Les leviers, séance 5: où attacher les fils?

 

D’après la séquence proposée par les documents d’application des programmes en sciences 2002.

Séance 5:Où fixer l’attache du fil de la passerelle ?

Objectif :

-         imaginer et réaliser une expérience destinée à montrer qu’il est plus facile de soulever la passerelle en fixant les fils loin de l’axe de rotation.

Présentation rapide :

            Lors de la synthèse de la séance précédente, l’enseignant a pris soin de présenter aux élèves deux maquettes différant par l’emplacement de la fixation des fils sur la passerelle : loin ou près de l’axe de rotation.

            Il est demandé à la classe qu’elle est la « situation qui demande le moins d’efforts».

            L’argumentation commence.

Matériel :

-         règles diverses,

-         baguettes de bois,

-         élastiques,

-         masses diverses,

-         ficelle,

-         trombones,

-         cahier de brouillon.

Organisation :

Les phases collectives d’explicitation et les phases de travail de recherche en groupe se succèdent.

Déroulement :

Collectivement :

Les élèves ont construit des maquettes de pont-levis lors de S4.

L’enseignant présente aux élèves deux maquettes différant par l’emplacement de la fixation des fils sur la passerelle : loin ou près de l’axe de rotation.

Il est demandé à la classe qu’elle est la « situation qui demande le moins d’efforts».

L’argumentation commence.

Par petits groupes ;

Puis en petits groupes, les élèves recherchent quelle est la façon de prouver qu’une solution est meilleure que l’autre .

Pour aider les enfants, on leur demande pourquoi ils ont choisi de fixer le fil à cet endroit du tablier du pont.

L’enseignant, en fonction des arguments qu’il reçoit, engage les élèves à les justifier expérimentalement.

ATTENTION : il y a une contrainte supplémentaire : Pour prouver , les enfants n’ont pas le droit de construire de pont-levis.

Le but est d’obliger les enfants à se pencher sur le PRINCIPE, indépendamment de l’objet dans lequel il est impliqué.

Par petits groupes :

Les enfants, en binômes, réalisent d’abord leurs dessins légendés d’hypothèses. Il y a donc une première négociation au sein du groupe. Le maître passe dans les groupes pour favoriser l’explicitation des solutions proposées :

En expliquant oralement leurs hypothèses, les élèves affinent encore leurs réflexions et, le crayon à la main, améliorent leurs dispositifs.

Puis les enfants s’emparent du matériel et commencent la réalisation technique .

Remarques :

Les enfants ne devraient pas avoir de difficultés particulières pour élaborer un dispositif simulant la passerelle et pour fixer la ficelle.

Ils auront peut-être du mal à comprendre la contrainte d’abstraction imposée.

C’est pour cette raison que l’enseignant veillera à ce que les dispositifs élaborés restent simples, lisibles (pas de treuil, pas de douves…).

Les enfants chercheront à éprouver à la main l’effort requis. Les résultats seront donc très discutables.

Collectivement : Il faut provoquer un regroupement pour fixer un protocole qui permet de mesurer plus précisément l’effort requis.

On cherchera donc à opérer des comparaisons : un seul facteur doit varier ! (point d’attache, masse à soulever).

Par petits groupes :

Les enfants repartent en recherche et notent le résultat de leurs comparaisons.

Collectivement :

On fait le point sur les comparaisons.

On fixe le dispositif le plus simple : une baguette reposant sur un support à une extrémité

et soutenue par un fil à l’autre.

Combien faut-il de dispositifs pour répondre à la question ? Deux !

Comment ressentir l’effort à fournir ? En ajoutant des masses à l’extrémité opposée à l’axe de rotation.

Comment mesurer cet effort ? En utilisant un élastique.

Synthèse et trace écrite :

Le maître reformule les propositions des élèves.

La passerelle est plus facile à soulever si le fil est attaché loin de l’axe

La trace écrite est constituée des dessins des différents dispositifs présents.

Bilan de séance :

L’abstraction pose problème. Certains élèves ne produisent pas d’hypothèses : ils ne savent comment faire sans reconstruire de pont-levis.

Très rapidement après la passation de la consigne, il faut faire une mise au point afin de :

-         fixer le dispositif (règle, ficelle, stylo, masse),

-         fixer la nécessité de la comparaison (deux expériences pour prouver qu’une solution est meilleure que l’autre).

C’est chose faite en s’appuyant sur trois hypothèses de groupes, discutées avec la classe complète.

Alors, l’expérimentation est déclenchée. Les élèves cherchent à sentir « à la main » la différence. Ils proposent beaucoup de solutions techniques ingénieuses pour fixer les ficelles, les masses.

Pour certains groupes on introduit des masses plus importantes que les gommes utilisées couramment. On se sert de pièces d’acier, lourdes et stables sur la baguette de bois.

La mise en commun permet de souligner l’importance de ne faire varier qu’un seul facteur. En effet, certains élèves déplacent en même temps la masse et le point de fixation de la ficelle, ce qui ne permet pas de conclure à une différence.

La synthèse permet de différencier les deux situations sans ambiguïté.

Nous n’avons pas le temps d’entrer dans la mesure de l’effort nécessaire : nous n’avons pas introduit les élastiques (pour observer leur allongement). Nous reprendrons ceci en S6 avec en plus, pour démonstration, l’utilisation des dynamomètres.

Il nous aura fallu 1h30 pour cette séance.

Prolongement :

-         Mesurer l’effort nécessaire (élastique, dynamomètre).

-         Mettre en relation les activités menées lors des 5 premières séances (évaluation)