La thématique de la météorologie est l’occasion d’illustrer l’articulation entre science (construction de connaissances : ici, la matérialité de l’air, les effets des forces) et technologie (construction d’un objet dont on définit les fonctions et l’utilité).
– L’air en mouvement peut produire une force et créer un mouvement.
– Cet effet peut être utilisé pour le fonctionnement de certains objets.
– Ces objets peuvent avoir pour fonction de produire de l’énergie (moulin à vent, éolienne) ou d’indiquer une direction (manche à air, girouette). Dans le cas de la manche à air, on obtient en outre une indication sur la vitesse du vent.
En tant qu’objectif de construction, c’est la deuxième fonction qui est retenue ici, pour des raisons tant de simplicité de réalisation que d’intérêt pédagogique (existence d’un axe de rotation, lien avec le repère des points cardinaux).
Au cycle 2 : dans le cadre de l’étude de la matière, les élèves prennent conscience de l’existence de l’air. Ils abordent également l’état gazeux à travers la matérialité de l’air. Dans le cadre de l’étude du domaine de l’espace, ils apprennent à représenter l’environnement proche, se repérer, s’orienter.
! Faire expliciter les conceptions des élèves et soumettre celles-ci à une première analyse afin de préciser le but de l’activité ultérieure.
! À partir de tests effectués sur les objets proposés et retenus, les élèves vont dégager certaines conditions pour qu’un objet réponde à la consigne, et donc préciser les caractéristiques de l’objet à construire.
! Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, formuler une explication possible et chercher à la valider.
Comment est le vent aujourd’hui ? Cycle 2
1. Comment décrire le vent ?
Matériel : Par groupe :
- pailles, pique brochettes épointés, papiers, carton, plastique, ficelle, laine, attaches parisiennes, tissu, bouteilles en plastique, pailles, anneaux découpées dans des bouteilles, boites, polystyrène compact, bouchons en liège, ciseaux, colle, vrille, marteau, clous, pâte à fixe et à modeler…
- autres matériels en fonction des demandes des élèves - crayons de papier, gomme, feuille d’expérience.
Pour la classe :
- ventilateur ou sèche-cheveux - affiche vierge
- photos manche à air et girouette sur le TNI
Mise en situation : questions initiales :
Groupe du matin : Proposer aux élèves de faire le lien avec les séances menées dans leur classe avant de venir à l’école des sciences en posant la question suivante : Quel temps fait-il aujourd’hui ? Relever parmi les réponses données, ce qui peut concerner le vent.
Groupe de l’après-midi : Quel instrument météorologique avez-vous construit ce matin ? Qu’indique t il ? Quelles autres informations donne t on en général lorsque l’on veut décrire le temps qu’il fait ? Relever parmi elles, ce qui peut concerner le vent.
" Qu’est-ce-que le vent ? Comment peut-on observer s’il y a du vent dehors (ou Quels
sont les effets du vent) ?
Exemples de réponses des élèves : les feuilles, les branches d’arbres, les cheveux, le doigt mouillé, la poussière, la terre, le sable, la fumée, la «vapeur » des cheminées, un morceau de tissu, du linge qui sèche, les nuages qui bougent, un morceau de papier, une manche à air, une girouette, un cerf-volant…
" Comment peut-on décrire le vent ? Faire émerger les notions de vitesse (force) et
de direction. Noter sur une affiche les réponses des élèves.
Phase d’investigation
" Consigne : Comment allez-vous faire pour avoir des informations sur le vent
d’aujourd’hui ? Imaginez par groupe un dispositif, un objet technique qui permette d’avoir des renseignements sur le vent d’aujourd’hui.
" Présenter le matériel disponible en indiquant que la liste n’est pas fermée (possibilité
de prendre d’autres matériels à la demande si disponibles).
" Chaque groupe décrit sa proposition sur sa feuille d’expérience, à l’aide de dessins
et/ou de textes.
Place du maitre : - S’assurer de la bonne compréhension de la consigne.
- Faire réfléchir les groupes, si besoin, sur l’intérêt de leur objet enfin d’éliminer les solutions qui proposeraient :
• un objet non réalisable en classe (ex. des satellites)
• un dispositif faisant directement appel à l’un de nos cinq sens. Le bruit du vent dans les oreilles, le doigt mouillé… => Trop subjectif, lié à la personne…
• un dispositif lié à l’observation de phénomènes dans l’environnement. Sens de la fumée, inclinaison des arbres, feuilles qui s’envolent… => Non reproductible, non universelle et de faible précision.
" Premières constructions d’un objet qui répond au cahier des charges. Un ventilateur
ou sèche-cheveux est mis à leur disposition pour tester leur objet.
Débat collectif :
" Chaque groupe vient essayer son objet face à la classe à l’aide du ventilateur ou
sèche-cheveux.
" Débattre ensemble de chaque objet essayé. On obtiendra certainement des objets
qui pourront se rapprocher de la girouette ou de la manche à air. L’observation permet de dégager les éléments importants :
•Nos objets doivent fonctionnent par vent faible et ne pas se déformer sous l’action d’un vent fort.
•Ils ne doivent pas être dépendants de nos sensations.
•Ils doivent résister à la pluie.
• La girouette n’indique pas la force du vent mais la manche à air oui.
Ces éléments complètent le cahier des charges qui reste affiché. Montrer si nécessaire des photos de manches à air et de girouettes.
! Être capable de construire un objet à l’aide d’une fiche de fabrication.
! Faire apparaitre par des tests, et des expériences annexes si nécessaire, une des contraintes essentielles de la manche à air : l’attache sur la baguette doit être souple pour que la manche à air s’oriente dans la direction du vent.
! Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, formuler une explication possible et chercher à la valider.
Situation de départ : suivre une fiche de fabrication :
" Chaque groupe fabrique le dispositif suivant (voir fiche) et le teste.
Phase d’investigation :
" Problème : comment accrocher la manche à air pour qu’elle puisse nous indiquer d’où
vient le vent ? C’est à dire comment l’accrocher pour qu’elle puisse tourner selon le vent ?
" Chaque groupe recherche des solutions.
Débat collectif :
" Chaque groupe vient essayer sa manche à air avec son attache face à la classe à
l’aide du ventilateur et explique quelle modification a été apportée. Possibilité également de faire les essais à l’extérieur.
" Rédaction d’une trace écrite collective du type : La manche à air doit avoir une
accroche qui lui permette de se placer face au vent quelque soit la direction d’où il vient.
" Montrer l’instrument utilisé par Météo France pour mesure le vent : l’anémomètre –
comprendre collectivement son fonctionnement.
Matériel : Par groupe :
- feuille plastique, anneau découpé dans une bouteille d’eau, baguette en bois, ficelle - colle, ciseaux, perforatrice
- Matériels disponibles pour l’accroche : punaise, clous, crochets…
- fiche de fabrication Pour la classe :
- affiche vierge et marqueurs - ventilateur ou sèche-cheveux - anémomètre
2. Comment construire une manche à air ?
Prolongements de retour à l’école :
- construire une manche à air plus grosse pour la station météo de l’école en reprenant toutes les contraintes identifiées
- faire le même travail avec des girouettes (vois ci-dessous)
- construire des girouettes en changeant la forme (coq, personnages…) : cela permettra de réinvestir la problématique autour du centre de gravité.
- compléter sa girouette et sa manche à air par un travail sur le repérage dans l’espace (repères liés à l’emplacement de l’objet puis introduire la rose des vents : travail sur la boussole).
Comment fabriquer une girouette ?
• Faire apparaitre par des tests, et des expériences annexes si nécessaire, une des contraintes essentielles de la girouette : la répartition des masses et des surfaces de part et d’autre de l’axe.
• Répondre à la question : «Comment le vent agit-il ?»
• Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, formuler une explication possible et chercher à la valider.
Matériel : (par groupe)
- Une flèche découpée dans un carton léger - Une paille
- Un pique à brochette en bois
- Un carré de bois épais pour fixer la paille dessus - Du scotch.
Pour la classe : - ventilateur et affiche vierge Situation de départ
Chaque groupe fabrique le dispositif suivant (voir fiche) et le teste.
Phase d’investigation
Problème : comment modifier les girouettes pour qu'elles puissent s'orienter dans la direction du vent ? (la flèche doit indiquer d’où vient le vent).
Chaque groupe recherche des solutions.
Débat collectif
Chaque groupe vient essayer sa girouette modifiée face à la classe à l’aide du ventilateur et explique quelle modification a été apportée.
Rédaction d’une trace écrite collective du type :
L’axe de la girouette ne doit pas se trouver au milieu de la flèche.
Note scientifique
D’un point de vue physique, ce n’est que dans le cas où les surfaces situées de part et d’autre de l’axe sont très différentes que la position d’équilibre de la girouette est parallèle au vent, la partie de petite surface, dirigée vers l’amont indique alors la direction d’où vient le vent. Cette condition est importante.
Il n’est pas question de proposer les explications précédentes aux élèves. Celles-ci sont destinées à aider le maitre à interpréter les résultats des expérimentations des élèves, et
à guider ceux-ci dans leurs découvertes empiriques.
Comment allez-vous faire pour avoir des informations sur le vent d’aujourd’hui ?
Imaginez par groupe un objet qui permette de savoir s’il y a du vent aujourd’hui et comment est ce vent.
Dessinez-le tel que vous voulez le fabriquer et indiquer la liste du matériel qui sera nécessaire à sa réalisation.
Matériel
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Fabrication d’une manche à air
Matériel :
des ciseaux un feutre de la colle
une perforatrice de la ficelle
une feuille de plastique
souple (sac poubelle) un anneau découpé dans
une bouteille d’eau.
une baguette en bois une punaise
Construction :
• Prends la feuille de plastique et découpe des franges sur un bord.
• Mets de la colle tout au long du bord opposé aux franges et colle ce bord sur l’anneau de la bouteille.
• Colle les 2 derniers bords ensemble en les superposant afin de fermer la manche.
• Trace deux croix sur l’anneau, l’une en face de l’autre.
• Perfore les trous, là où tu as tracé les croix, et attache la ficelle pour former comme une anse.
• Réfléchis où il faut accrocher la ficelle à la baguette pour que ta manche à air fonctionne quelque soit le vent.
Punaise la ficelle à l’endroit choisi.
Essaie ta manche à air dehors ou avec un sèche-cheveux.
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