MOTEUR ÉLECTRIQUE, MOTORISATION DE JOUETS,
DÉMARCHES ET PRATIQUES DE L’ACTIVITÉ
Bernard GILLOT, Claude GRATIEN, Guy MANNEUX
Groupe Activités Manuelles d'Expression Technique et Plastique (AMETP) des CEMÉA
MOTS-CLÉS : ACTIVITÉ – DÉMARCHES – ÉDUCATION ACTIVE – JOUETS
RÉSUMÉ : Le groupe conduit réflexion et action sur les démarches et les pratiques de l'activité. Il travaille sur les rapports entre les jouets et les objets que se construisent les enfants et les objets techniques du monde des adultes. Au cours de la fabrication les constructeurs essaient, tâtonnent et modifient. Ils font des constats qui peuvent les amener à la découverte de lois de la physique et de principes du fonctionnement mécanique. Les objectifs de l'éducateur, ses interventions, la conduite de l'activité mettent l'accent sur les démarches techniques ou scientifiques.
ABSTRACT : The group carries out reflexion and action on the processes and practices involved in an activity. Its work concerns the relationship between the toys and objects which children build themselves and the technical objects of the adults' world. During their action, children making objects test them, proceed by trial and error and modify them. They also make observations which can lead them to discover the laws of physics and the principles of mechanical operations. For the adult accompanying the child in his activity, the objectives, the interventions, the control of the activity lay stress on the technical or scientific processes.
1. INTRODUCTION
Le groupe de recherche et de diffusion « Activités Manuelles d'Expression Technique et Plastique » (AMETP) centre ses recherches sur l'activité, un des moyens d'acquisition de la culture. L'approche culturelle par l'activité est un principe indissociable de l'Éducation Nouvelle, philosophie éducative à laquelle participent pleinement les Centres d'Entraînement aux Méthodes d'Éducation Active (CEMÉA). Le groupe AMETP conduit réflexion et action sur les démarches et les pratiques de l'activité. Les propositions de réalisations portent sur les deux domaines :
• expression plastique utilisant le dessin, la peinture, la décoration, la communication graphique…, les personnes découvrent et s’approprient des savoirs, des langages, des concepts. • expression technique.
Dans le domaine des d'activités techniques le groupe travaille en particulier sur les rapports entre les jouets et les objets que se construisent les enfants et les objets techniques du monde des adultes. En rapport avec le champ de la technique les démarches mettent les constructeurs, au cours de la fabrication, en situation d'essayer, de tâtonner, de modifier les objets ou les jouets sur lesquels ils travaillent. Ils appréhendent ainsi des principes de fonctionnement mécanique. Ils font des constats qui peuvent les amener à la découverte de lois de la physique. La fabrication provoque des situations problèmes inédites, et interroge les connaissances en jeu. La validation par le résultat est directement sensible. Les objectifs de l'éducateur, ses interventions, la conduite de l'activité, mettent l'accent sur les démarches techniques ou scientifiques. « Il s’agit de proposer une autre relation avec les connaissances, une relation jouée sur le fil rouge du désir, du plaisir, de la joie et du sentiment de liberté. » (Bertola, 2004).
Les pages qui suivent proposent de montrer comment l'atelier a permis aux participants d'explorer ces démarches sur les moteurs électriques à courant continu et aimants permanents, pour la découverte sensible du magnétisme et de l'électromagnétisme et sur la motorisation de jouets avec diverses énergies : électricité des piles avec moteurs électriques du commerce, air ou vapeur pour jouets à réaction, pour la découverte des moyens de propulsions de véhicules divers.
Nous présenterons dans un premier temps comment le lieu de déroulement de l'atelier a été transformé pour être mis au service des démarches d'activité. Nous consacrerons la plus grosse partie de ce texte à décrire les démarches vécues par les participants puis nous conclurons sur les éléments de discussion développés par ceux-ci.
2. UN MILIEU AU SERVICE DES DÉMARCHES
L'idée de milieu constitue un des éléments fondamentaux de l’Éducation Nouvelle. Cette idée prend place dans la lignée de la notion de milieu développée par Wallon et par le courant de la psychologie génétique. Par milieu, Wallon (1941, 1947) entend aussi bien le milieu constitué des êtres vivants (milieu biologique), que le milieu social, que le milieu des idées et des concepts forgés par l’homme (milieu idéologique et humain). Ce qui fait le lien entre le milieu social et le milieu biologique, c’est ce que Wallon appelle parfois « le milieu spécifiquement humain », ce milieu fait de symboles, de langage, forgé par l’intelligence humaine.
L'idée de milieu se retrouve aussi chez Piaget (1978) pour qui il n’y a pas d’assimilation, pas d’accommodation sans milieu. Ce milieu joue un rôle prépondérant en éducation. C’est même lui l’agent de l’éducation, car en font partie les éducateurs (parents, enseignants, animateurs…). Le « milieu spécifiquement humain » tel que défini par Wallon s'étend, de notre point de vue, aux objets du patrimoine de l'humanité épousant ainsi l'acception que donne Meyerson (1987) : « Presque tout dans le milieu humain est transformé par l’Homme, fabriqué par l’Homme, est
production humaine, artifice humain… Il [l’Homme] a tout humanisé au sens propre du mot… et l’histoire des civilisations, notamment des civilisations matérielles de l’Homme, des hommes, est l’histoire de la fabrication incessante d’artifices nouveaux… »
La mise en place d'un environnement matériel le plus riche possible constitue une réponse à un besoin fondamental de la personne, à son besoin d’agir sur le monde, de se mouvoir, de produire des effets sur la réalité. De notre point de vue de militants de l'Éducation Nouvelle l’activité est suscitée par le milieu.
2.1. Organisation spatiale des lieux
La salle attribuée au déroulement de l'atelier est une salle de classe équipée de mobiliers scolaires. En appui sur l'idée de milieu, elle a été réorganisée de façon à pouvoir donner aux participants la lisibilité de supports d'information, l'accès à un minimum d'outillages et de matériaux et à des zones d'activité clairement identifiables.
La lisibilité des supports d'information est assurée par un affichage identique répété sur deux murs. Cette disposition donne de plus la possibilité aux animateurs de se référer à ces supports dans la conduite de l'atelier. Le long d'un autre mur des panoplies d'outillage, conçues pour rendre visible
disposition a été pensée pour la lisibilité des objets et la manipulation par les possibilités de manipulation et de construction par les participants. Le groupement des tables a été fait pour constituer des zones en lien avec la taille, le nombre des objets, les autres éléments exposés et les possibilités d’échange entre participants.
Photo 1 : Panoplie 1 Photo 2 : Panoplie 2
2.2. Contenu des lieux
Des mots inscrits sur des quarts de feuilles format A4 et des choses réparties sur les trois groupes de tables (photo 3).
Ces mots ou groupes de mots appartiennent à plusieurs catégories :
– Des noms de scientifiques ou d'ingénieurs en rapport avec les trois axes évoqués dans le titre de l'atelier par ex. : Gauss, Laplace, Œrsted, Sauvage…
– Des mots du langage courant nommant des choses par ex. : fil, tôle, manège, etc.
– Des noms désignant des composants techniques par ex : bobine, essieu, palier, pince-crocodile, etc.
– Des termes désignant des concepts ou des notions par ex. : champ tournant, frottement, etc. – Des termes désignant des principes scientifiques ou techniques, par ex. : circuit en parallèle
ouvert ou fermé, inertie, électromagnétisme, etc. – Des grandeurs physiques par ex. : volt, watt, etc.
– D'autres mots désignaient des types de praticiens qui ont à voir avec la mise en œuvre et l'étude des choses : bricoleur et ingénieur.
– Les termes éducation et manipulation qui traduisent une image du point de vue éducatif que nous défendons.
Les mots de ces différentes catégories sont répartis parfois en rapport immédiat avec les choses présentées sur les groupes de tables. D'autres fois ils sont présentés sans lien explicite aux objets. Dans les deux cas le but recherché est de mettre les participants de l'atelier en état de réflexion par la juxtaposition dans leur champ visuel des mots et des choses présentés.
Une documentation écrite est présente :
- Un manuel scolaire Physique générale : électricité et magnétisme (Giancoli, 1997) ;
- Une revue à destination des enseignants et des parents (David Wilgenbus, Jean-Marie Bouchard et Pierre Léna, 2003) ;
- Des dossiers élaborés par le groupe AMETP faisant lien entre activité et culture scientifique et technique (Ceméa, 2001a, 2001b, 2002a, 2002b)
Des choses réparties en trois catégories : des jouets (construits à partir de modules identiques donc interchangeables, à partir d'éléments récupérés pour leurs caractéristiques fonctionnelles ou de façonnage aisé ou démonstrative (vidéo n°1), des composants achetés dans le commerce (des conducteurs électriques munis de pinces crocodile aux deux extrémités, des piles plates 4,5 volts car de faible coût et proposant une facilité
3. TROIS AXES PRINCIPAUX SUPPORTS À L'ACTIVITÉ
Deux grandes étapes ont scandé le déroulement de l'atelier.
La première a consisté en une présentation rapide en appui sur un poster (photo 4) situant notre approche à propos de la construction d'objets supports d'expérimentation.
La deuxième étape a débuté par une présentation, par les animateurs de l'atelier, de certaines des possibilités offertes par les objets et les matériels techniques disposés sur chacun des groupes de tables. Il a été brièvement explicité la réflexion qui à conduit à faire pour chacun des objets ou expérimentation possible des choix qui ont abouti à cette solution plutôt qu'à une autre. Les participants ont été invités à manipuler ou construire des éléments d’expérience en fonction de leur intérêt. Cette partie a permis à chacun des participants de se fixer un objectif et de le poursuivre seul ou avec d'autres. Beaucoup d’échanges et de mots utilisés pour dire les choses. Faire pour montrer le dire, dire les mots pour faire.
3.1. Approche sensible du magnétisme
Vérification d’hypothèses par les participants avec de multiples possibilités d'expérimentation : – l'utilisation d'aiguilles aimantées en appui ponctuel sur des supports verticaux permet de
visualiser les effets du champ magnétique dans la troisième dimension, en déplaçant l'aimant sur la table il est possible de mettre en évidence de la notion de champ magnétique. (photo 5)
– Avec un mécanisme simple à manipuler possibilité d'éprouver corporellement la résistance due au magnétisme. Les aimants peuvent être déplacés, ôtés. Les axes qu'ils entraînent en rotation peuvent être freinés ou mis en mouvement avec les doigts (photo 6).
Photo 5 : Aiguilles aimantées et champ magnétique Photo 6 : Dispositif à plusieurs aimants
3.2. Approche sensible de l'électromagnétisme
Le matériel proposé permet la reprise d’expériences historiques et, au-delà de l’histoire des sciences et des techniques, de parler des hommes qui ont construit ces connaissances et de leur donner sens. Les propositions de constructions sont là pour questionner les représentations mentales des élèves qui bloquent l'accès à la compréhension.
Les conditions expérimentales proposées sont en rapport avec les capacités du moteur fabriqué.(vidéo n°2).
Des dispositifs rendent visible l'invisible, le caché. Le moteur ouvert fonctionne encore, il est possible d’intervenir sur une ou plusieurs variables et d’en constater les effets (vidéo n°3).
Un petit bateau en tôle est équipé d’un serpentin chauffé par la combustion de liquide « allume barbecue » ; le serpentin expulse de l’eau, parfois de la vapeur, par ses deux extrémités immergées et propulse le bateau jusqu’à épuisement du carburant. (vidéo n°4)
Photo 7 : Chariot à propulsion à réaction (dispositif avec ballon) Image extraite de la vidéo n° 4
3.4. Approche de la propulsion à réaction
Un dispositif simple d’éjection d’une une masse placée sur un chariot a suscité plusieurs expérimentations.
Le chariot constitué d’une planchette sur roues est équipé d’un bracelet de caoutchouc accroché en deux points qui peut être plus ou moins tendu à l’aide d’une ficelle (photo 8) Une masse marquée (mais toute autre pièce pesante convient pourvu que sa masse soit connue) est placée dans cet arc est éjectée lorsque l’on coupe la ficelle en la brûlant avec un briquet. Par réaction, le chariot se déplace. (vidéo n°5)
Les mesures effectuées au cours des nombreux essais ont montré que la distance parcourue par le chariot était :
• d’une part, proportionnelle, à la masse éjectée pour une même tension de l’élastique, • d’autre part proportionnelle, à la tension de l’élastique pour une même masse éjectée.
4. ÉLÉMENTS DE DISCUSSION
En appui sur les deux premières étapes de déroulement de l'atelier une discussion entre tous les participants a constitué l'ultime étape de cet atelier. Cette discussion a abordé trois points principaux.
Le premier point questionnait la possibilité de faire vivre des démarches de cette nature dans un cadre scolaire fortement contraint dans une structure programmatique. L’idée évoquée de l’impossibilité de déroger au programme a été contestée par des témoignages de mise en œuvre de ce type d’activité dans des pratiques d’enseignement. Ce choix pédagogique facilite l’acquisition des connaissances même s’il est plus consommateur de temps dans l’immédiat.
Le second point discutait de la pertinence des objets et matériels techniques proposés. Leur statut a été discuté en rapport avec l'approche scientifique ou l'approche technique. L'activité expérimentatrice ou « fabricatrice » et l’usage des objets, font-ils écran aux concepts scientifiques à construire ?
Ces objets peuvent être considérés comme des « objets de sciences » pouvant être utilisés comme ouvrant des possibilités d’expérimentation, de mesure, actions indispensables à une approche scientifique (point de vue unanime chez les participants).
Le troisième point abordait la formation des enseignants en charge de conduire des activités de cette nature essentiellement dans un champ disciplinaire sciences et techniques dont, à divers titres et fonctions, les participants de l'atelier avaient la charge. Cette discussion a abordé la formation des enseignants suivant deux axes liés à la professionnalité enseignante. Un premier concernant le travail de préparation des séquences d'enseignement qui concerne le choix des objets et des possibilités qui y sont associées par rapport au contenu à enseigner. Le choix des objets va jusqu'à la réalisation de ceux-ci souvent mieux adaptée au contexte local d'enseignement plutôt que des offres marchandes réputées plus universelles. Le second axe de la formation concerne la conduite
BIBLIOGRAPHIE
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