ARTheque - STEF - ENS Cachan | Unité : Circuits électriques 6ème

UNITE CIRCUITS ELECTRIQUES 6ème

l - Pourquoi des circuits électriques 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.

Il Y a tout d'abord les raisons qui assurent te succès de ce thème :

· motivation certaine des enfants qui assurent le succès de ce thème cité. Ceci doit être mis sQrement en relation avec la multiplicité des applications techniques de l'électricité dans la vie moderne (appareils électro-ménagers, éclairage, jouets . . . ) ;

• ce thème offre de grandes possibilités de mani-pulations accessibles aux enfants. Ces manimani-pulations sont variées et peuvent être réalisées avec du matériel simple et peu coQteux ;

· intérêt et curiosité des enfants pour les mani-pulations proposées. L'aspect spectaculaire des effets du courant assurent le maintien de l'enthousiasme.

Enfin, i l Y a les raisons qui sont liées aux pos-sibilités qu'ouvrent les manipulations et leur succès sur ce thème

• développer des activités à caractère scientifi-que (Dégager une notion, faire des mesures, affiner un prémodèle .•• ) ;

• soutenir l'apprentissage des langages fondamen-taux (langue maternelle, dessin) ;

• établir un lien entre la classe et l'environne-ment 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 nom-br e u s e~ mais superficielles, à une suite de jeux qui laisse l'enfant seul devant des manifestations expérimentales pre-mières, qu'il ne saura pas utiliser. Ce qui reviendr ait à laisser l'enfant avec un e série d'impressions premières sa ns pouvoir aller au-de là, sans pou voir par exemple le guide r pour qu'il utilise une méthode ou pour qu' i l dé gage un con c ep t scientifique.

2/ Vouloir donner les clés de l'électricité pour de s manipulations épurées (par le maître) ou en introdui-sant des concepts très élaborés (courant, tension, puis-sance). Ce qui reviendrait à supprimer le lent travail de défrichement des enfants, à supprimer la possibilité de com-prendre les enfants en se coupant de leurs modes de repré-sentations.

3/ Troisiè~e danger, plus subtil mais réel, c'est tout en évitant les dangers précédents, de faire des mani-pulations sur les circuits électriques pour faire de l'élec-tricité ou pour pouvoir faire de l'électricité plus tard. Ce serait limiter le thème aux seuls objectifs de Physique et cela reviendrait à le couper des ob j e c t i f s gén é r a u x d' u n e initiation aux Sciences et aux Techniques. Notamment à une ouverture du module sur la vie, à un apprentissage de métho-des, à une initiation à la méthode expérimentale, au déve-loppement de certaines attitudes.

II - Sy nthèse des compte-rendus de notre première expérimentation

L'unité comporte 6 séances de l h 30 . No us nous sommes volontairement limités au point de vu e des notions d'électricité à celles de circuit él e c t r i q u e et de c onduc-teur/isolant pour arriver à la notion de résistance.

Les objectifs retenus

objectifs de connaissances du domaine de l'électricité

- circuit électrique (chaîne continue d'élé-ments conducteurs)

- conducteur isolant (définition op é r a to i r 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.

L'expérimentation fut menée parallèlement à la faculté et dans une classe. Nous avons centré nos obser-vations sur des points différents dans ces deux expérimen-tations.

A la faculté : 6 élèves - 3 enseignants - Séances magnétoscopées. Le but est de procéder à une observation

"clinique" des enfants (observation personnalisée et appro-fondie). Nous avons, à chaque fois, donné aux enfants des tâches matérielles à accomplir sans jamais leur révéler la notion que nous souhaitions leur voir dégager au cours ou à l'issue de ces tâches. En cours de séances, nous leur avons posé des questions sur le fonctionnement des montages réalisés ; les réponses à ces questions nous ont permis de découvrir les modèles qu'lie possédaient et d'en suivre l'é-volution.

Nous avons centré nos observations sur :

• les pré-représentations et les pré-connaissances des enfants en électricité ;

• l'évolution de ces pré-représentations et les éléments qui permettent cette évolution (manipulations, discussions, informations données par le maître, documents etc•• • )

la possibilité de passer d'une notion intuitive (électricité) à un concept scientifique qu'il soit qualita-tif (conducteur isolant) ou quantitatif (résistance)

• les liens entre les activités pratiques de nature souvent technique, et les activités qui permettent de déga-ger des notions de Physique.

Ex. Conducteur isolant

Eclat de la lampe

Notion de circuit

Court-circuit

analyse ou fabrication d'un support de lampe Construction d'un mesu-reur d'éclairement

(photomètre)

Remonter une lampe tor-che

Dépanner une voiture électrique

Dans une classe : 24 élèves - deux groupes le professeur habituel dirigeant le 1er groupe • le professeur étranger dirigeant le 2ème 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 recen-ser les difficultés concernant l'apprentissage d'une repré-sentation graphique et l'acquisition, dans une classe très moyenne, de la notion de circuit. Les résultats n'ont pas encore été totalement synthétisés mais 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.

Piles plates 4,5 V Boltier pile Wonder

Pinces prestoles sur planchettes Supports de lampe Matériaux divers Plaques de cuivre Piles rondes 1,2 V -3,5 V - 6 V - 12 V Lampes 1,2 V 3,5 V -6 V - 12 V Fils gainés Fil de Nichrome Tournevis

Jouets Min e de crayon Fil de fer Grillage etc . . . moteurs sonne ttes vi breu r s voi tu res él e c t r ique s aéroglisse ur Pince à dénuder Pinces crocodiles Pinces Fahnenstock

l~pe torche transparente.

III - Propos ition pour une expérimentation future

Nou s préci son s bien que le co nte n u de s séances prés en t é e s ici ne constitue pas un programme. Mais un e indi-cat i o n de mani pu l at i o n s possibles et d'une ar t i c u l a t i o n pos s ib le comp t e te n u des ob j e c t i f s que nous nou s sommes fix é s .

1ère séance

allumer une lampe avec une pile plate, sans fil allumer une lampe ave c une pile plate, ave c fil allumer une lampe ave c une pile ronde

(san s support de lampe ou avec)

allumer une lampe avec une pile ronde (sans support ou avec)

dessiner les différents circuits réalisés déc r i r e oralement les circuits ;

déf i n i r un vocabulaire commun ; déf i ni r une sché matisa t i on commune

fai r e parler les enfants sur les raisons de l' a llumag e ou du non allumage.

Qèi~~~!f~

• bipolarité de la pile ; bipolarité de la lampe ; observation ;

familiarisation avec le matériel. 2èmè séance

• casser une ampoule ; fabriquer une ampoule

décrire ~e rôle des éléments

dessiner le circuit dans l'ampoule cassée;

dessiner le circuit dans ~'ampoule intacte.

continuité du circuit dans l'ampoule observation

imaginer un dispositif

généralisation (imaginer le circuit dans une

ampoule intacte à partir de l'observation de

celui de l'ampoule cassée). 3ème séance

• comment rajouter un élément nouveau dans le cir-cuit ;

introduire un élément nouveau dans le circuit changer cet élément ;

• classer les éléments ;

déterminer les parties conductrices du support de lampe et du bo1tier de pile ;

quel élément allume peu ?

fabrication d'un support.

notion de conducteurs et d'isolants;

définition opératoire (allume la lampe s ' i l est placé en série dans un circuit comprenant une lampe de 1,5 V, une pile 1,5 V) ;

continuité électrique du courant ; contact électrique ; contact mécanique expérimentation

classement ; généralisation.

4ème séance

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.

résistance repérage ; créativité.

5ème séance

~ê~iE~!ê~i2~~_~~_~~Eb2i~~~!2~

· mesurer l'éclat pour différentes longueurs du fil de Nichrome.

notion de grandeur Physique ; • liaison entre deux grandeurs.

6ème séqnce

• allumer une deuxième lampe ; mesurer l'éclat de la première

• différentes solutions (p a r a l l èle , série) ; en série, trouver la longueur de fil équivalent il une lampe.

résistance de la lamp e • expérimentation .

COMMENTAIRES FINAUX

Le document préparatoire du stage de Sèvres publié

ci-avant a été complété au cours de Ce stage par des

ré-flexions sur l'approche pédagogique et la définition des objectifs.

Afin de rendre plus concrète la liste des objectifs du document.préparatoire, nous allons donner deux exemples pris dans le document supplémentaire concernant les objec-tifs de l ' Un i t é Circuit Electrique.

Tels qu'ils apparaissent dans le document prépara-toire, le s objectifs peu vent paral tre prétentieux, i

ncon-trôlables et relever du domaine des bonnes intentions. C'est

pour éviter ces écueils qu'un document objectif a été éla-boré avant l'expérimentation afin d'être affiné et complété par les professeurs expérimentateurs.

Il s'agit il partir de situations expérimentales cohérentes avec le thème de l'unité, de définir les objec-tifs de façon précise et de donner une liste des comporte-ments qui peuvent caractériser tel ou tel aspect de la maltrise d'un objectif.

Exemple l

Q~j~~!!~_~2US~E!~~!

:

placé sur un circuit comprenant une pile de 1,5 V et une lampe de 1,5 V allume un peu la lampe.

Comportement : qualifier de résistant un corps qui correspond à cette définition opératoire.

Exemple 2

Q~j~S!~~_~~!h2~212g~9~~

:

Objectif: savoir repérer l'éclairement pour pré-ciser la propriété des corps résistants.

Comportement: dire qu'il faut repérer l'éclat de la lampe pour comparer les résistances .

.Comportement : savoir réaliser la mesure pratique-ment.

Reproduire les m~mes conditions expérimentales dans l'utilisation du photomètre (place de la lampe dans la bolte, place du photomètre, éclairage ambiant, etc ••• ).