Motiver des élèves de CM2 à « faire des sciences » : l’exemple de la voiture à propulsion élastique

Voiture à propulsion élastique

Qui n’a jamais rêvé de suscité la curiosité de tous les élèves d’une classe ? De les voir concentrés sur leur tâche et impliqués dans un projet scientifique ? Nous ne pouvons bien évidemment pas vous dire « Eurêka, voici la solution miracle » ou « 3 en 1, testez cette méthode d’enseignement », cependant, construire une voiture à propulsion élastique en suivant la démarche scientifique a fait ses preuves en classe de CM2.

 

La voiture à propulsion élastique s’intègre pleinement dans les programmes du cycle 3 car elle concerne les thèmes :

  • Matière, mouvement, énergie, information, dont les attendus de fin de cycle sont :
    • Observer et décrire différents types de mouvements.
    • Identifier différentes ressources en énergie et connaître quelques conversions d’énergie.
  • Matériaux et objets techniques, dont les attendus de fin de cycle sont :
    • Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
    • 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.

Voici donc notre séquence :

  • Séance 1 : introduction et définition de la notion de mouvement (40 min)
  • Séance 2 : la notion de mouvement appliqué à un objet à travers la démarche scientifique (40 min)
  • Séance 3 : réalisation de l’objet technique (45 min)
  • Séance 4 : confrontation des idées et présentation des objets techniques (45 min)
  • Séance 5 : appréhender la notion d’énergie (30 min)

Mais comment réaliser cet objet technique, cette voiture ?

Encore une fois, il est important de laisser les élèves réfléchir et aller au bout de leur raisonnement. Lors de la séance 2, puisque nous présentons une voiture mais que les élèves ne la manipulent pas, ils pourront avoir plusieurs idées concernant la façon de la faire rouler : air, élastique, pile/moteur, etc. Personnellement, nous nous sommes entraînées sur la voiture à propulsion élastique mais nous inciterons les élèves de CM2 à aller au bout de leurs idées.

Pour comprendre au mieux les sources d’énergies utilisées, on peut également suivre, avec la classe, le mode opératoire suivant:

  1. Identification de la source d’énergie. Les élèves se posent la question : « De quoi dépend la source d’énergie? ». Les élèves indiquent facilement l’idée que plus l’élastique est étiré, plus l’énergie accumulée est grande. Mais, lorsqu’on leur demande comment varie la force de traction en fonction de l’étirement, les réponses peuvent être beaucoup plus floues. Il serait donc  pertinent d’effectuer des mesures.
  2. Adaptation de la source d’énergie au véhicule : il faut construire la voiture avec du matériel simple pour qu’elle puisse donner lieu à un déplacement.
  3. Repérage des difficultés : en groupe classe, chacun peu intervenir et formuler une critique constructive
  4. Nouveaux essais expérimentaux

Et passer à la réalisation de la voiture… détaillée ci-après.

Etape 1 : réaliser un schéma !

 

        

 

Etape 2 : lister les matériaux et outils nécessaires à la construction de la voiture 

1 brique  de lait vide

4 bouchons de bouteilles de lait

2 pics en bois

1 élastique

1 cutter, 1 stylo, 1 règle, des ciseaux

Les matériaux recyclables et réutilisables sont à privilégier.

Note : pour comprendre et maîtriser la conception de la voiture du début à la fin, il est intéressant de la construire avec peu d’objets et des objets simples.

 

Etape 3 : la construction !

Le tableau ci-après présente les différentes étapes de construction de notre voiture à propulsion élastique.

Étape 1 → Nous avons pris les mesures pour découper la brique de lait en son milieu.

Matériel utilisé : brique de lait, règle, stylo, cutter, ciseaux

Étape 2 → Nous avons percé la brique de lait pour ajouter les essieux.

Matériel utilisé : pics en bois, brique de lait découpée, stylo (nous avons percé la brique à l’aide du stylo)

Premier problème rencontré  → Nous avons percé la brique de lait de manière aléatoire. Les essieux n’étaient pas droits ni parallèles entre eux (à l’avant et à l’arrière de la voiture).

Solution : nous avons repris les mesures pour percer les trous des essieux face à face.

Étape 3 → Nous avons percé les roues au cutter pour les ajouter sur les essieux.

Matériel utilisé : bouchons, cutter

Second problème rencontré → Les roues avant (plus petites que les roues arrière – aléas de la récupération) ne touchaient pas le sol.Solution : nous avons percé de nouveau des trous pour les essieux plus bas sur la brique de lait pour que les roues touchent le sol.

Étape 4 → Nous avons découpé l’élastique et installé à l’aide de noeuds sur les essieux.

Matériel utilisé : élastique, ciseaux

Etape 4 : Mise en situation

Tester son objet technique c’est savoir s’adapter !

Situation 1 : Nous avons roulé l’essieu arrière sur lui-même de façon à enrouler l’élastique autour. Rien ne s’est passé, la voiture n’a pas bougé, les roues n’ont pas tourné. Quelque chose semblait bloqué.

Nous avons donc agrandi les trous des essieux sur la brique de lait (de façon à ce qu’ils puissent mieux tourner) puis nous avons réitéré l’action (roulé l’essieu arrière sur lui-même de façon à enrouler l’élastique autour). Rien ne s’est passé, la voiture n’a pas bougé mais cette fois-ci, les roues avaient tourné dans le vide : rien ne semblait bloqué, nous étions face à un autre problème.

Situation 2 : Nous avons fait rouler la voiture en la poussant nous-même. Grâce au poids de nos mains, les roues ont tourné. Nous avons donc ajouté du poids (des gommes) dans la brique de lait et réitéré l’action (roulé l’essieu arrière sur lui-même de façon à enrouler l’élastique autour). La voiture a avancé de quelques centimètres, victoire !

Modalités de recyclage

Le développement durable fait partie intégrante des programmes. Il est important de sensibiliser les élèves à ce sujet et à la réutilisation et au recyclage.

La brique de lait sera recyclée dans la poubelle jaune (carton, emballage, etc.). Les pics en bois seront compostés. Les bouchons seront redistribués à l’association Les Bouchons du Pays de Lorient, dont le but est de collecter les bouchons en plastique pour les valoriser afin de soutenir des projets destinés aux personnes en situation de handicap. Seul l’élastique ne pourra être recyclé; cependant, il est possible de refaire un nœud avec les extrémités pour le réutiliser.

 

Tranposition en classe

Cet objet est facile à réaliser en classe par les élèves. Bien évidemment, ils n’auront pas accès à ce tutoriel et devront se questionner, réfléchir, s’exprimer, manipuler… bref suivre une démarche scientifique pour mener à bien ce projet : faire rouler une voiture !

Ce projet a d’ailleurs été une réussite : voiture à propulsion élastique ou grâce au vent… Tous les groupes ont pu faire rouler leur objet, le présenter aux autres classes lors de la récréation (organisation de stands) et à leur famille (prêt tour à tour).

Faire réfléchir les élèves par eux-mêmes, leur permettre d’échanger en groupe et leur donner la possibilité de manipuler : un bon trio pour cette séquence de science (et certainement pour d’autres matière aussi).

juliette.royant

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