Construction d’une éolienne avec une classe de CM1

Niveau : 

CM1

Durée :

5h 25min

Nombre d’élèves : 24

Nombre de séance : 

7 séances 

Domaine : SCIENCES ET TECHNOLOGIE

Objectifs généraux : 

• Comprendre comment une énergie peut être transformée en énergie électrique
• Différencier les différents types d’énergie et leur caractère renouvelable ou non
• Comprendre le fonctionnement d’une éolienne 
• Construction d’une éolienne en carton

Pré-requis : 

– Observer et décrire différents types de mouvements

– Réalisation d’un circuit électrique

Attendus de fin cycle :

• Observer et décrire différents types de mouvements
• Identifier différentes ressources en énergie et connaître quelques conversions d’énergie

Séance :

Durée

Objectifs : 

Matériel / Organisation : 

Déroulement :

Comportements attendus:

Séance n°1 :

Situation déclenchante 

45 min

– Connaître les différentes sources d’énergie

Matériel : Ampoule, Post-it

Organisation : 

Phase 1: Individuellement

Phase 2: Individuellement

Phase 3: Groupe de 4 élèves 

Phase 4: Mise en commun groupe classe

Phase 1: Situation déclenchante par une question initiale et recueil des représentations initiales :

Comment faire pour produire de l’électricité et allumer cette ampoule ? Emission d’hypothèses individuelles sur post it.

Mise en commun des idées. 

Phase 2: Investigation

Situation de recherche concernant la liste des énergies et classement entre énergies renouvelables et non renouvelables

Phase 3: Confrontation des idées

en groupe, auto-correction 

Trouver différentes sources d’énergie possibles, en groupe.

Questions productives 

Phase 4: Mise en commun des représentations initiales

Elèves: Écrire sur un post-it ses représentations initiales 

En groupe: classer les différentes sources d’énergie. 

Enseignant: En fonction des pré-acquis des élèves, adapter la séance : exercices sur les différentes sources d’énergie. 

Séance n°2:

Découverte de l’éolienne

1 h

– Comprendre comment l’énergie du vent produit de l’électricité

Matériel: Documents, articles, revues scientifique, Vidéo, Poste informatique (Site de l’ADEME : L’éolien en 10 questions)

Organisation:

Phase 1: Groupe classe

Phase 2: Groupe 4 élèves

Phase 3,4,5: Groupe classe

Phase 1: Repartir des représentations initiales de la séance précédente pour proposer une institutionnalisation des énergies renouvelables – non renouvelables

Étiquetage des énergies renouvelables ou non sur une fiche élève dans leur classeur de sciences.

Phase 2: Focus sur l’énergie du vent et l’éolienne : phase de recherches documentaires par groupe sur l’éolienne, puis réalisation d’un dessin légendé avec les différents composants essentiels de l’éolienne (évaluation en cours) pour hypothèses des élèves : avant de passer par le dessin ou la schématisation.

Phase 3: Mise en commun des dessins légendés des groupes, confrontation des idées et justification de leurs réalisations.

Phase 4: Visionnage de la vidéo “c’est pas sorcier” lien youtube : https://www.youtube.com/watch?v=kCYyrkBjdv4 (6min55-9min22)

Phase 5: Trace écrite: Dessin de la phase 2, complété par le vocabulaire spécifique trouvé dans la vidéo. 

Prévoir un dessin collectif en cas d’incompréhension générale. 

Elèves: 

Il leur est demandé de réaliser un dessin d’une éolienne, après avoir fait un recueil d’informations présent sur différents supports.

Enseignant:

“Rôle d’étayage” : Donne les différents supports d’information, aide les élèves dans leurs recherches. 

Lors de la mise en commun, il oriente les débats réglés. Cela va permettre aux élèves de ne pas se déconcentrer par des détails. La trace écrite représente les dessins des élèves. En cas de difficulté, l’enseignant leur apporte un schéma vide, qu’ils devront compléter avec les mots de la vidéo et des recherches documentaires. L’enseignant demande de réfléchir à l’élaboration d’un protocole pour construire une éolienne 

Séance n°3:

Introduction de l’alternateur 

40min

– Comprendre le rôle joué par l’alternateur  dans la production d’électricité

Matériel: Vidéo, Lampe dynamo (démontable)

Organisation:

Phase 1,2: Groupe classe

Phase 3: Binôme ou trinôme

Phase 4 : Groupe classe

Phase 1: Rebrassage des connaissances 

De quoi l’éolienne est-elle constituée? 

Cette source d’énergie est-elle renouvelable ou non? Quelles sont les autres sources?

Phase 1’: Demander aux élèves comment se nomme cet objet, à quoi sert-il, comment fonctionne t -il ? Puis faire la démonstration du fonctionnement de la lampe dynamo et nommer les différents constituants. 

Phase 2: Vidéo c’est pas sorcier : https://www.youtube.com/watch?v=kCYyrkBjdv4 (9min 22-14min 10) sur l’alternateur, va permettre de mieux comprendre le fonctionnement d’alternateur, et la différence avec un moteur. 

Phase 3: Les élèves réalisent (par deux ou par trois), des recherches documentaires pour construire une définition d’un alternateur

Phase 4: Mise en commun: Une mise en commun va permettre à chaque groupe de vérifier sa définition et  poser des questions en cas de mauvaise compréhension. 

Elèves: 

Après avoir recueilli plusieurs informations, ils doivent construire une définition du moteur et de l’alternateur. 

Ce travail va permettre de les aider à différencier les deux termes.  

Enseignant:

Évaluation diagnostique sur le mouvement des pales.

Pour introduire la notion, il passe par l’utilisation de la lampe dynamo. Puis pour mieux comprendre ce principe,il peut la démonter et nommer toutes les parties. 

L’enseignant oriente les recherches des élèves pour réussir à définir les deux termes.

Séance n°4:

Éolienne

50min

– Identifier les principales familles de matériaux 

– Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin 

Matériel: Carton, ciseaux, pistolet à colle, alternateur, fils électriques, LED

Protocole (Annexe I)

Organisation:

Phase 1: Groupe classe 

Phase 3: Par binôme

Phase 4: Groupe classe

Phase 1: Problématique du cahier des charges présentée aux élèves : pour construire l’éolienne vous devez utiliser des matériaux durables et peu coûteux, que choisissez- vous et pour quelles raisons ?

Faire une liste des matériaux possibles puis faire le choix entre matériaux et justification du choix. (pourquoi du carton et non du plastique? Pourquoi le verre n’est-il pas utilisable?…)

Répartition des élèves et du matériel par groupe et explication du protocole. 

Phase 2: Visionnage de la vidéo concernant la fabrication de l’éolienne : https://www.youtube.com/watch?v=JXYkjHKakGE , identification des formes utilisées et déterminer leurs mesures (relation avec les mathématiques : géométrie plane, volumes, mesures)

Phase 3: Par deux, ils doivent découper dans le carton toutes les pièces pour la construction. L’enseignant procède à l’assemblage d’une éolienne avec le pistolet à colle devant le groupe classe. Il récupère dans des boîtes individuelles les autres découpes pour procéder à leur collage ultérieurement. 

Phase 4: Réinvestissement de la séance-évaluation : Quelles étaient les différentes étapes d’assemblage? Quelles sont les différentes parties de l’éolienne?

Elèves:

Chacun peut découper une pièce ou faire un patron.

Enseignant:

Un rappel sur les consignes de sécurité est nécessaire. (le carton étant épais les ciseaux sont gros et il faut éviter les coupures.)

De plus, il demande à des élèves de lire à voix haute le protocole et à d’autres de reformuler les étapes pour être sur de la compréhension. Il répartit aussi les tâches dans les binômes.  

Différenciation : pour les élèves les moins habiles, les laisser effectuer le traçage des formes et mesurer, prévoir un jeu de formes prédécoupées s’ils n’ont pas eu le temps d’aller jusqu’au bout de la tâche.

Différenciation : si certains sont très à l’aise, leur demander de construire la maison en carton pour que la maquette soit plus concrète.

Séance n°5:

Éolienne – Vérifier les prérequis sur les circuits fermés et ouverts. 

40min

– Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin 

– Suite de la construction et introduction de l’alternateur et des fils électriques 

Matériel: Piles, alternateur, fils électriques, LED, protocole, sèche cheveux

Organisation:

Phase 1: Groupe classe

Phase 2: Groupe de 4

Phase 3: Groupe classe

Phase 1: Avec l’éolienne terminée introduire le circuit électrique et questionnement autour de l’installation des fils, la LED et de l’alternateur. 

Phase 2: Chaque groupe possède une pile, deux fils et une LED. L’objectif est de  faire fonctionner  un circuit fermé et de comprendre la notion du circuit ouvert (réinvestissement des notions de cycle 2)

Phase 3: L’assemblage du circuit électrique à l’intérieur de l’éolienne se fait par l’enseignant. La vérification du fonctionnement se fait par les élèves. 

Elèves: 

Ils doivent être capables de réinvestir les connaissances concernant les circuits électriques. 

Enseignant:

Oriente les questions concernant les notions à aborder. Il doit réussir à assembler le circuit devant la classe tout en expliquant les différentes étapes.   

Séance n°6

Réinvestissement

40min

– Mettre à disposition son savoir dans la réalisation d’exercices

(réinvestissement)

Matériel: Fiche exercices (Annexe II)

Organisation:

Phase 1: Groupe classe

Phase 2: Individuelle

Phase 3, 4: Groupe classe

Phase 1: Distribution des fiches d’exercices, et verbalisation des consignes. 

Phase 2: Réalisation des exercices.

Phase 3: Correction collective. Avec une participation orale des élèves.

Phase 4: Institutionnalisation par la réalisation d’un schéma d’une éolienne pour ensuite la recopier sur une feuille, ce qui servira de trace écrite (peut être mis en relation avec le schéma initial de la séance 2 pour voir l’évolution des représentations et connaissances ?). 

Elèves: 

Reformulent les consignes, réalisent les consignes

Comparent les schémas 

Enseignant:Observe la réalisation des exercices lors de son passage, repère les élèves en difficulté, fait verbaliser ceux qui en ont besoin. 

Propose aux élèves de comparer et guide les élèves dans cette tâche

Séance n°7: 

Evaluation

50min

– Réinvestir ses connaissances  

Matériel: Fiche évaluation 

(Annexe III) 

Organisation:

Phase 1: Individuelle

Phase 2: Groupe classe

Phase 1: Avant le début de l’évaluation, la lecture des consignes se fait commun, reformulation des consignes par les élèves

Phase 2: Auto-correction avec comparaison par rapport au schéma conservé dans le classeur de sciences

Élèves: Réalisent les exercices et se corrigent  individuellement ensuite 

Enseignant: Donne si besoin;les explications au moment de la correction