SPT 2 :L'interrupteur sans danger

Compétences mobilisées Observer Émettre des hypothèses Réaliser Réguler Structurer

Domaine(s) Électronique – contrôle technologique Technologie des matériaux Structures et mécanismes

Portes d'entrée Concevoir et réaliser un objet en vue

d'une performance déterminée Agir afin de supprimer le

dysfonctionnement d'un système

Coût estimé 3 €

Matériaux de base Des planches en bois (± 10 x 20 cm) Des soquets Des ampoules Des fils électriques Des supports de pile 1,5V Des piles 1,5V Du matériel de récupération (réalisation

Outillage nécessaire Pinces universelles Pinces à dénuder Colle Marteaux

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des conducteurs et isolants).

Mise en situation

Chaque année, Eddy aime confectionner le sapin de Noël. L'an dernier, il a placé sous son sapin une crèche en bois réalisée avec son parrain. Cette dernière est équipée d'une petite lampe alimentée par une pile de 1,5 V. Malheureusement, là où la crèche trouve sa meilleure place, il est impossible d'accéder au système électrique. Ainsi, l'an dernier, après quelques heures de fonctionnement, la lampe s'est éteinte et sa jolie crèche est restée dans la pénombre durant la veillée de Noël.

Eddy aimerait pourtant pouvoir fabriquer un système qui lui permette d'allumer et d'éteindre la lampe et ce sans risquer de toucher la fée électricité.

Seras-tu capable de réaliser un système ingénieux avec des matériaux de récupération ?

Développement de la situation-problèmeLes codes de la colonne de gauche correspondent aux compétences mobilisées à chaque étape.

ÉTAPE 1 :Appropriation

C1.1C2.1C2.2

L'enseignant distribue la fiche d'appropriation (annexe 2.1). Les élèves lisent la situation problème et soulignent les mots incompris.

Collégialement, les mots difficiles sont cités et des réponses tentent d'être données par les pairs.

L'enseignant note au tableau les définitions sur lesquelles la classe est d'accord.

Pour les mots plus difficiles, une activité dictionnaire est engagée.

ANNEXE 2.01

Formalisation des élèves Les élèves complètent la fiche d'appropriation (annexe 2.01). Correction collégiale aux 3 questions de l'annexe 2.01.

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TRUCS ET ASTUCES

Vidéos de ressources :

ISSUU : Jamais sans ma pile : http://issuu.com/link_inc/docs/elektromaniaque_fr_herdruk/17?e=7003292/1207136

Trouve la source d'électricité : http://issuu.com/link_inc/docs/trouve_la_source_de_l__ctricit__partie1/1?e=7003292/1223721

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ÉTAPE 2 :Les dangers de l'électricité

C2.3C3.4C4.1C5.2

Dans une classe multimédia, les élèves jouent afin de découvrir les 10 situations dangereuses (temps imposé) : http://kit-branche-toi-securite.edf.com/

Les élèves doivent trouver la vidéo « 5 amis vs Clôture électrique » sur You Tube et la visionner.

Collégialement, les élèves expliquent le phénomène électrique de la vidéo.

Jeu de vitesse en recherche de vocabulaire sur internet :

L'enseignant distribue l'annexe 2.02 et cite un à un les mots : électrocution ; électrisation ; isolant ; conducteur ; court-circuit...

Chaque binôme doit trouver une définition le plus rapidement possible.

Pour chaque mot, le binôme le plus rapide doit expliquer sa démarche de recherche et ensuite la définition trouvée.

La classe donne son avis sur l'adéquation de la définition avec le mot dans son contexte et chacun note la définition dans l'annexe 2.02.

En devoir, les élèves complètent l'annexe 2.03 (dangers de l'électricité).

ANNEXE 2.02 ANNEXE 2.03

Formalisation des élèves Les élèves complètent les annexes 2.02 et 2.03.

TRUCS ET ASTUCES

Lien vers la vidéo « 5 amis vs Clôture électrique » que les élèves doivent trouver au départ de l'intitulé1 : https://www.youtube.com/watch?v=W_k2UwWd5H8

Au jeu de recherche de mots, dès qu'un binôme a trouvé une définition correcte, afin de répartir la parole, on peut lui imposer de rester muet sur la définition suivante.

ÉTAPE 3 :Conducteur ou non conducteur ?

1 http://kit-branche-toi-securite.edf.com/

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C2.4C3.3C3.4

L'enseignant distribue l'annexe 2.04 « Tri et testeur » :

Exercice de tri collégial : différents objets en tous genres sont déposés face aux élèves. Ils doivent tenter de mettre d'un côté ceux qui sont conducteurs et de l'autre, ceux qui ne le sont pas. Une réflexion collective s'impose, mais l'enseignant ne donne aucune information.

L'enseignant demande collégialement : « Comment savoir si un matériau est conducteur ou non ? ».

L'enseignant met le matériel à disposition et demande de réaliser en binômes des testeurs en suivant le schéma de l'annexe 2.04.

Collégialement, chaque binôme démontre le bon fonctionnement de son testeur.

Les binômes peuvent maintenant tester et répertorier dans le tableau annexe 2.05 les différents matériaux.

ANNEXE 2.04ANNEXE 2.05

Formalisation des élèves Les élèves complètent le tableau annexe 2.05.

ALTERNATIVE

L'exercice peut également être organisé dans une salle multimédia grâce aux simulateurs éducatifs « Conducteur ou isolant » :

http://www.logicieleducatif.fr/eveil/sciences/conducteur-ou- isolant.php

https://echosdecole.com/game/play/electron

TRUCS ET ASTUCES

Quelques sites pour l'achat de matériel via cet outil de curation : http://www.pearltrees.com/pascalcornez/materiel/id10673647

ÉTAPE 4 :Le schéma électrique

C3.1C3.2

L'enseignant demande aux élèves d'imaginer et de dessiner le

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C3.4C4.1C4.2C5.1C5.2

schéma de l'installation électrique de la crèche (sans interrupteur).

Les élèves réfléchissent en groupes et créent un schéma.

Les schémas sont présentés collégialement et celui qui est le plus cohérent est imposé à tous les groupes.

Chaque binôme reçoit une planchette (qui schématise la crèche) ainsi que le matériel électrique nécessaire. Ils doivent tout d'abord dessiner le circuit simple et après avoir reçu l'aval du professeur, ils réalisent l'installation.

Toutes les installations sont testées collégialement à l'aide des différents testeurs et les modifications nécessaires sont apportées.

ALTERNATIVE

Les activités de réalisation de circuits électriques peuvent passer par des exercices sur des didacticiels en ligne (voir trucs et astuces).

Formalisation des élèves Les élèves réalisent les schémas.

TRUCS ET ASTUCES

Quelques sites qui permettent de faire des expériences en électricité :

http://phet.colorado.edu/fr/simulation/circuit-construction-kit-dc http://www.cleo.net.uk/consultants_resources/science/circuitWorld/circuitworld.html http://www.sumdog.com/en/crocodile-fr/ http://www.physagreg.fr/animations.php#elec

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ÉTAPE 5 :Et notre mission dans tout ça ?

C1.1C1.2C2.3C2.4C2.5C3.1C3.4

L'enseignant interroge la classe afin qu'elle se remémore la mission (réaliser un interrupteur).

Les différents matériaux et outillages à disposition dans la classe sont présentés.

L'enseignant dessine un schéma et explique le principe d'un circuit simple allumage (voir annexe 2.06).

Les élèves regardent les 3 séquences sur l'interrupteur :

http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/previews/ electricite_circuit.swf

L'enseignant distribue le document des contraintes afin que les élèves réalisent leur interrupteur pour un circuit simple :

Individuellement, les élèves imaginent 3 interrupteurs différents (annexe 2.07).

En binômes, les élèves partagent leurs idées et prennent note des remarques de leur pairs.

Chaque élève dessine le schéma de l'interrupteur qu'il va réaliser.

ANNEXE 2.07

Formalisation des élèves Les élèves complètent individuellement l'annexe 2.07.

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ÉTAPE 6 :Réalisation

C3.3C4.1C4.2

Chaque élève réalise son interrupteur et l'intègre au montage simple réalisé précédemment (2 interrupteurs sont intégrés à chaque planchette).

La grille d'analyse est distribuée (annexe 2.08).

Collégialement, chaque élève présente son interrupteur qui est validé ou non par la classe. La classe qui précise quels éléments n'ont pas été respectés.

Après la réflexion, chaque élève complète son document (annexe 2.08) et propose une régulation éventuelle.

L'enseignant distribue différents interrupteurs simples que l'on trouve dans le commerce ainsi que l'annexe 2.09. Les élèves doivent, par binômes ou par groupes (max. 4 élèves), réaliser le croquis de l'interrupteur et expliquer son fonctionnement face à la classe.

ANNEXE 2.08ANNEXE 2.09

Formalisation des élèves Les élèves complètent individuellement l'annexe 2.08. Les élèves réalisent en équipe le croquis de l'annexe 2.09. Les élèves expliquent verbalement le fonctionnement de l'interrupteur.

TRUCS ET ASTUCES

Alternative à l'utilisation de piles : l'alimentation d'un vieux PC permet de réaliser facilement une alimentation très sécurisée. Il suffit de couper tous les fils de sortie inutiles, de connecter le fil vert à la masse et de garder un fil noir ; jaune et rouge, ce qui permet de réaliser des montages 5V ou 12V. Dès qu'il y a court-circuit, l'alimentation se met en sécurité (voir photos).

Comment faire...

en images : http://www.latelierdugeek.fr/2013/05/11/transformer-une-alimentation-de-pc-en-alimentation-datelier/

en vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=Y53UcydajPo

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ÉTAPE 7 :L'interrupteur double direction

C3.1C3.3C3.4C5.1C5.3C5.4

L'enseignant fait remarquer que lorsqu'un interrupteur simple est ouvert, le second ne permet plus d'allumer. L'enseignant invite les élèves à se mettre en groupes (par affinités) et d'imaginer un système qui permettrait d'allumer et d'éteindre une même lampe à deux endroits différents.

Les groupes qui ont trouvé une solution la présente collégialement.

L'enseignant explique le principe de fonctionnement d'un interrupteur double direction à l'aide des outils de simulation :

simulation 1 : http://www.va-et-vient.com/ simulation 2 : http://www.schema-electrique.net/schema-

electrique-va-et-vient.html

L'annexe 2.06 est distribuée.

Les élèves réalisent un interrupteur double direction qui remplace l'interrupteur simple du circuit précédent.

Collégialement, les interrupteurs sont testés.

ANNEXE 2.06

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ÉTAPE 8 :Dimension historique, sociale et européenne

C1.1 Les élèves reçoivent l'annexe 2.10 sur les grandes inventions en électricité. Ils visionnent la vidéo sur l'histoire de l'électricité : https://www.youtube.com/watch?gl=BE&v=HODomAgpteg et complètent le document en recherchant les compléments d'information sur internet.

ANNEXE 2.10

Formalisation des élèves Les élèves complètent individuellement l'annexe 2.10.

TRUCS ET ASTUCES

L'histoire de l'électricité peut être visitée via ce site :

http://www.metiers-electricite.com/pro/electricite-histoire.php

ALTERNATIVE

Une discussion collégiale peut être animée sur le sujet « L'électricité et l'environnement » :

Quels sont les différents moyens utilisés pour produire de l'électricité ?

Qu'est-ce que l'électricité verte ?

A notre niveau, quelles actions permettent de préserver l'environnement ?

Que deviennent les piles usagées ?

Une situation problème sur la récolte de piles usagées pourrait être envisagée.

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Quelques réalisations...

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