Fiche d'accompagnement

Enquête C2 A 2015

Rappel de l'énigme : Rangez trois objets du plus léger au plus lourd en utilisant une “balance” que vous aurez construite.

Notions scientifiques en jeu : Balances, équilibres, leviers.

Intégration dans les programmes

CP : Découvrir le monde de la matière et des objets Maquettes élémentaires- Utiliser quelques objets techniques simples (une manche à air, un mobile suspendu, une lampe de poche…) et identifier leur fonction.- Réaliser une maquette ou un circuit électrique permettant d’assurer des fonctions simples (trouver la direction du vent, équilibrer deux objets suspendus, éclairer).

CE1 : Découvrir le monde de la matière et des objetsMaquettes élémentaires- Utiliser quelques objets techniques (balances, jouets électriques, ustensiles de cuisine…) et identifier leur fonction.- Réaliser des maquettes utilisant différents dispositifs (suspension, pivot, poulie, treuil…)

Progression :Comparaison sans mesurage, construction du sens.Comparaison directe des objets : avec une balance de Roberval, avec une balance construite.

Informations pour l’enseignantVocabulaire :Le vocabulaire courant confond poids et masse, mais il n’est pas utile d’aborder cette dis-tinction à l’école primaire.Connaissance :– Un objet qui peut tourner autour d’un axe fixe peut rester en équilibre s’il est soumis à des forces dont les effets se compensent.– Pour faire tourner l’objet, une grande force a plus d’effet qu’une petite force appliquée à la même distance de l’axe.– Pour faire tourner l’objet, une même force a davantage d’effet si elle est appliquée à une plus grande distance de l’axe.Quelques pièges à éviterÀ l’école primaire, on se limite à l’étude de dispositifs (réels, fabriqués ou simulés) dans lesquels l’équilibre est obtenu avec un fléau horizontal : balançoire horizontale, balance romaine, flèche d’une grue, «mobiles » construits par les élèves.

Activités possibles :

1 - Comparer des objets du point de vue de leur masse Déroulement• On proposera aux élèves de comparer la masse de deux objets :

Fête de la science 2013 / 2014

« Lequel de deux objets est le plus lourd ? Comment en être sûr ? »(L’intérêt de cette formulation est qu’elle n’utilise pas les mots poids, masse, peser...) :– Montrer les deux objets aux élèves, invités à les désigner et les décrire.– Présenter chacun d’eux sur un plateau (de couleurs différentes pour simplifier la désignation).– Demander à chaque enfant de noter celui qui, d’après lui, est le plus lourd.– Faire vérifier par quelques-uns (en soupesant, lors des premières séries de séances)– Faire noter si la réponse est juste, erronée, ou s’il reste une incertitude.– Renouveler plusieurs fois l’exercice avec d’autres objets.• En fin de séance, tous les objets seront mis à disposition de tous enfants, afin qu’ils puissent les manipuler, et donc les soupeser. Plus tard, ils pourront utiliser des balances pour les peser.

Enjeux de l'activité– Lequel de deux objets est le plus lourd ?Nos sens nous donnent des informations parfois insuffisantes pour répondre à cette question : dans certaines conditions, soupeser suffira à mettre les enfants d'accord, dans d'autres, les masses seront trop proches.Objectifs notionnels• matières différentes, volumes identiques : la masse dépend de la matière (des matières) dont l’objet est constitué.• matières identiques, volumes différents : l’objet le plus volumineux est plus lourd.• la masse est indépendante de la forme : la masse d’un morceau de pâte à modeler ne varie pas quelle que soit la forme qu’on lui donne.

Séances successives• On propose une grande variété d’objets, chaque paire présentant des masses nettement différentes pour que la réponse soit possible après avoir soupesé :– des objets hétéroclites, des objets de même forme, des objets de même matière mais de couleur différente, des morceaux de matière malléable, des objets de volumes identiques, des objets de même forme, de même taille, mais de contenu différent.L’activité de comparaison est ici secondaire : ce qui est intéressant pour la suite, c’est de mettre en place un code pour signifier « cet objet est plus lourd que l’autre » (ou « est plus lourd que », « est plus léger que » ou « est moins lourd que », voire « est moins léger que »), autant de variations dans les mots pour rendre compte d’une même situation de différence de masse.

Exemple de trace élève :

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Fête de la science 2013 / 2014

Une fois cette procédure de comparaison acquise sur des paires d’objets de masses nettement différentes, on introduira des paires de masses proches pour lesquelles soupeser ne permettra plus de décider : les enfants ressentiront alors la nécessité de « peser ».

2 Découverte des balances Se servir de la balance.• Chaque groupe dispose d’une balance :– Laisser les enfants comparer les masses de quelques objets.– Faire formuler la procédure de comparaison : comment savoir quel est l’objet le plus lourd ? Quels sont ceux qui sont de masse égale ?

Les élèves répondront individuellement, par écrit, avant de confronter leurs résultats.

Prolongement : ranger 3 objets du plus léger au plus lourd, en utilisant une balance.Les élèves sont répartis par groupes, qui reçoivent chacun un même lot de 3 objets de masses différentes marqués d’une majuscule pour pouvoir être nommés.

• La consigne sera de « comparer les masses de ces objets ». Pour cela, les enfants pourront utiliser diverses balances et devront noter toutes leurs comparaisons sur leur cahier d’expériences.

3 Construire la maquette d’une balance

Voici les différentes balances découvertes dans la classe :

1 - Dessinez sur votre feuille la balance que vous allez construire. Faites la liste du matériel dont vous aurez besoin.Le dessin doit bien expliquer comment vous allez faire !

Exemples de productions :

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Fête de la science 2013 / 2014

…

2 - Construisez et testez votre balance en vous servant du matériel.Du matériel est mis à disposition des groupes d’élèves :Support métalliques (type porte manteau), baguettes de bois avec trous, bouteille plastiques lestées, supports bois, ficelle, gobelet ou bol plastique, scotch, boulons, écrousLa liste est écrite au tableau ainsi que le titre : La balance

Remarque : Cette phase nécessite pour la plupart des groupes un guidage du maître par des questions permettant aux élèves de faire le lien entre les dessins imaginés et le matériel disponible.Exemple de guidage :Quelles sont les parties fixes de la balance ? Les parties mobiles ? Où va-t-on poser les balles ? …Difficultés rencontrées : couper les ficelles, fixer les bols (en carton) avec les punaises ou les ficelles (il faut au moins 3 ficelles pour éviter le basculement : seulement un groupe l’avait prévu)Le centrage de l’axe mobile n’a pas posé de problème. Intuitivement, les groupes ont placé l’axe de rotation au centre ou alors la fixation des récipients a été décalée pour parvenir à l’équilibre.

Exemples de constructions :

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Fête de la science 2013 / 2014

4 Institutionnalisation

Individuellement, faire un dessin de la construction. (Vers le schéma…) On remarque ici de très nets progrès dans les productions des élèves.

La trace écrite pourra porter sur les conditions d’équilibre d’une balance :Par exemple : « Une balance à fléau est en équilibre quand les masses placées dans chaque plateau sont égales. »

Des prolongements :

Lecture de l’album : « Un tout petit coup de main » d’Ann Tompert

On pourra consulter :

http://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/ressources/activites/11473_Des_jeux_de_comparaison_de_poids_en_MS_et_GS_revue_La_Classe_Maternelle_/LCM189%2520Jeux%2520comparaison.pdf

http://ecoles48.net/infos/IMG/pdf/Cycle_2_-_Leviers_et_balance_DEFI.pdf

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Fiche d'accompagnement

Enquête C2 B 2015

Rappel de l'énigme : Voici des graines de haricot blanc. Je vous mets au défi de les faire pousser le plus haut possible en un mois.

Notions scientifiques en jeu (pour le maître) :Distinction graine/plante : des besoins différents.

la graine a besoin pour germer de chaleur, d’oxygène et d'humidité uniquement.

la plante (et la plantule une fois les réserves de la graine épuisées) a besoin pour vivre d'un support nutritif (sels minéraux que l'on trouve dans la terre), d'eau, de lu-mière et d'une certaine température (variable suivant les espèces). Le défi com-porte donc deux phases : faire germer la graine d'une part, et faire pousser la plan-tule le plus haut possible d'autre part.

Ces besoins sont détaillés en page suivante.

Il faut établir une distinction entre le fait qu'une plante pousse le plus haut possible et le fait qu'elle soit en bonne santé.

En effet, les plantes qui manquent de lumière ont tendance à « s'étirer » au maximum pour rechercher la lumière, en faisant très peu de feuilles tant qu'elles ne l'ont pas trou-vée. Elles grandissent donc plus que leurs voisines exposées à la lumière, mais s'étiolent, blanchissent (la chlorophylle ne leur sert pas sans lumière), et si la lumière est vraiment absente finissent par mourir. En revanche, une plante qui est dans des conditions idéales pour vivre perdra moins d'énergie à grandir et en dépensera plus pour faire des feuilles et se reproduire.

Il faudra donc débattre avec les élèves du résultat auquel on aboutit, soit au début de la démarche soit (ce qui est peut-être plus intéressant) lors de l'analyse des résultats.

Précautions à prendre : Ne pas faire varier plusieurs paramètres en même temps. Par exemple : on ne

fait pas varier simultanément la température et l’humidité, mais on teste d’abord un lot de plantes à la même température avec des arrosages différents. Puis (ou parallèlement) un autre lot de plantes avec un arrosage identique mais à des températures différentes.

Etapes de la démarche trop rapides : bien prendre le temps de permettre aux élèves d’émettre des hypothèses et de concevoir le dispositif avant de passer à l'étape expérimentale.

Facteur Graine Plante

Eau, humi-dité

oui, en quantité raisonnable. La graine ne doit pas être noyée (sauf plantes aquatiques) sinon elle pourrit, et les échanges gazeux à sa surface ne peuvent plus avoir lieu (une graine consomme de l’oxygène, immergée elle s’as-phyxie).

oui, en quantité variable suivant les espèces.

Chaleur oui, en quantité raisonnable. Une trop forte chaleur pour-rait dessécher le support et la graine, l’empêchant ainsi de germer.

la température idéale à la survie de chaque espèce est très variable.

Oxygène oui et non… la graine en a besoin pour rester en vie, sans même parler de germer. Cependant sa consomma-tion d’oxygène (=respiration) augmente pendant la germi-nation.

oui. La plante respire (consomme de l’oxygène et rejette du dioxyde de carbone) de jour comme de nuit. Ce processus alimente son fonctionnement interne car il produit de l’éner-gie, mais ne lui permet pas de croître de manière satisfai-sante s’il n’y a pas de photosynthèse en parallèle.

La respiration (consommation d’O2 et rejet de CO2) a donc lieu de jour comme de nuit, mais elle passe au second plan de jour car elle est éclipsée par la photosynthèse.

Air oui, car il contient de l’oxygène. oui, car il contient de l’oxygène et du dioxyde de carbone.

Avoir été digérée

certaines graines ont besoin d’être passées par le tube digestif d’un animal pour pouvoir germer (les sucs digestifs ont dissous une partie de la « peau »=tégument de la graine, qui est trop dur sinon). Cela assure une bonne dispersion des graines loin de la plante mère. Exemple : le gui, les fraises, les cerises.

non !

Lumière non. Une graine peut germer à la lumière comme à l’obs-curité, ce facteur n’a pas d’incidence.

oui la plupart du temps, pour les plantes qui fonctionnent grâce à la photosynthèse. La lumière (surtout sa fraction rouge et bleu-violet) sert de source d’énergie à la plante pour effectuer les réactions chimiques qui lui permettent de transformer dioxyde de carbone et sels minéraux en sucres, éléments assimilables par elle.

Obscurité non. Une graine peut germer à la lumière comme à l’obs-curité, ce facteur n’a pas d’incidence.

non. L’obscurité interrompt la photosynthèse, c’est d’ailleurs la raison pour laquelle certaines serres de production

végétale sont éclairées toute la nuit…Terre non. La graine a besoin d’un support qui retienne l’eau

(dont la terre fait partie), mais pas spécialement de terre ou des éléments nutritifs qu’elle contient. Pour germer (produire une racine et une tige qui portera les premières feuilles), la graine fait appel à ses propres réserves nutri-tives.

non... La plante a besoin d’un support qui retienne l’eau (dont la terre fait partie), et d’éléments nutritifs une fois épui-sés ceux de la graine. Suivant les espèces, ces éléments peuvent être amenés par l’eau en quantité suffisante. La terre ou l’engrais permettent à la plante d’être plus produc-tive, mais de nombreuses espèces n’en ont pas besoin pour survivre (plantes aquatiques, plantes élevées en hydropo-nie, plantes « aériennes »…).

Coton pas spécialement (cf réponse ci-dessus). pas spécialement (cf réponse ci-dessus).

Silence non. Ce serait pourtant bien pratique en classe !! non. Ce serait pourtant bien pratique en classe !!

Dioxyde de carbone

non oui. C’est en dégradant le dioxyde de carbone au cours de la photosynthèse (en présence de lumière) que la plante produit des sucres, éléments nutritifs assimilables par elle.La photosynthèse (consommation de CO2 et rejet d’O2) a donc lieu uniquement le jour.

Froid certaines graines ont besoin d’un passage au froid avant retour au chaud pour germer. Ce retour à la chaleur est un facteur déclenchant qui indique que l’hiver est passé et que la plantule survivra. Cela n’est pas valable pour toutes les espèces végétales.

cf ligne « chaleur »

Soleil oui et non… Oui pour la chaleur, non pour la lumière. oui et non… La lumière est indispensable pour la photosyn-thèse (surtout sa fraction rouge et bleu-violet), mais elle peut également provenir d’une lampe.

Compétences visées :

Découverte du monde :- Prendre conscience des besoins vitaux de quelques végétaux- Observer le développement de quelques végétaux, de la graine au fruit, à travers la

pratique de plantations

Mathématiques :Grandeurs et mesures - Utiliser la règle graduée pour comparer des longueurs- Comparer et classer selon la longueurOrganisation et gestion des données- Compléter un tableau dans une situation concrète simple- Utiliser un graphique

Langage :Oral :- Prendre part à des échanges verbaux tout en sachant écouter les autres, poser des

questions, donner un point de vue en respectant les règles de la communication.- S’exprimer avec précision pour se faire comprendre.Ecrit :- Concevoir et écrire avec l’aide du maître (CP) ou de manière autonome (CE1) une

phrase ou un court texte explicatif.

Pistes de mise en oeuvre :« Pour qu’un enfant cherche effectivement à résoudre un problème, il est nécessaire que ce problème ait un sens pour lui, qu’il ait participé dans la mesure du possible à son émer-gence, en un mot que le problème devienne son problème et qu’il ait, de ce fait, envie de le résoudre. »(LAMAP) Ce qui veut dire qu'il faut réfléchir à ce que le défi fasse problème : un exemple proposé à des CE1 de Moulin Rouge en 2011.

Situation de départ :« Observe ces photos. Ce sont des petites plantes que les élèves ont fait pousser.

Chaque élève a mis la même graine dans un pot de yaourt au départ. C'est bizarre ! Au bout de quelques jours, il y a des élèves qui ont une toute petite plante et d'autres élèves qui ont une grande plante. Certaines plantes n'ont même pas poussé si tu regardes bien... »

L'émergence des représentations :Comment est-ce possible d'après toi?Temps individuel de réflexion. Dans la mesure du possible, la constitution d’une courte trace individuelle est préférable (dessin, phrase…)Mise en commun des conceptions de chacun.

Lancer le défi : « Comment pourrait-on s’inspirer de cet exemple pour faire pousser des haricots le plus haut possible ? ». Donner la consigne de Sciences en Jeux.Ne pas orienter les réponses puisque c'est à partir de cette phase que l'on va pro-poser de trouver un moyen de vérifier tout ce qui a été dit.

Définir ensemble ce que signifie « pousser » pour une plante/une graine : est-ce la même chose ? Comment favoriser la germination de la graine et la croissance de la plante ?

La conception de l'investigation : Hypothèses puis conception des protocoles expérimen-tauxA énoncer à l'oral, à partir d'une dictée à l'adulte, d'un dessin, d'une phrase, d'un plan, de photographies...

Par exemple :Hypothèse : s’il y a beaucoup de lumière la plante poussera plus haut.Protocole : mettre un lot de plantes à la lumière, un lot à l’obscurité, un lot dans la pé-nombre (placard entrouvert). Arroser de manière identique chaque lot.

Amener les élèves à prendre conscience qu'il faut faire plusieurs expériences en faisant varier de façon indépendante chacun des paramètres

L'investigation :

Proposer deux ou trois graines de haricot par expérience pour éviter les « accidents de parcours ».

Mise en place des expériences :- se rapprocher au maximum de conditions identiques pour les éléments invariants

(prendre le même type de récipient, le même terreau, placer les pots au même en-droit par rapport à la lumière...)

- garder des pots en réserve en cas de nouveaux questionnements ou si accident de «graines »

- éventuellement, il peut être possible en cours d'expérimentation (passage de la ger-mination à la croissance par exemple) de changer les conditions de milieu pour ré-pondre le mieux possible au défi : conditions de luminosité par exemple. Cepen-dant, il faudra absolument conserver une trace des conditions précédentes et de la taille de la pousse au moment du changement. Préciser également les raisons pour lesquelles les conditions ont été changées (= nouvelles hypothèses). Une conclu-sion écrite devra être fait avant le changement des conditions.

- penser à étiqueter les pots et les emplacements, dessiner, photographier (dater)

Suivi et comparaison des résultats :- comparer, mesurer, (quels outils : des petites bandes découpées et collées l'une à

côté de l'autre sur un calendrier, une mesure de la plante avec une règle...?)- ranger, faire le lien entre le paramètre testé et la croissance ou pas de la plante- repérer, remplir des tableaux à double entrée pour conserver une trace des- observations.

Compléter les expériences par une recherche documentaire- pour compléter les expérimentations, comprendre certains phénomènes observés.- à introduire de préférence après l'expérimentation (ou au moins après qu'elle ait- commencé), pour éviter d'orienter les hypothèses des élèves et les obliger à se- questionner- peut être mise en lien avec le B2i

Confrontation des résultats :

Des temps réguliers de confrontation s’appuyant sur le suivi et la comparaison des résul -tats en fonction des paramètres testés sont à prévoir.

Institutionnalisation des savoirs :

Construite ensemble, elle mettra en évidence les facteurs déterminants dans la germina-tion d’une graine puis la croissance de la plante.

Exemple de trace :

Quelques phrases, photographies + graphique.

Des ressources :

Tavernier, Raymond / Lamarque, Jeanne. La découverte du monde vivant, de la maternelle au CM2. Bordas, 2002. 415 p.. Tavernier. Chapitre 3 : « Des cultures dans la classe et dans la cour de l'école » (§ « De combien les plantes pous-sent-elles en un jour ? »)

Les étapes de la démarche d'investigation : rappel sur le site de La Main à la Pâte: http://lamap.inrp.fr//?Page_Id=18&Action=1&Element_Id=1107&DomainPedagogy-Type_Id=1

Obstacles ou difficultés prévisibles

Représentations erronées :- « Plus on donne d'eau à la plante plus elle grandit. »- « Une plante ne respire pas »- « Les besoins de la graine et de la plante sont identiques »- « Les plantes mangent la terre directement par les racines. »- Les élèves parlent de soleil plutôt que de lumière. Les élèves pensent que la plante a be-soindu soleil pour sa chaleur et non pour sa lumière.- La terre est souvent vue comme un rôle de protection, de support et non de nutrition.- « Pas de lien entre terre et nourriture »- « Les plantes ont soif » : risque d'anthropomorphisme par abus de langage

Concernant les variables, il n'est pas du tout évident pour un enfant de cet âge de suppri -mer la variable qu'on veut tester. Exemple : « Pour vérifier que la plante a besoin d'eau on ne l'arrose pas ! » L'enfant préfèrera « on l'arrose ! » La démarche ici doit être amenée après discussion. «Si ta plante pousse parce que tu l'as arrosée, peut-on être certain que c'est grâce à l'eau ? Cela peut être grâce à la terre, la lumière... comment savoir pour l'eau? » Un élève peut proposer de l'enlever... (ouf !!)