deux grandeurs

6~méS4ànce

~~!2~!!~i2~~_~~_~!2!2i!~~i2~

- Allumer une deuxième lampe

- Mesurer l'éc la t de la pr emière

- Différentes so l u t i ons (para llèle, série)

En série, trouver la longueur de fil équivalent à une lampe

Q~i~~~if!

- Ré si s t ance de la lamp e - Expé ri men t at ion

- Prog ressions et thèmes ch oi s is.

L'analyse des séan ce s fait es par les profe s s eurs expérimentateurs à

travers leurs jour na ux de bord nous a pe r mis de classer les leçons par thèmes.

•

~i8te ~8 th~me8 .

Nombre de professeurs ayant fait le thème.

1. Allumage d' une lampe 2. St r uc t ur e d'une lampe 3. Stabili té du .mon t age 4. Conducteur s et isol an t s 5. Allumage de deux lampes 6. Repérage de l 'éclat d'une

lampe

7. Notion de ré s i s t ance 8. Allumage de trois lampes 9. Commande de circuits avec

des inter rupteurs

10. Structure d'une pile

Il. Contrôle sur l'unité

·

Remarque

s

.

(14) (13) (11) (13) (5) (7) (11) (2) (2) (2) (3)

Les titres de s thème s indi qué s ne correspondent pas obligatoirement

à une séance.

Le nombre total de s progr essions est inférieur à celui des expérimen-tateurs, certains d' en t re eux ayant suivi la même progression ou des progres-sions voisines.

·

~ogressions.

A - 1. Allumage d'une lampe 2. Stabilité du montage 3. Structure d'une lampe B - Thèmes 1.2. 3 suivis de

4. Conducteurs et isolants

5. Repérage de l'éclat d'une lampe 6. Notion de ré s i s t ance

7. Allumage de deux lampes

C - Même progres s i on de B avec inversion entre stabilité du montage et structure de la lampe.

D - Même progr essi on que C avec inversion entre notion de résistance et repérage de l'éclat.

E - Allumage d'une lampe Structure d'une pile Structure d'une lampe Stabilité du montage

Conducte urs et isolants

Notion de résistance

Enfin quelques progress ions ont inclus un contrôle sur l'unité. Les différents itinéraires possibles sont con s i gné s dans le tableau général.

w V1 11 Notion de résistance 7 Repérage de l'éclat d'une lampe Allumage de deux lampes 13 11 13 Structure d'une lampe Conducteurs et isolants Stabilité du montage Allumage d'une lampe Contrôle sur l'unité 3

allumage d'une lampe avec

- Synthèse des journaux de bord.

Les professeurs expérimentateurs ont rempli un journal de bord par

séance (exemple Annexe 1) et nous avons dépouillé l'ensemble de ces journaux avec une grille (Annexe 2) pour aboutir à une synthèse par thèmes.

1 - ALLUMER UNE LAMPE

~~~!!~_~!;_~~2!E~

Ce thème s'est développé à parti~ de différents points de départ, dont voici la liste :

- Questionnai re ayant pour but de déterminer le n1veau des connaissances des élèves en électricité,

- Observation de la lampe de poche et extraction des deux éléments qui semblent actifs : la lampe et la pile,

- Discussion sur les jouets électriques, - Simulation d'une panne de courant,

- Tâche à exécuter introduite par le professeur différents matériels.

~E~gE!;~~~~!!_~~_~~~E~~!·

Les progressions partent toutes de l'emploi de la pile plate dont les languettes matérialisent de façon nette les bornes de la pile. Elles le font suivre de l'emploi de la pile ronde où la recherche des 'bor ne s se fait en imitant les opérations faites avec la pile plate.

Elles diffèrent par l'ordre dans lequel le matériel est introduit et dans lequel les tâches à exécuter sont proposées et par le nombre d'objets qui constituent ce matér i el. On peut le s cl a s s e r par types •

. Type pile plate, lampe 3,5 V sans douille, sans fil, sans pince.

Exemple 1

a) Réaliser l'allumage de la lampe

b) Echanges oraux permettant de dire comment on a fait c) Puis traduire ce que l'on a réalisé par un dessin

d) Recherche d'une autre position de la lampe; (échange des pôles de la lampe) et schémas

e) On indique où il y a de l'électricité.

Il arrive qu'on en reste là par suite des difficultés des enfants à traiter la partie d).

La deuxième séance est alors consacrée soit en partie, soit en totalité au

même sujet.

r;_,~emple_. .

2

~) Réali~er l'allumage de la lampe

b) Tra44ire ce q~~~'on .a fait par un schéma

c) Opér~t de mê~ en utilisant un fil gainé, puis deux fils d) Réaliser l'aîluœ4ge de la lampe avec la pile ronde

On peut ne pas donner 9~ f~l e~ laisser l'enfant tatonner et en réclamer, ou b.ien en four~ir ~~, puis 4~q~, Q~ inversement deux et suggérer de n'en utiliser

~nsuite qu'un ~~u 1~

Cqaque réali~ati~n es.~ ~U~V}~ 4~ schémas.

Souvent, il y .( ~i,cij ~ s i Q~ a~ t~bl~au sur les schémas. Il arrive ainsi qu'un !Jchéma permet.tant 4.~ ~r~vQ i r l' ~ llumage de la lampe soit demandé aux enfants, ~t que l'on demande aus ~ i I~ ~6ri f i er ce schéma (dans le cas de la pile ronde).

Exemple 3

On peut s'attacher P8tticu l ièrement à la réalisation de montages stables. Le nombre de combin~ ~son ~

(1 f

il.

2 fils) est alors plus réduit puisque l'in-térêt porte sur la r~ che r che d'une $olution technologique.

Exemple 4

Une variante a consistê il utiliser des fils d'aluminium nus. Ils présentent l ' avan t a ge d'être plastique~ ~t qe permettre des connexions stables. Toutefois, un contact accident~l entr~

q

eux

~i l s provoque un court-circuit qui peut être

c~use de diff ic~ lté ~.

Exemple 5

Une progression a Gonsi$té

a

n'utiliser que la pile plate sans fil, ma1S à

ré a l i s er successivemenf l'alt ~age de deux lampes sans douille: une lampe 6 V,

~ne lampe 2,5 V. L.a di f fé renc ~ d'éclats consta té e à amené à envisager l'étude

de la structur e d'~ne lampe au cQurs de la même séance•

. Type pil e pl a t e , lamf!

i

'2

V avec douille , 2 fil s , pinces.

Ici, on part du mat ~riel compl e t . Les enfants sont invités à employer ~uc c e s s i vemen t tou~ ou une p~f. ~ie de ce matériel.

Exe"Wl~

1

Pile plate, lampe , douill e, 2 fils , p1nces.

Progressive~ent , on dimi nue le nombres d'objet s employés pour arriver à

l ' a l l uma ge d'une lampe nue il l'aide d'une pile nue.

Avec la pile rOnde . on uti li se le boîtier, PU1S de même, le nombre d'éléments