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Séquence « Leviers et balances, équilibres. »Classe de CM1 Nathalie Veillerobe Mai-Juin 2010
Maryline Le Tiec CPC Bain-Guichen
Le vocabulaire : développement et précision.« L'acquisition du vocabulaire accroît la capacité de l'élève à se repérer dans le monde qui l'entoure, à mettre des mots sur ses expériences, ses opinions et ses sentiments, à comprendre ce qu'il écoute et ce qu'il lit, et à s'exprimer de façon précise et correcte à l'oral comme à l'écrit. » Programme 2008 CE2 CM1 CM2 .
Les élèves développent au cours de cette séquence un rapport fonctionnel aux mots. Voici les modalités utilisées pour leur apprentissage :
● Un apport de mots en première séance qui désignent les parties des outils ou instruments de mesure étudiés, des objets géométriques (ligne, surface, plan incliné), des directions (verticale, horizontale), des propriétés (perpendiculaire, parallèle). Ils vont être employés à décrire ce qui est observé.● Des rappels au sujet du sens de ces mots qui sont illustrés d'exemples concrets (l'inventaire des lignes et surfaces verticales de la classe par exemple).● Des précisions rendues nécessaires par les contraintes de la désignation (Un levier se compose d'un pivot et d'une barre, chacune des parties de la barre de part et d'autre du pivot s'appelle bras de levier).● L'usage des mots en situation tout au long de la séquence avec un point d'orgue lors de la synthèse : tous les mots sont convoqués, ils doivent être employés précisément «...sinon, on ne va pas se comprendre. ».
Séance 1 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Pour que les élèves qui interviennent puissent apporter des précisions de sens, la professeure prend en charge la prise de notes au tableau :
Mots, propositions, dessins, schémas fléchés.
Les termes, les instruments de mesure, les outils et leurs usages sont l'objet de l'échange.
Séance 1 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
La balance Roberval est observée, utiliséeen démonstration. Sa structure est décrite, ses éléments nommés.La question des repères à prendre pour localiser le plus léger ou le plus lourd des deux objets est posée aux élèves qui mesurent l'écart entre socle et porte-plateau.Les termes horizontal, vertical, oblique sont à ce moment utilisés pour centrer les élèves sur la direction du fléau.
Séance 1 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Au cours des échanges au sujet des leviers, les écrits explicatifs sont produits conjointement par les élèves et la professeure.
Celle-ci s'y réfère pour développer un échange avec un élève en particulier devant toute la classe...
… mais aussi pour solliciter la classe entière et centrer la réflexion.
Séance 1 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Les élèves utilisent la fiche N°1 « Repérer les verticales et les horizontales. » pour fabriquer un fil à plomb et un niveau à bulle.Les décisions de mesurer sont prises et gérées par chaque groupe.
Séance 2 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Rappel des notions et des mots abordés en séance 1
La position du carton (cale du fil à plomb) est précisée à partir du problème posé si on le place verticalement.
Des surfaces, des lignes de la classe sont désignées et constituent autant d'exemples pour les directions horizontale et verticale.
Séance 2 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Retour sur la fiche atelier N°1 : les élèves par deux, avec l'aide de la professeure, rédigent leurs réponses.
Séance 2 Les directions horizontale et verticaleComprendre et définir
Reprise et partage des réponses.
La ligne de bord de l'étagère est parallèle à la ligne dessinée par le fil à plomb.
Le milieu est repéré par mesure pour bien situer la bulle du niveau.Attention : il est préférable d'utiliser un véritable niveau à bulle : le fût cylindrique de la bouteille ne permet pas le calage de la bulle.
A la fin de cette séance, les élèves rédigent un texte : « Ce que j'ai appris, ce que j'ai compris ».
Les écrits intermédiaires
« La rédaction de textes fait l'objet d'un apprentissage régulier et progressif : elle est une priorité du cycle des approfondissements. […] Les élèves sont entraînés à rédiger, à corriger et à améliorer leurs productions en utilisant le vocabulaire acquis. » Programme 2008 CE2 CM1 CM2
L'écriture est par nature une élaboration qui nécessite un « travail » du texte. Il est bien difficile (voire impossible !) de produire une forme parfaite du premier coup. Les écrits intermédiaires – que l'on désigne souvent comme brouillons- sont d'une grande importance.
Dans le cas de cette séquence, les aller-retour entre expériences et écrits sont nécessaires pour que les élèves comprennent bien le rapport entre le réel et sa « traduction » sur la feuille. Les mots notés au tableau, les affiches, les dessins, les schémas sont autant de points d'appui pour construire la pensée des élèves. Tout au long de la séquence, les formulations sont de plus en plus précises. Le texte de synthèse dans sa forme « achevée » n'arrive qu'à la fin de la séquence...
Séance 3 Les leviers et les balancesConstruire et expérimenter en ateliers.
La question est posée aux élèves : en quoi les directions horizontale et verticale sont-elles utiles pour comprendre le fonctionnement des balances ?
Comment savoir que deux objets n'ont pas le même poids ?« Le fléau ne va pas être horizontal. » (Élève 10)
Cette remarque permet une reprise des savoirs élaborés en séances 1 et 2 . La professeure revient en particulier sur ce qui a été incompris et s'est exprimé dans les textes : Le fil à plomb donne la direction verticale :Il ne se pose pas à plat à terre.(Élève 4)Ce n'est pas parce que le fil à plomb s'immobilise ou que le fil est droit que la ligne ou la surface que l'on veut estimer est verticale.(Élèves 12 et 15)« Quand le fil à plomb n'est pas droit, l'étagère n'est pas droite » (Élève 27) à reformuler avec le mot parallèle et en précisant à nouveau la direction qu'indique le fil à plomb.
Séance 3 Les leviers et les balancesConstruire et expérimenter en ateliers.
Les élèves travaillent ensuite en 6 ateliers :
2 Fabriquer une balance à élastique
3 Utiliser des balances
Obstacle technique : la stabilité de la bouteille.Obstacle de compréhension : l'utilité des repères à tracer
Obstacle technique : équilibrer la balance à vide.
Séance 3 Les leviers et les balancesConstruire et expérimenter en ateliers.
4 Construire une balance à deux plateaux
5 Construire et équilibrer un mobile
« L'aiguille » à l'intérieur de la bouteille est peu visible. Sa mise en place permet de reprendre la notion de perpendiculaire
Il est nécessaire d'accrocher les éléments du mobile sur une barre pour faciliter les manipulations. Ici la position de la pince est un essai de l 'élève et ne correspond pas aux manipulations proposées par la fiche.
Séance 3 Les leviers et les balancesConstruire et expérimenter en ateliers.
6 Soulever un objet lourd avec un levier
7 Utiliser un levier avec de petits objets
Des essais de déplacement du pivot.
Recherche d'un levier solide … mais trop court.
Une nécessaire phase de jeu pour ensuite anticiper et observer.
Séance 4 Les leviers et les balancesExpérimenter et écrire
Après avoir renseigné leur fiche d'atelier, les élèves vont rédiger un compte-rendu pour communiquer leurs observations et savoirs à la classe. La professeure engage un échange sur son contenu et sa forme. Petit à petit, le plan de cet écrit se dessine...
Séance 4 Les leviers et les balancesExpérimenter et écrire
Les 6 ateliers reprennent : la professeure passe systématiquement dans chaque groupe pour travailler les explications à l'oral avec les élèves.
Équilibre avec 2 pinces de part et d'autre de l'axe; rotation autour de l'axe; distance à l'axe de la pince seule : éloignée puis rapprochée.
Séance 4 Les leviers et les balancesExpérimenter et écrire
Les manipulations sont reliées à la fiche d'atelier et les élèves centrés sur leur compte-rendu.
Les aller-retour entre manipulations et écrits : une consolidation mutuelle
(A partir de l'observation des élèves en action (séances 3 et 7) dans les ateliers N° 6 et N° 7 : les leviers.)
1.Essais par jeu : l'équilibre est d'abord recherché, le levier est utilisé comme une petite balance.2.Le jeu suivant consiste à mettre un maximum d'objets aux extrémités de la barre juste pour voir, sans anticiper de résultat.3.La professeure recentre les élèves sur leur fiche d'atelier. Les photographies qui s'y trouvent attirent l'attention sur le pivot, sa position et/ou la longueur des bras de levier. Les essais demandés et représentés par des photographies sont un appui pour systématiser les expériences. Celles-ci se précisent et s'ordonnent.4.La rédaction du compte-rendu montre pour les 7 groupes qui travaillent sur les leviers une attention à :
la position du pivot sous la barre et ses effets 5/7les désignations bras et pivot 2/7la fonction du levier (soulever des choses lourdes) 2/7
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
La professeure conduit les élèves à comparer le fonctionnement du levier et de la balance.Le vocabulaire précis de la séance est repris. Un schéma légendé est dessiné au tableau.
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
Une fiche de synthèse rédigée par la professeure est lue et commentée avec les élèves.
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
Voici l'un des comptes-rendus utilisé au cours d'une présentation :
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
Les élèves qui font la présentation n'ont pas fait les expériences : ils ont lu le compte-rendu d'un autre groupe et expliquent à la classe ce qu'ils ont compris.
La professeure organise les échanges, réfère les élèves à l'écrit, les auteurs du compte-rendu sont sollicités. Les expériences sont refaites en démonstration.
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
Les élèves ont eu tendance à reproduire dans leur compte-rendu la fiche d'atelier. Il faut donc revenir sur ce qui était attendu.
La professeure écrit les points essentiels des échanges sur une affiche.Elle précise les explications à l'aide de dessins qu'elle commente.
Les savoirs
Séances 5, 6 et 7 Les leviers et les balances Présenter et expliquer à la classe
Les formes écrites du compte-rendu
La professeure revient sur l'organisation générale du compte-rendu.
Un groupe a redonné dans son compte-rendu toutes les étapes de fabrication de la balance à plateaux. La professeure explique l'intérêt d'utiliser plutôt un schéma de description.
La communication à partir des comptes-rendus permet de reprendre l'enjeu posé en séance 4 : un partage des savoirs entre les groupes.Les incompréhensions se révèlent fructueuses. Le contenu et la forme du compte-rendu sont mis en questions, on interpelle les auteurs qui expliquent leurs intentions. Trois exemples :
Balance avec masses marquées : La conclusion « si l'aiguille est verticale, les deux poids sont pareils » est incomprise, c'est le schéma qui permet à l'élève lectrice de comprendre. Lorsqu'un des deux objets est plus lourd, l'aiguille est oblique...mais pas le fléau. Il est donc nécessaire de refaire l'expérience et de la commenter. Le dessin devra être modifié.
Balance à élastique : L'objectif « Je cherche le résultat d'un poids » ou bien la conclusion « Quand il y a plus de poids, il y a plus d'écart » ne sont pas très clairs pour les lecteurs du compte-rendu. Il faut reformuler : « Plus le poids est important, plus le niveau du plateau descend.» Et une élève suggère de mesurer l'écart entre le point de départ (plateau à vide) et les autres positions à l'aide d'un double-décimètre.
Fabrication et expériences : Pour les auteurs, il était surtout important de dessiner en pas à pas la fabrication de l'objet : « Bien comprendre l'expérience, c'est déjà comprendre comment construire. On a ajouté un objet à chaque fois. Cela montre tout s'il y a beaucoup de matériel. » La professeure rappelle alors l'intérêt du schéma fléché, mieux adapté.
Le dialogue auteurs-lecteurs des compte-rendus : une étape essentielle
Séance 8 Évaluer ses acquis
A la fin de cette séquence, les élèves font les exercices 2 et 3 proposés par l'outil :« Aide à l'évaluation des acquis des élèves en fin d'école élémentaire. Sciences expérimentales et technologie. »
