IUFM de l'Acadmie de Montpellier Centre de Nmes

Anne 2008 2009

Comment forger le concept d'nergie au cycle 3

Jean-Philippe TOURRENC

Tuteur : Mr. Bernard TRINQUIER Assesseur : Mr. Vincent SPIEGEL

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Rsum et mots clsLe concept d'nergie est trs vaste, aux frontires de la physique et de l'cocitoyennet. Pour forger ce concept au cycle 3, une ralisation technologique semble s'imposer. Toutefois le choix par l'enseignant de la fabrication d'un objet technique ne suffit pas embrasser en totalit le champ de comptences dvelopper chez les lves. Il s'avre ncessaire d'intgrer la ralisation au sein d'une squence au cours de laquelle l'tude documentaire et le travail de groupe ont une importance non ngligeable. Mots cls : Sources d'nergie, transformation, dveloppement durable, travail de groupe, fabrication.

The energy concept is very wide, ranging from physics to environmental concerns. A technological experimentation seems appropriate to make up this concept with pupils. However, the technical production imposed by the teacher can not fully cover the competence field to be developped by the pupils. One must integrate the production into a complete sequence based upon group work and study of documents. Key words : Energy sources, transformation, sustainable developpment, group work, technical production.

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Mention et opinion motive du jury

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Sommaire1. Introduction ..................................................................................................................... 6 2. Comment aborder l'nergie au cycle 3 .......................................................................... 7 2.1. De l'nergie, des nergies .......................................................................................... 7 2.1.1. Le point de vue du dictionnaire ........................................................................... 7 2.1.2. Le point de vue du physicien ............................................................................... 7 2.1.3. Le point de vue du gographe, de l'conomiste ................................................... 8 2.2. Perspective historique de l'enseignement de l'nergie l'cole primaire ............. 11 2.2.1. De 1882 aux annes 60 : la leon de choses ...................................................... 11 2.2.2. Les activits d'veil dans les annes 70 80 ..................................................... 12 2.2.3. Les programmes de 1995................................................................................... 13 2.2.4. Le Plan de Rnovation des Sciences et Technologie l'Ecole et les programmes de 2002 ........................................................................................................................ 13 2.2.5. Les programmes de 2008................................................................................... 14 2.3. Perspective didactique de l'enseignement de la technologie l'cole primaire .... 15 2.3.1. La dmarche exprimentale en technologie ...................................................... 15 2.3.2. Le travail de groupe ........................................................................................... 18 3. Mise en uvre d'une squence sur l'nergie au cycle 3.............................................. 20 3.1. Prsentation de la squence .................................................................................... 20 3.1.1. Contexte ............................................................................................................. 20 3.1.2. La ralisation technologique.............................................................................. 20 3.1.3. La squence ....................................................................................................... 21 3.2. Sance 1 : Les diffrentes sources d'nergie .......................................................... 22 3.2.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 22 3.2.2. Droulement de la sance .................................................................................. 22 3.2.3. Analyse de la sance et pistes d'amlioration .................................................... 23 3.3. Sance 2 : Ralisation technologique : la grue air ............................................. 23 3.3.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 23 3.3.2. Droulement de la sance .................................................................................. 24 3.3.3. Analyse de la sance et pistes d'amlioration .................................................... 25 3.4. Sance 3 : Mise en commun Synthse ................................................................. 26 3.4.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 26 3.4.2. Droulement de la sance .................................................................................. 27 3.4.3. Analyse de la sance et pistes d'amlioration .................................................... 28 3.5. Sance 4 : La transformation de l'nergie ............................................................. 29 3.5.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 29 3.5.2. Droulement de la sance .................................................................................. 29 3.5.3. Analyse de la sance et pistes d'amlioration .................................................... 30 3.6. Sance 5 : La fabrication de l'lectricit ................................................................ 30 3.6.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 30 3.6.2. Droulement de la sance .................................................................................. 31 3.6.3. Analyse de la sance et pistes d'amlioration .................................................... 32 3.7. Sance 6 : Evaluation .............................................................................................. 33 3.7.1. Objectifs et dispositif de la sance .................................................................... 33 3.7.2. Droulement ...................................................................................................... 33 3.7.3. Analyse et pistes d'amlioration ........................................................................ 34 4. Conclusion ...................................................................................................................... 35 5. Bibliographie .................................................................................................................. 36 4

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1. IntroductionDepuis la rvolution industrielle au XIXe sicle, l'nergie est au cur des politiques des grandes puissances occidentales. Avec la prise de conscience collective de l'urgence environnementale la fin du XXe sicle, l'cole est donc plus que jamais engage dans la formation du citoyen de demain, en lui permettant de se construire une vritable culture scientifique et technologique sur l'nergie. Dans cette perspective, les instructions officielles de 2008 s'appuient une dmarche rsolument exprimentale, afin de permettre aux lves de comprendre travers des exemples simples de sources d'nergies, et des notions de besoins et de consommation d'nergie que "le dveloppement durable correspond aux besoins des gnrations actuelles et futures". Dans le cadre de mon stage en responsabilit fil en classe de CM1/CM2, j'ai donc souhait mettre en pratique ces propositions pdagogiques, en permettant aux lves de se forger le concept d'nergie. De plus, l'enseignement de la technologie l'cole primaire passe par l'exprimentation et la fabrication d'objets, dans l'esprit de la Main la pte. C'est pourquoi j'ai dcid de m'interroger plus particulirement sur l'intrt d'une construction technologique afin de forger le concept d'nergie au cycle 3 et d'aborder par la mme occasion le dveloppement durable. Ainsi, dans une premire partie, je prsenterai mes rflexions thoriques sur le concept d'nergie lui-mme, mais galement sur les perspectives historiques de l'enseignement de l'nergie l'cole primaire. Je m'attarderai galement sur la didactique de l'enseignement de la technologie l'cole primaire de nos jours, en insistant particulirement sur la dmarche exprimentale en technologie et ses spcificits par rapport la dmarche OHERIC, mais galement sur le travail de groupe : ses diverses modalits, ses objectifs. A la lumire des conclusions dresses dans cette premire partie, je prsenterai la squence que j'ai mise en place, articule autour d'une ralisation technologique simple. Chaque sance sera ainsi prsente en terme d'objectifs et de dispositif pdagogique, puis analyse afin d'extraire des amliorations possibles.

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2. Comment aborder l'nergie au cycle 32.1. De l'nergie, des nergiesDonner une signification unique au terme "nergie" relve de la gageure. Ce terme recoupe en effet de vastes domaines, allant de la physique, l'conomie et la gographie. C'est en outre un mot largement utilis dans la langue franaise, o l'on pourra parler d'une personne "nergique", "dployant de l'nergie" ou au contraire "manquant d'nergie". C'est pourquoi nous allons nous attacher dans cette section dfinir plus prcisment le mot "nergie".

2.1.1. Le point de vue du dictionnaireLe Petit Larousse dfinit l'nergie comme une "grandeur caractrisant un systme et exprimant sa capacit modifier l'tat d'autres systmes avec lesquels il entre en interaction". Cette dfinition, si austre soit-elle, permet d'introduire plusieurs notions essentielles. D'une part, l'nergie caractrise un systme, c'est--dire un ensemble d'lments dont on est capable de cerner la frontire avec l'extrieur. En outre, le concept d'nergie s'envisage travers l'interaction possible de ce systme avec d'autres systmes indpendants. Enfin, cette dfinition souligne la nature mme de l'nergie d'un systme : c'est une grandeur susceptible de modifier l'tat d'autres systmes.

Cette dfinition de l'nergie ainsi que les trois points (systme, interaction et modification) que je viens d'aborder seront au cur de la squence mise en place au cycle 3.

2.1.2. Le point de vue du physicienA la dfinition du dictionnaire, le physicien rajoute la notion de conservation de l'nergie entre deux systmes : si un systme S1 cde de l'nergie vers un systme S2, la quantit reue par S2 est gale l'nergie cde par S1. L'nergie revt ainsi plusieurs formes, qui dpendent de la faon dont elle est stocke dans un systme. Sans entrer dans le dtail, on dfinit cinq formes d'nergie : l'nergie cintique, qui est lie aux corps pesants en mouvement. C'est cette forme d'nergie qui est en jeu lorsqu'on utilise le vent ou l'eau en mouvement. L'nergie potentielle de pesanteur, qui est l'nergie que possde un corps dans un champ de pesanteur, matrialise lors de la chute d'un corps pesant 7

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L'nergie chimique, lie la nature des ractions en jeu lorsque l'on utilise cette forme. La combustion des nergies fossiles est un exemple. L'nergie nuclaire, lie la structure atomique de la matire et qui est mise profit lors de la fission de l'uranium, par exemple. L'nergie interne lie au niveau de temprature. Lorsque deux systmes interagissent, le transfert d'nergie peut revtir quatre

formes. Le transfert peut ainsi avoir lieu sous forme de travail mcanique, lorsque le transfert a lieu lorsque au moins un des deux systmes est en dplacement lors du transfert. Le transfert peut galement avoir lieu au travers d'un travail lectrique lorsque le support de l'change d'nergie est un courant ou une tension lectrique. La chaleur est un troisime mode de transfert d'nergie entre deux systmes, lorsque ces derniers sont en contact. Enfin, le transfert d'nergie peut se faire par rayonnement d'ondes lectromagntiques.

L'ensemble des concepts purement physiques abords jusqu'ici ne peut bien videmment pas faire l'objet d'un enseignement l'cole primaire. Nanmoins, nous pouvons dgager de ces ides la notion de chane nergtique du type "Energie Systme Action" : une source d'nergie, utilise dans un systme, c'est--dire une machine construite par l'homme, permet d'obtenir une action. Cet aspect de transformation de l'nergie au sein d'une chane nergtique sera au cur de la squence mise en place.

2.1.3. Le point de vue du gographe, de l'conomisteDu point de vue du gographe ou de l'conomiste, le concept d'nergie s'aborde travers les ressources en nergie d'un pays ou d'une rgion. Comme "rien ne se perd, rien ne se cre, tout se transforme" selon Lavoisier, il est donc indispensable d'identifier les rservoirs d'nergie utilisables dont nous disposons sur Terre. On distingue ainsi deux grandes familles de sources d'nergie. D'une part, il existe des sources d'nergie dont le renouvellement s'effectue sur une chelle de temps gologique, suprieur la centaine de million d'annes. A l'chelle d'une vie humaine, elles apparaissent donc comme non renouvelables. C'est le cas des nergies fossiles, issues de la fossilisation des tres vivants que sont le charbon, le gaz naturel et le ptrole ; ainsi que du minerai d'uranium. Facile d'accs et d'utilisation, ces sources d'nergie ont t l'origine du dveloppement industriel ultrarapide de notre socit occidentale depuis le dbut du XIXe sicle (du milieu du XXe sicle seulement pour l'uranium). Toutefois, ces sources souffrent d'une surconsommation l'heure actuelle 8

poussant vers leur puisement graduel rapide. En outre, elles sont polluantes : les nergies fossiles contribuent au changement climatique rapide en cours sur la plante cause de l'effet de serre induit par le dioxyde de carbone issu de leur combustion. De son ct, l'nergie nuclaire pose le problme du stockage et du recyclage des dchets hautement radioactifs issus de l'utilisation de l'uranium. Il existe d'autre part sur Terre des sources d'nergies que l'on peut consommer sans qu'elles ne s'puisent, et sans causer de dommages pour l'environnement et la socit long terme. Ce sont les sources d'nergie renouvelables : vent, eau en mouvement, soleil et, plus marginalement la gothermie et la biomasse. Ces sources ont le vent en poupe actuellement, grce la prise de conscience internationale de l'urgence modifier notre comportement en terme de consommation d'nergie. Bien que non polluantes elles souffrent de plusieurs handicaps face aux nergies non renouvelables : elles sont plus chres, de moins bon rendement nergtique, plus difficiles mettre en uvre dans toutes les situations quotidiennes (notamment pour les transports), et souvent intermittentes posant ainsi le problme de stockage de l'nergie. L'ensemble des caractristiques des sources d'nergie renouvelables et non renouvelables est synthtis dans le tableau 1. Avant de conclure cette sous-section, il apparat important de souligner l'extrme importance de l'lectricit comme forme d'nergie majoritairement utilise par notre socit au quotidien (hormis dans les transports). Trs facilement transportable sur de longue distance sans trop de pertes, et permettant une quasi-infinit d'utilisations, cette forme d'nergie reprsente environ un tiers de l'nergie consomme dans le monde. N'tant pas prsente naturellement de faon exploitable dans la nature, l'homme a appris fabriquer, transporter et utiliser l'lectricit depuis le XIXe sicle.

La squence que je propose de mettre en place s'appuiera tout naturellement sur les diffrentes sources d'nergie prsentes ci-dessus. L'aspect co-citoyen de la production et de la consommation d'nergie, en particulier de l'lectricit devra galement tre mise en avant au cours de la squence.

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Source d'Energie Charbon, Ptrole et Gaz Naturel

Renouvelable ou Non Renouvelable Non Renouvelable

Principaux Avantages Utilisation facile et peu chre Bon rendement nergtique Industrie extrmement bien dveloppe et mature Rendement nergtique exceptionnel Pas de rejet de gaz effet de serre Industrie bien dveloppe et mature Dveloppement potentiel important Technologie matrise Pas de pollution ni de rejet de gaz effet de serre Dveloppement possible important Pas de pollution ni de rejet de gaz effet de serre Dveloppement possible important Pas de pollution ni de rejet de gaz effet de serre Pas de pollution ni de rejet de gaz effet de serre

Principaux Inconvnients Faibles rserves Pollution environnementale importante Fort rejet de gaz effet de serre Rserves ? Dchets radioactifs extrmement polluants Risques sanitaires ncessitant des prcautions Cot d'installation important Implantation gographique limite Intermittence de la production nergtique Cot d'installation important Implantation gographique limite Intermittence de la production nergtique Cot d'installation important Implantation gographique limite Dgradation de l'environnement Cot d'installation important Implantation gographique extrmement limite Technologie non mature Fort rejet de gaz effet de serre en cas de fuite Implantation gographique limite

Uranium

Non Renouvelable

Vent

Renouvelable

Soleil

Renouvelable

Hydraulique

Renouvelable

Gothermie

Renouvelable

Biomasse

Renouvelable

Dveloppement possible important

Tableau 1. Avantages et inconvnients des principales sources d'nergie renouvelable et non renouvelable 10

2.2. Perspective historique de l'enseignement de l'nergie l'cole primaireDans cette section, nous allons nous intresser la faon dont les sciences et technologies, et plus particulirement le concept d'nergie, ont t enseignes l'cole primaire de la fin du XIXe sicle nos jours, en examinant la fois le contenu des programmes, mais galement les modalits de l'enseignement.

2.2.1. De 1882 aux annes 60 : la leon de chosesD'inspiration amricaine, la leon de choses apparat en France ds 1867. Les "choses" sont des lments de la vie courante des enfants : le tlgraphe, le phonographe, le sel de cuisine, les plantes Avec les grandes lois de Jules Ferry en 1882, les sciences ne sont plus facultatives et s'insrent dans un enseignement des "lments de sciences naturelles, physique et mathmatiques" : l'ide d'interdisciplinarit est prsente ds les dbuts de l'enseignement des sciences et technologie l'cole primaire. Cet enseignement est bas sur l'observation des "choses" par le matre, l'enfant tant cantonn un rle de spectateur. De l'observation, on tire des faits que l'on gnralise selon un procd rigoureux d'exposition, afin de dfinir un usage des choses. Paul Bert, ministre de l'Instruction publique en 1881, s'attelle la rdaction de manuels d'enseignements essentiellement encyclopdiques, peu tourns vers les connaissances pratiques. Les "sciences appliques" (de mme que les "conseils pratiques d'hygine") apparaissent toutefois au fil des rditions, o l'nergie est touche du doigt travers l'tude d'objets techniques comme les appareils de chauffage, ou encore la machine vapeur. Aprs la premire guerre mondiale, on raffirme l'activit des lves. Mais celle-ci ne se limite pas un rle de spectateur : l'enseignement se doit d'tre pratique, afin "d'armer les travailleurs, augmenter le rendement de leur activit productrice". L'enseignement pratique est toutefois plus que limit dans la ralit, puisque les classes comptent alors une cinquantaine d'lves, rendant la mise en place d'expriences plus que dlicate. Des mthodes actives, comme la classe promenade ou la constitution d'un muse scolaire, sont encourages. En 1938, partant du constat des rsultats dcevants de la pratique de la leon de choses, il est dcid de privilgi "l'action sur les choses" l'tude de "l'aspect des choses" : c'est l'usage des choses qui est source d'tude et de savoir, et non pas la nature mme de la chose.

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Les contenus en eux-mmes varient trs peu, et concernent toujours des lments faisant partie de l'univers trs proche des enfants. L'nergie n'est aborde qu'au travers du thme sur le chauffage : l'allumette, le chauffage, le pole de la classe. Aprs la seconde guerre mondiale, les instructions officielles de 1945 font nouveau tat de pratiques dcevantes au cours de la leon de choses. C'est pour cette raison que les nouveaux programmes de 1945, mais surtout de 1957, rhabilitent l'observation des phnomnes comme pratique scientifique de rfrence, au dtriment de l'exprimentation : "les leons de choses doivent tre des exercices d'observation sur les choses familires aux enfants puisque c'est faire [] la premire opration de science du monde extrieur, la seule qui leur soit accessible : l'observation". Le contenu des programmes et des manuels s'est enrichi : dans le cadre de l'tude de l'air et des ses combustions, un partie du programme aborde "la houille, le ptrole, l'essence et le mazout, le gaz d'clairage et le butane", ainsi que "le gaz carbonique". Toutefois, les sciences naturelles, plus faciles mettre en uvre que la physique et la technologie, deviennent plus que jamais les matires reines de la leon de choses.

2.2.2. Les activits d'veil dans les annes 70 80En 1969 est institutionnalis le tiers-temps pdagogique. On regroupe alors sous la bannire de "disciplines d'veil" les enseignements de l'histoire, de la gographie, des sciences et des travaux manuels ainsi que des disciplines artistiques. Les instructions officielles de 1977 et 1980 formalisent le statut des activits d'veil, d'une part en fixant des horaires (2 heures par semaine pour les sciences exprimentales), mais galement des objectifs et des mthodes pdagogiques. La pdagogie de l'veil, rsolument constructiviste, se "fonde sue la participation active [] des lves aux dcouvertes et aux acquisitions". Le matre n'est plus l'orateur toutpuissant auquel les lves doivent s'adapter, mais doit au contraire rester "constamment vigilant l'gard des objectifs poursuivis [] et s'attache [] valuer rgulirement le cheminement des lves". La dmarche exprimentale, que nous discuterons plus en dtail ultrieurement, est le support privilgi pour les apprentissages. Le dcloisonnement des enseignements est aussi favoris, de mme que l'interdisciplinarit qui est mise en avant : "les activits d'veil s'intgrent cette perspective gnrale qui concerne l'ensemble des activits scolaires. [] Les diffrents domaines qui les constituent ne sont pas simplement juxtaposs, mais entretiennent de larges interfrences dont le matre doit tirer parti". Le travail de groupe, 12

dont nous discuterons plus tard du rle dans la construction des savoirs, est galement fortement suggr. L'nergie devient un des huit domaines abords dans l'enseignement de la physique et de la technologie, avec notamment l'apparition de l'lectricit comme forme d'nergie, ainsi que le terme de source d'nergie. Dans le dtail, on y trouve : la gnration du mouvement l'aide de l'lectricit, du travail des forces musculaires, du vent et de la chute d'un poids, la production de chaleur ou de lumire l'aide d'un combustible ou de l'lectricit l'identification dans des circonstances familires et varies la ou les sources d'nergie utilises Choc ptrolier oblige, les programmes proposent galement de s'interroger sur les conditions d'utilisation qui contribuent aux conomies d'nergie.

2.2.3. Les programmes de 1995Les programmes de 1985 suppriment les disciplines d'veil, et les remplacent par de simples disciplines. Mme si le volume horaire consacr aux sciences et technologie est revu la hausse pour le CM (3 heures par semaine), la dmarche exprimentale n'est pas autant mise en avant que dans les programmes de 1980, tout en restant la pratique pdagogique de rfrence pour l'enseignement des sciences et technologie. En revanche, l'organisation de l'cole en cycles est peru comme permettant l'enseignant de "varier les situations d'apprentissages, de jouer entre les moments d'apprentissages collectifs, le travail individuel et le travail en petits groupes, homognes ou non, selon l'objectif vis". Ces programmes sont plus condenss que leurs prdcesseurs, aussi l'nergie n'est que brivement voque au travers de l'tude d'"exemples simples de source et de production d'nergie, consommation et conomie d'nergie". Sont galement introduits les "objets et ralisations technologiques".

2.2.4. Le Plan de Rnovation des Sciences et Technologie l'Ecole et les programmes de 2002Le point dappui la mise en place de ce plan de rnovation mis en place en 2000 est lopration La main la pte dveloppe par le ministre de lEducation Nationale la fin des annes 90 et impulse par Georges Charpak dans une volont de lutter contre lchec de lenseignement des sciences lcole.

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Ce plan de rnovation des sciences et de la technologie dpasse le seul enseignement scientifique. En effet, la nouveaut rside autant dans la mthode employe, base sur le principe des mthodes actives, que dans ltendue des domaines dapprentissages concerns puisquil met laccent sur lutilisation de lexpression crite et orale en sciences. Lobjectif de ce texte est que les lves sinterrogent, agissent de manire raisonne et communiquent, quils construisent leurs apprentissages en tant acteurs des activits scientifiques. Le travail en groupe et les changes entre pairs quil occasionne permettent de dvelopper leur capacit dargumentation. Cest enfin une dmarche qui privilgie le sens et permet de crer des liens interdisciplinaires tant en matrise de la langue quau niveau du vivre ensemble . A partir de ce plan de rnovation, les Instructions Officielles de 2002 mettent laccent sur diffrents aspects incontournables pour un enseignement efficace et cohrent des sciences travers la dmarche dinvestigation : il prconise tout dabord une situation dclenchante permettant dattiser la curiosit de llve en soulevant un questionnement. Observation, mission dhypothses et exprimentation permettent alors llve de sinvestir dans une vritable dmarche dinvestigation visant dvelopper connaissances et savoir-faire. Les dispositifs utiliss dans la mise en oeuvre des diffrentes activits doivent alterner manipulations en travail de groupe et phase dinstitutionnalisation en laissant toujours une grande place lactivit de llve. La mise en place dactivits scientifiques met galement en jeu des comptences transversales. Les questionnements, les changes et la comparaison des rsultats obtenus sont autant de situations propices pour dvelopper des comptences dans la matrise du langage et de la langue franaise. Le travail en groupe, favoris dans de tels apprentissages, pourra tre loccasion de dvelopper des attitudes de coopration, dcoute et de respect des autres. Du point de vue des contenus, lnergie et la technologie sont abordes de la mme faon que dans les instructions de 1995.

2.2.5. Les programmes de 2008Les nouveaux programmes de juin 2008 mettent toujours la dmarche dinvestigation lhonneur, en rfrence explicite lesprit de la Main la pte. "Observation, questionnement, exprimentation et argumentation" forment les piliers de cette dmarche dinvestigation qui "dveloppe la curiosit, la crativit, lesprit critique et lintrt pour le progrs scientifique et technique". Toutefois, le volume horaire consacr aux sciences exprimentales et la technologie est revu la baisse, avec seulement 2h par semaine pour le cycle 3. Les instructions officielles ne font galement pas rfrence aux dispositifs favorisant 14

un apprentissage efficace des savoirs, mais dans lesprit de la Main la pte, le travail de groupe est privilgier dans les phases dinvestigation. Lnergie tient une place comparable celle des programmes de 2002, mettant laccent sur les exemples de sources dnergies fossiles ou renouvelables, et galement sur les besoins, la consommation et les conomies dnergie. Laspect technologique des enseignements est regroup sous la bannire des "objets techniques". Les instructions officielles mettent pour la premire fois en avant la notion de dveloppement durable correspondant "aux besoins des gnrations actuelles et futures". Cette co-citoyennet est envisage de manire transversale puisque les enseignements dhistoire gographie et dinstruction civique sont invits forger cette dimension.

2.3. Perspective didactique de l'enseignement de la technologie l'cole primaireCette section est consacre la didactique de l'enseignement de la technologie aujourd'hui, s'appuyant sur deux piliers : la dmarche exprimentale et le travail de groupe. Nous nous attacherons dfinir les caractristiques essentielles de chacun des piliers.

2.3.1. La dmarche exprimentale en technologieLa dmarche exprimentale que je prsente ici est la dmarche dite OHERIC (Observation Hypothse Exprimentation Rsultat Interprtation Conclusion) qui est la dmarche du chercheur qui a trouv et qui reconstruit posteriori le droulement de sa recherche pour la prsenter. Elle peut tre d'une manire gnrale rsume par la figure 1 suivante. Observation des faits, des acquis Formulation d'hypothses Exprimentation Rsultats Interprtation Conclusion Figure 1. La dmarche exprimentale OHERIC 15

DEMARCHE EXPERIMENTALE OHERIC

Ce modle, bien que thoriquement valable, est critiqu par G. De Vecchi comme tant "le plus souvent une dmarche thorique fige, strotype", correspondant "plus la prsentation d'une recherche qu' la manire dont on la mne". Il souligne en outre l'importance de la curiosit, de la crativit et de l'imaginaire qu'il est selon lui primordial de dvelopper chez les lves. A cette vision fige, G. De Vecchi substitue plusieurs types de dmarches exprimentales : les expriences "pour voir", la dmarche de vrification et la dmarche de production. Selon lui, les expriences "pour voir", peuvent, au travers d'un "rsultat surprenant [] faire entrer un lve dans la dmarche de recherche". Il insiste toutefois sur la ncessit "d'inciter les lves aller plus loin (nda : que l'exprience elle-mme) en leur demandant [] de justifier leur ide". La dmarche de vrification, c'est--dire de validation ou de rfutation d'une hypothse est d'aprs G. De Vecchi la piste d'exprimentation la plus facile aborder, et possde l'avantage de mettre l'preuve un modle. Ce modle peut provenir des lves, mais peut galement tre une proposition du matre, dans l'ventualit o ce modle serait difficile concevoir de la part des lves. La dmarche de production correspond la dmarche technologique en tant que telle. C'est elle qui nous intresse dans le cadre de ce mmoire. S'inspirant du travail de l'ingnieur, elle permet de faire entrer les enfants dans une vritable recherche. Il s'agit, selon J.P. Bonan, cit par G. De Vecchi de "concevoir un principe de fonctionnement permettant un systme de remplir sa fonction partir d'un cahier des charges la dfinissant". A partir de leurs conceptions, les lves recherchent alors "les mthodes ncessaires la fabrication de l'objet Ensuite, ils raliseront cet objet et le compareront leurs reprsentations avec des systmes dj fabriqus". Ainsi, partir d'hypothses que l'on peut considrer comme des solutions provisoires, les lves testent scientifiquement afin de les mettre l'preuve. Toutefois, comme le souligne G. De Vecchi, "la vrit ne s'exprime pas par des noncs immuables, mais par des approximations successives qui se poursuivent indfiniment". C'est ce que nous pouvons appeler l'optimisation de l'objet fabriquer : cette optimisation dpend d'un nombre infini de paramtres plus ou moins importants et lis, qu'il est important d'apprhender dans la phase de recherche ou de comparaison des systmes. C'est ainsi le stade de dveloppement hypothtico-dductif, ou pense formelle au sens de Piaget qu'il est question de dvelopper chez les enfants. Dans cette phase d'optimisation, l'enseignant a pour rle de limiter le nombre de paramtres aux plus significatifs pour la recherche, afin de ne pas laisser s'installer la confusion et le dcouragement chez l'lve. 16

Pour donner du sens aux situations d'apprentissages en utilisant la dmarche technologique, G. De Vecchi insiste sur la rigueur dvelopper "dans les montages comme dans le recueil des donnes". Cette rigueur doit ainsi apparatre les mesures effectues, mais galement dans les schmas produits par les lves. Ce travail permet alors de prparer l'interprtation des rsultats obtenus par comparaison avec les reprsentations ou avec des systmes dj fabriqus. Il faut toutefois prendre garde ne pas faire dire aux rsultats "beaucoup plus qu'ils ne nous apportent". Il est donc essentiel de "prendre en compte les diffrents facteurs qui agissent sur un phnomne, ne pas comparer des cas particuliers trop diffrents". Ce travail d'interprtation des rsultats passe par la communication des productions des lves leurs pairs, et tre suivis d'une "analyse critique constructive". Cette communication est le socle du dveloppement de la pense critique, et participe "la socialisation des savoirs entre les lves". Enfin, la dmarche technologique ne saurait se satisfaire de l'exprimentation seule. Une phase de gnralisation, d'abstraction, souvent difficile, est indispensable : en effet, "plus que la connaissance des faits et des causes, la science se dfinit par la connaissance des lois, des concepts" d'aprs G. De Vecchi. Cette gnralisation se traduit ainsi de manire variable, allant de l'nonc d'une rgle, l'laboration d'un systme symbolique du type schma fonctionnel. Cette rflexion nous permet donc d'aboutir une reprsentation schmatique de la dmarche exprimentale en technologie. Cahier des charges Hypothses Exprimentation Interprtation OPTIMISATION

Utilisation de l'objet

Communication + Analyse Critique Gnralisation

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2.3.2. Le travail de groupeDans le travail de groupe, les lves laborent un savoir partir dune discussion entre pairs. Aprs un premier temps de conflit social inter-lve propos de divergences de points de vue, le conflit tend devenir interne chaque lve, chacun tant amen douter de ses convictions premires. A partir de cette double reconsidration peut alors natre un nouveau savoir. Cest le conflit socio-cognitif. Toutefois, lenseignant peut nourrir de nombreuses craintes propos du travail de groupe. Leffervescence chez les lves que peut produire ce type denseignement, et le bruit qui laccompagne peut nuire aux apprentissages des lves. En outre, les lves peuvent schapper des apprentissages par des discussions ne concernant pas le travail demand, ou bien en tant absorb par le matriel mis leur disposition. Enfin, lobstacle peut tre matriel : par rapport un travail collectif, le matriel fournir est multipli par le nombre de groupes. Bien que P. Meirieu dfinisse 4 typologies de groupes (information, production, rconciliation, et apprentissage), nous nous attarderons seulement sur les groupes dapprentissages et de production. Ce sont en effet les deux types de fonctionnement que lon peut envisager pour une ralisation technologique lcole primaire. Si le groupe dapprentissage est le dispositif vis par lenseignant, une logique de production galement se met en place dans les groupes si lenseignant ny prend pas garde, du fait mme de lobjet technologique raliser. Les caractristiques de chaque typologie sont rsumes dans le tableau 2 suivant.

Groupe centr sur

La production

Les apprentissages Lapprentissage individuel Leader formateur

Logique de fonctionnement Lefficacit productive Leader incarnant le groupe Leader organisateur Obstacles surmonter

Morcellement du groupe Se laisser fasciner de manire induit par la division du ludique ou esthtique par le travail dispositif lui-mme Spcialisation excessive, Atomisation, perte didentit exclusion des moins groupale comptents

Drive le menaant

Tableau 2. Les caractristiques des groupes d'apprentissage et de production

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Ainsi, P. Meirieu propose plusieurs pistes pour que les groupes fonctionnent en groupe d'apprentissage : Au del d'un langage commun, il est important que "rgne au sein du groupe une htrognit suffisante pour que [les] changes soient fconds". En effet, s'il n'existe pas d'htrognit au sein du groupe, les changes risquent d'tre vain ou narcissiques. En outre, il est ncessaire "d'identifier des objectifs d'acquisition individuelles trs clairement distincts des tches raliser par les groupes". Dans le cas de l'acquisition d'un concept comme celui de l'nergie, P. Meirieu suggre de procder par "comparaison d'attributs et confrontation avec un contre-exemple". Dans le cas de la ralisation technologique, au-del de la fabrication elle-mme, chaque groupe sera invit rflchir sur le systme qu'il aura ralis, et quelles amliorations il pourrait proposer. Enfin, afin de ne pas pousser le groupe vers une logique de production, il faut selon lui "empcher la rsolution immdiate du problme [] pour dgager une problmatique et engager une autre logique". Il importera donc de proposer aux lves une ralisation technologique ncessitant un effort de rflexion de leur part, et non une simple fiche de fabrication.

Ainsi, le travail de groupe en sciences et technologie peut induire des apprentissages chez les lves, condition de cerner clairement les modalits de fonctionnement de la (ou des) sance(s). Au-del de considrations de discipline et d'organisation matrielle, la constitution des groupes, les objectifs et le matriel propos ont une importance cl.

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3. Mise en uvre d'une squence sur l'nergie au cycle 33.1. Prsentation de la squence3.1.1. ContexteCette squence a t mise en uvre au cours de mon stage en responsabilit fil, cheval sur les priodes 3 et 4, dans une classe de CM1-CM2 de 24 lves (4 CM1 et 20 CM2), l'cole lmentaire Les Dinarelles aux Angles. C'est une classe relativement agite au niveau des CM2, avec une lve souvent dans le refus de l'autorit et l'insolence vis--vis de l'enseignant, et victime d'un certain rejet dans la classe cause de son comportement. Suivie par le RASED et par un psychologue hors de l'cole, son comportement a tout de mme eu tendance s'amliorer la fin de l'anne civile 2008. Trois autres lves prsentent un comportement assez agit galement, mais ils sont accepts (et mme leaders) dans le groupe classe. Enfin un lve calme est quant lui souvent la proie des invectives de ses camarades. Le reste de la classe a donc logiquement tendance se laisser dissiper par les remarques et interventions de ces quatre lves.

3.1.2. La ralisation technologiqueComme prsent dans la section prcdente, l'nergie occupe maintenant une place importante dans les programmes de l'cole primaire de 2008. La dmarche exprimentale en technologie, comme prsente prcdemment, peut tre un outil essentiel l'acquisition de concepts abstraits, tels l'nergie. Aussi, une ralisation technologique sert de pivot l'ensemble de la squence que j'ai dveloppe. J'ai ainsi choisi de travailler autour de la ralisation d'une "grue air" : cette ralisation technologique utilise une source d'nergie extrieure renouvelable (vent, eau ou sable) permettant de soulever un objet (une rondelle mtallique). Elle est reprsente en annexe 3. De constitution extrmement simple, elle est labore uniquement partir d'lments de rcupration : bouteilles en plastiques pour les pieds l'axe, pique brochette en bois pour le support de l'axe, ficelle et rondelle mtallique pour la charge soulever. Des dcoupes ralises dans la bouteille horizontale permettent la mise en rotation de l'axe de la grue lorsqu'un flux suffisant d'air, d'eau ou de sable est appliqu aux ailettes. Cette rotation permet alors de soulever la rondelle attache la ficelle par un mouvement de translation vertical.

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3.1.3. La squenceL'ensemble des objectifs notionnels et mthodologiques de la squence est rsum par le tableau 3 suivant, dans lequel apparat galement le lien de chaque sance avec la problmatique de dpart.

Numro Objectif(s) de Objectif(s) notionnel(s) mthodologique(s) sance Recueil des conceptions des lves Les dfinitions Etude de textes 1 d'nergie, de source scientifiques d'nergie renouvelables ou non La dmarche exprimentale en Le travail de groupe 2 technologie La dmarche exprimentale en technologie La prsentation ses pairs

Lien avec la problmatique

Pose des briques de bases du concept d'nergie

Rinvestissement dans un cas concret les notions abordes en sance 1 Rinvestissement la notion de source d'nergie vue dans les sances 1 et 2 et introduit la transformation de l'nergie Gnralisation du concept de transformation de l'nergie abord dans un cas concret en sances 2 et 3 Synthse de l'ensemble des notions vues dans les sances 1 4 en ajoutant une forte dimension coresponsable Contrle des connaissances acquises lors de la squence

3

4

La transformation de l'nergie Les avantages et inconvnients des sources d'nergie utilises pour fabriquer l'lectricit Evaluation sommative

Etude de document iconographique Travail de groupe Etude de supports scientifiques varis : textes, schmas, photographies

5

6

Tableau 3. Rcapitulatif de la squence La squence est donc constitue de 6 sances : une premire sance permet de recueillir des conceptions des lves, ainsi que de dfinir les notions importantes du thme de l'nergie ; au cours de la deuxime sance, les lves travaillent en groupe la ralisation technologique de la grue air ;

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-

la troisime sance est une mise en commun des rsultats obtenus, dbouchant sur l'laboration d'une fiche de fabrication de l'objet et de critres d'optimisation du fonctionnement ;

-

la quatrime sance aborde la notion de transfert d'nergie et de chane de transformation nergtique, la cinquime sance rinvestit les rsultats de la sance prcdente travers une tude documentaire effectue en groupe sur la production de l'lectricit enfin, la sixime sance est ddie l'valuation des connaissances et comptences acquises au cours de la squence.

3.2. Sance 1 : Les diffrentes sources d'nergie3.2.1. Objectifs et dispositif de la sanceCette sance a pour objectif d'une part de recueillir les conceptions des lves, et d'autre part de donner une dfinition aux termes d'nergie, de sources d'nergie renouvelables et non renouvelables, au moyen d'une tude documentaire suivie d'un questionnaire. Aprs un questionnement oral collectif, les lves travaillent individuellement.

3.2.2. Droulement de la sanceAvant de distribuer les documents, je commence par demander aux lves ce que reprsente pour eux le mot "nergie". Ce recueil des conceptions des lves me permet de constater que les lves ont une conception trs biologique de l'nergie : "c'est ce qui permet de nous dplacer, de vivre", "de grandir", "de faire du sport", "c'est l'alimentation". Un lve (dont le pre travaille EDF) aborde le ct plus technologique : "c'est l'lectricit, la puissance". Individuellement, les lves prennent connaissance des documents maintenant en leur possession ( consulter en annexe 1). Je les questionne sur leur origine, afin de faire merger qu'ils proviennent du site internet d'EDF. Aprs une premire lecture individuelle du document, j'invite les lves exprimer les difficults de comprhension qu'ils ont pu avoir, et je leur donne ainsi la signification des termes inconnus. Une deuxime lecture individuelle doit alors leur permettre de rpondre au questionnaire que je leur ai distribu. Manquant de temps pour la mise en commun et rdaction de la trace crite, je dcide alors de reporter cette partie de la sance lors de la sance suivante.

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La sance suivante est consacre la mise en commun des rponses des lves et la construction au tableau des notions essentielles : qu'est-ce que l'nergie, quelles sont les diffrentes sources d'nergie. Je souligne au passage que l'lectricit n'est pas considre comme une source d'nergie, car non prsente dans la nature de faon exploitable par l'homme. Une trace crite est ensuite distribue et lue collectivement (voir annexe 2).

3.2.3. Analyse de la sance et pistes d'amliorationCette sance permet une entre de plain pied dans le domaine de l'nergie. Le document de recherche, pourtant issu du site d'EDF spcialis dans l'information pour les 511 ans, s'est rvl assez difficile d'accs pour les lves et un peu trop long, ce qui a ncessit d'taler sur deux sances le travail initialement prvu pour une sance. Une solution ce problme pourrait tre de sectionner le document global en plusieurs sous documents, et de faire travailler les lves sur diffrentes parties, afin de ne pas crer de surcharge cognitive. Il est toutefois important de noter qu'au cours de la deuxime sance, les lves ont fait merger toutes les ides importantes des documents, la trace crite distribue s'approchant vraiment de la synthse des rponses aux questions que j'avais notes au tableau.

3.3. Sance 2 : Ralisation technologique : la grue air3.3.1. Objectifs et dispositif de la sanceL'objectif de cette sance est de faire entrer les lves dans la dmarche exprimentale en technologie, travers une ralisation fabriquer en groupe. En conformit avec les caractristiques du travail de groupe dveloppes prcdemment, j'ai choisi de former 6 groupes htrognes de quatre lves chacun : les 4 CM1 ainsi que 2 lves de CM2 au niveau plus faible que leurs camarades sont ainsi rpartis dans les 6 groupes de travail. J'ai galement pris soin de rpartir les 5 lves au comportement voqu dans la section 3.3.1. dans des groupes diffrents afin de limiter les sources de conflit ventuel. J'ai galement choisi de prparer l'avance les trous et dcoupes dans les bouteilles. En effet, j'ai jug que cette tape de la fabrication serait longue et fastidieuse pour les lves. En outre, bien que riche au niveau des apprentissages (choix faire pour la dcoupe des ailettes et la position des trous), cette phase ncessite de la chaleur (flamme ou fer souder) pour percer les bouteilles et mettrait automatiquement les lves en danger. J'ai toutefois dcid de distribuer chaque groupe des bouteilles aux dcoupes diffrentes, comme

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synthtis dans le tableau suivant. Ces diffrences sont censes faire apparatre des critres de bon fonctionnement et d'optimisation du systme : nombre d'ailettes suprieur ou gal 3, rpartition des ailettes sur la circonfrence et orientation des ailettes constante.

Numro du Systme 1 2 3 4 5 6

Nombre d'ailettes 5 3 3 4 2 4

Largeur des ailettes Petite Grande Petite Moyenne Petite Moyenne

Remarque Mauvaise rpartition des ailettes sur la circonfrence de la bouteille Orientation des ailettes non constante

Au cours de la phase de recherche, chaque groupe devra galement remplir un questionnaire ( consulter en annexe 4) qui joue un double rle : d'une part, il permet de consigner les remarques qui mergent lors du travail de groupe et qui seront ventuellement utiles lors de la phase de mise en commun de la sance suivante. D'autre part, le choix de proposer un questionnaire commun pour chaque groupe s'appuie sur la conception de P. Meirieu propos du fonctionnement du groupe d'apprentissage, qui s'appuient la fois sur les diffrences de ses membres, mais galement sur leur unit : un questionnaire unique tend vers cette unit lors de la rponse aux questions qui doit faire l'objet d'une mdiation entre les membres du groupe. Ce questionnaire est enfin un moyen de limiter la logique de production pouvant s'installer au sein des groupes, en leur proposant une rflexion sur l'objet raliser, au-del du bon fonctionnement ou non du systme qu'ils auront ralis.

3.3.2. Droulement de la sanceAprs une prsentation orale de l'objectif de la sance (construction d'un objet et rponse un questionnaire) et des modalits de travail (par groupe de 4), la mise en groupe s'effectue. Je distribue ensuite le matriel ncessaire la fabrication de l'objet, que nous analysons collectivement l'oral, afin de faire ressortir les caractristiques de chaque lment. Les lves remarquent ainsi que les deux grandes bouteilles en plastique sont perces d'un trou la mme hauteur. Ils constatent galement que la petite bouteille en plastique a t

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dcoupe afin de dgager des fentres. Je leur fais galement remarquer que cette bouteille est perce au fond et au niveau du bouchon (ils n'ont alors remarqu que le trou sur le bouchon). Le cahier des charges est alors donn : "Dans chaque groupe, vous devez essayer de fabriquer un systme qui permette de faire remonter l'crou du sol sur la table avec de l'air en mouvement", introduisant le terme systme ; "vous avez galement un questionnaire remplir par groupe, pour vous aider lors de la prochaine sance, o chaque groupe prsentera son systme". La phase d'investigation (formulation d'hypothses et exprimentation) est alors mene au sein de chaque groupe, les lves prenant galement soin de remplir le questionnaire dont ils disposent. Des photographies prises lors de cette phase sont disponibles en annexe 5. Mon rle lors de cette phase consiste apporter des rponses aux questions ventuelles des lves, mais surtout rguler les relations intragroupe et intergroupe. En effet, la mise au travail au sein des groupes s'est bien effectue dans tous les groupes, mais les lves sont tellement motivs et enthousiastes par le systme raliser qu'ils en sont galement trs bruyants, le niveau sonore ayant tendance se rvler gnant pour tout le monde : nuisance pour la rflexion, nuisance pour la communication intragroupe. Je dois alors intervenir plusieurs fois pour rguler le niveau de bruit acceptable lors d'une phase de travail de groupe. En outre, une certaine rivalit a tendance apparatre entre deux groupes : il s'agit de groupes dans lesquels sont prsentes les plus fortes individualits de la classe, et pour lesquels je dois galement intervenir pour apaiser les relations. Enfin, je suis charg de valider ou non le bon fonctionnement du systme dans chaque groupe une fois ce dernier termin, aprs un premier test par les lves eux-mmes des premires performances de leur grue air.

3.3.3. Analyse de la sance et pistes d'amliorationLa phase d'analyse collective des lments spars du systme raliser a permis tous les lves de percevoir toutes les caractristiques des lments mis leur disposition, bien que ces caractristiques leur soient imposes. Cela aura permis en mon sens d'viter des situations de blocage dans certains groupes cause d'une mauvaise valuation du matriel mis leur disposition. Lors de la mise au travail en groupe, j'ai souffert du manque d'espace disponible au sein de ma classe : le travail de groupe requiert mon avis un espace de travail suffisant pour chaque groupe, condition qui tait remplie ; mais galement un espace entre les groupes assez important, afin de limiter les interfrences souvent destructives (pour prendre une image 25

physique) pouvant natre de la trop grande proximit entre groupes : niveau sonore plus lev, amusement, rivalit L'intrt de la ralisation technologique propose est qu'elle ne s'appuie pas sur une recette toute faite qui limite le champ d'exprimentation des lves. C'est en ce sens une vritable dmarche exprimentale au sens de G. De Vecchi, o les lves ont imaginer des solutions et les mettre en uvre. Si l'objectif initial de raliser un systme fonctionnel donne tout son sens la dmarche technologique, elle peut avoir tendance modifier le travail de groupe : de groupes centrs sur les apprentissages, une majorit de groupes s'est centr sur la production de l'objet. Ceci a eu pour consquence positive d'engendrer une coopration efficace au sein des groupes, tendue vers un objectif commun. Mais cela a eu aussi pour effet d'engendrer l'exclusion des moins "comptents" pour la tche demande. C'est ce que P. Meirieu dfinit comme un groupe de production et que j'ai prsent au pralable. Mon rle a donc t primordial lors de cette phase, o il m'a fallu sans cesse passer dans les groupes afin d'une part d'couter les lves, mais galement relativiser leur objectif d'laborer un systme parfait, permettant ainsi tous les membres du groupe de travailler et de cooprer. Dans la perspective du travail en groupe d'apprentissage, il m'est galement apparu important de souligner l'importance de rflchir et de rpondre collectivement au questionnaire.

3.4. Sance 3 : Mise en commun Synthse3.4.1. Objectifs et dispositif de la sanceCette sance s'inscrit dans la dmarche exprimentale en technologie, dans la suite logique de la sance prcdente. Les lves doivent ainsi communiquer leurs pairs comment fonctionne leur grue air et quels sont les critres d'optimisation qu'ils ont retenus pour un fonctionnement le plus efficace possible. Cet objectif doit alors se concrtiser par l'laboration collective d'une fiche de fabrication de la grue air. Si la discussion a lieu collectivement, la prise de la trace crite se fait individuellement. Dans l'optique de construction des savoirs des lves, cette sance permet, travers la manipulation et la comparaison, d'exploiter la construction technologique afin de construire les concepts de source d'nergie et de transformation de l'nergie.

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3.4.2. Droulement de la sanceAprs un rappel sur la sance prcdente, je donne l'objectif de cette sance en proposant aux groupes de venir prsenter leurs systmes, leurs questionnaires au format A3 tant affichs au tableau en guise d'aide. Les groupes viennent prsenter leur systme deux par deux : un groupe dont le systme fonctionne trs bien et un groupe dont le systme fonctionne moins bien. La dmonstration de fonctionnement met rapidement en vidence deux problmes : d'une part, les pieds de la grue ne sont pas assez stables pour permettre un fonctionnement reproductible. Les lves suggrent d'abord de fixer les pieds de la grue sur le bureau, puis de mettre de l'eau dans les deux bouteilles faisant office de pied. Un lve de chacun des groupes effectue alors l'opration de lestage des pieds de la grue. D'autre part, un lve observateur fait remarquer que les dmonstrateurs "ne soufflent pas pareil sur leur systme", et que donc, on ne peut pas les comparer. J'avais de mon ct anticip ce problme en prvoyant un schecheveux, ayant en outre not lors de la sance prcdente que certains lves considraient leur systme comme ne fonctionnant pas bien cause du manque de rgularit et de puissance de leur souffle. Les dmonstrations par confrontation permettent galement aux lves de mettre en vidence limportance de limiter les frottements entre laxe et les pieds de la grue pour permettre une rotation libre de laxe ; la mise en rotation facilite pour un systme possdant au moins 3 ailettes, cette remarque ayant t dj not dans un questionnaire ; que la ficelle doit tre attache loin des ailettes, afin que son enroulement ne gne pas la rotation. Toutefois, certains critres ne sont que difficilement perus par les lves, comme la ncessit de rpartir et dorienter les ailettes correctement autour de la bouteille. Je termine cette phase d'tude et d'optimisation de notre systme en demandant aux lves s'il serait possible d'utiliser une autre source d'nergie que le vent pour le faire fonctionner. La chute de l'eau, ainsi que d'objets pesants comme des petits cailloux ou du sable est alors suggre par les lves. A lissue de cette tude critique de leurs systmes, jinvite les lves rdiger par une dicte ladulte une fiche de fabrication pour notre grue air. Limportance du contenu de la fiche apparat : lister dabord les lments ncessaires, puis leur mise en uvre pour raliser un systme pouvant fonctionner dans les meilleures conditions, rinvestissant ainsi les critres lists prcdemment. Pour guider les lves, je dveloppe lanalogie de cette fiche avec une recette de cuisine. La fiche de fabrication est illustre laide dun schma technique bas sur

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les reprsentations faites par les lves lors de la sance prcdente. Je complte cette trame de schma par des contraintes techniques : les traits doivent tre faits la rgle, et le schma doit tre lgend afin dtre comprhensible.

3.4.3. Analyse de la sance et pistes d'amliorationAvec la phase de travail de groupe, cette phase de synthse constitue l'pine dorsale de la squence. Le dispositif choisi, savoir la dmonstration du fonctionnement des systmes par les lves devant le reste de la classe a bien fonctionn, bien que le fait de faire venir au tableau deux groupes de quatre lves ne soit pas la situation idale pour favoriser au maximum les apprentissages et minimiser les pertes de temps. Il aurait t plus judicieux de ma part de ne faire venir au tableau qu'un seul lve par groupe, afin que la dmonstration soit plus claire et s'effectue dans de meilleures conditions. Cette tape de manipulation et de confrontation entre les lves a galement t l'occasion pour les lves d'augmenter leur temps de parole par des discussions d'lve lve, et non plus seulement matre/lve. La confrontation entre les systmes a en outre facilit la dtermination des critres de bon fonctionnement et d'optimisation du systme labor, tape dterminante pour toute fabrication vise technologique. Certains critres n'ont toutefois pas pu tre dgags par les lves eux-mmes, car difficiles percevoir sur les systmes mis en uvre. L'importance de la bonne rpartition des ailettes, par exemple, n'est pas apparue du fait que le format des bouteilles ne le permettait pas. De mme, l'importance de l'orientation des ailettes n'a pas sembl cruciale, hormis un certain dsagrment esthtique. La rdaction d'une fiche de fabrication du systme a galement retenu toute l'attention des lves, mais ne s'est pas droule dans des conditions idales de calme mon ide. Je pense que cela est principalement d au dsquilibre entre phase l'oral et phase l'crit dans ma sance : les phases de confrontation et de dicte l'adulte constituent la majeure partie du temps de la sance, au dtriment de la phase d'crit qui se trouve concentre la fin de la sance. Il aurait ainsi t plus intressant d'alterner au cours de la sance les phases de comparaison des systmes avec les phases de rdaction de la fiche de fabrication.

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3.5. Sance 4 : La transformation de l'nergie3.5.1. Objectifs et dispositif de la sanceCette sance a pour but de comprendre que l'nergie disponible dans la nature est transforme par l'homme de faon tre utilise. La construction technologique constitue l'entre dans cette sance de gnralisation sur la transformation de l'nergie et clt ainsi la dmarche de recherche en technologie initie lors de la sance 2. Pour cette quatrime sance, les lves doivent au pralable connatre les diverses sources d'nergie disponibles dans la nature. Lors de la phase de dcouverte, ils travaillent individuellement partir d'une illustration extraite d'un manuel, consultable en annexe 6 ("Sciences et Technologie CM" Coll. Tavernier Bordas). Une phase d'application individuelle crite suit une courte institutionnalisation.

3.5.2. Droulement de la sanceA partir de l'exemple de la grue air, j'interroge les lves de faon faire apparatre au tableau la relation vent grue air la rondelle remonte. Je fais remarquer aux lves que cette relation concerne une source d'nergie, un systme, une action. Aprs distribution du document, je demande aux lves de rechercher individuellement l'crit des relations du type source d'nergie systme action partir des lments prsents sur l'illustration. Une phase de correction collective au tableau est ensuite mene afin de dgager l'ensemble des relations pouvant tre dduites. A l'aide des exemples nots au tableau, nous faisons alors le constat que les sources d'nergie prsentes dans la nature sont transformes par l'homme pour tre utilises. Nous constatons galement que diffrentes sources d'nergie, mises en uvre dans diffrents systmes peuvent produire la mme action, en l'occurrence permettent de se dplacer. Je reviens alors l'exemple de notre grue air, qui pouvait galement fonctionner avec de l'eau, ou bien du sable. Une courte trace crite conclut cette phase de recherche, illustre par le document et les exemples inscrits pralablement au tableau. Dans un deuxime temps, sur leur cahier brouillon, les lves doivent complter des chanes nergtiques, en trouvant soit le systme appropri, soit la source d'nergie utiliser. Cet exercice est nouveau l'occasion de mettre en lumire la pluralit de systmes ou de sources d'nergie pour certaines actions. Il permet galement d'aborder la notion de chane nergtique complexe travers un exemple concret.

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3.5.3. Analyse de la sance et pistes d'amliorationCette sance se prsente la fois comme une sance de gnralisation des deux sances prcdentes centres sur la ralisation technologique et une sance de transition vers la sance suivante sur la fabrication de l'lectricit. Dans l'optique de cette sance suivante, elle prsente la transformation de l'nergie. Le document de travail des lves est facile d'accs, et les systmes reprsents sont simples analyser, sans ambigut particulire. Ils permettent facilement aux lves d'apprhender la notion de transformation de l'nergie, tout en faisant l'conomie d'entrer dans des considrations thoriques, comme recommand dans les documents d'accompagnement des programmes sur le thme de l'nergie. Toutefois, je regrette que ce document ne se centre que sur la transformation de l'nergie utile pour gnrer un mouvement. La phase d'exercices prsente aux lves s'avre donc trs importante pour montrer que la transformation de l'nergie permet d'autres actions que le dplacement. Conformment aux instructions officielles, il n'est nullement question ici d'introduire la transformation de l'nergie d'un point de vue quantitatif et sans formalisme. Les notions de transformation de l'nergie et de chane de transformation de l'nergie sont donc simplement abordes l'aide d'exemples concrets et sous forme ludique.

3.6. Sance 5 : La fabrication de l'lectricit3.6.1. Objectifs et dispositif de la sanceL'lectricit est la forme d'nergie qui est majoritairement utilise par les enfants tous les jours et si son utilisation est traite dans les programmes, sa fabrication n'est pas clairement envisage, mais peut faire l'objet d'une attention particulire lors de l'tude des besoins en nergie, consommation et conomie d'nergie. Elle relve pourtant souvent du domaine du magique pour les enfants : l'lectricit est l, porte de main, en appuyant sur un bouton, mais ils ne savent pas d'o elle vient. Il m'a donc sembl opportun de prsenter aux lves les diffrentes techniques que nous utilisons pour fabriquer l'lectricit, afin de rinvestir sur des cas concrets la notion de chane nergtique. En outre, cette sance prsente une orientation importante vers le dveloppement durable et l'cologie, puisque les avantages et les inconvnients des diverses sources d'nergie utilises pour fabriquer l'lectricit constituent une partie essentielle de la sance.

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Pour atteindre ces objectifs, j'ai choisi de m'appuyer nouveau sur le travail de groupe : chaque groupe aura sa disposition un dossier documentaire traitant de la fabrication de l'lectricit suivant une technique : en utilisant des nergies fossiles dans les centrales thermiques, de l'uranium dans les centrales nuclaires, de l'eau dans les centrales hydrolectriques, du vent avec les oliennes, et le soleil avec des panneaux solaires. L'tude de ce dossier documentaire sera taye par un questionnaire remplir en groupe mettant en valeur les points essentiels du dossier, en vue de l'laboration d'un tableau de synthse pour chaque technique de fabrication de l'lectricit utilise : fonctionnement simplifi l'aide d'une chane de transformation de l'nergie, avantages et inconvnients relatifs. Les divers dossiers documentaires ainsi que les questionnaires sont disponibles en annexe (annexe 7 annexe 11). Les documents fournis doivent ainsi permettre d'arriver un tableau de synthse similaire au tableau 1 de la section 2.1.3.

3.6.2. Droulement de la sanceEn situation de dpart, je propose aux lves de travailler partir d'une illustration tire de la vie quotidienne, dans laquelle apparaissent de nombreux objets fonctionnant l'aide de l'lectricit. Je leur demande alors de trouver des chanes nergtiques, comme nous avons vu lors de la sance prcdente : l'lectricit est la source d'nergie de tous les systmes trouvs partir de cette illustration. Je leur fait alors remarquer que nous n'avons pas considr, juste titre, l'lectricit comme source d'nergie : elle n'est pas prsente de faon exploitable dans la nature. La problmatique de la sance est alors prsente : comment peuton fabriquer l'lectricit ? La constitution des groupes de travail est la mme que lors de la sance de fabrication. Les lves prennent alors individuellement connaissance du dossier documentaire. Les diffrents membres de chaque groupe changent sur le contenu des dossiers, permettant ainsi une comprhension globale plus fine de chacun des documents. La phase de travail de groupe se rvle toutefois plus longue que prvue dans ma prparation. Je dcide donc de diffrer une sance ultrieure la phase de mise en commun et d'institutionnalisation. Au dbut de la mise en commun, chaque lve reoit un tableau de synthse complter. J'interroge alors successivement chaque groupe propos du travail qui a t effectu lors de la sance prcdente. En m'appuyant sur les rponses de chaque groupe au questionnaire, nous compltons alors le tableau petit petit, faisant apparatre pour chaque source d'nergie considre le nom de la centrale lectrique, son fonctionnement l'aide d'une chane nergtique, ses avantages, et ses inconvnients. 31

3.6.3. Analyse de la sance et pistes d'amliorationCette sance m'a permis d'observer le travail de groupe au sein de la classe : les groupes sont identiques, mais le travail raliser est diffrent. La logique de production ne peut que trs difficilement se mettre en place. En outre, en distribuant des dossiers et des questionnaires diffrents chaque groupe, j'ai ainsi tch d'viter toute rivalit entre les groupes que j'avais pu constater lors de la sance de fabrication. J'ai ainsi pu constater que la tche raliser n'avait pas une incidence majeure sur le comportement de lves l'intrieur de chaque groupe : les lves ayant vritablement travaill en groupe lors de la sance de fabrication ont nouveau coopr efficacement lors du travail de recherche documentaire ; les groupes possdant un leader trs fort, parfois crasant pour les autres, ont galement eu tendance tomber nouveau dans un fonctionnement centr sur les ides du leader ; les groupes se dissipant toute occasion lors de la phase de fabrication ont nouveau rencontr cet obstacle, malgr un travail propos en apparence moins ludique. L'indicateur de russite de la phase de recherche tait le questionnaire auquel devait rpondre chaque groupe. Ce travail a avanc moins vite que prvu, et ce pour plusieurs raisons mon avis : d'une part, l'importance du dossier traiter a t source de confusion pour certains lves qui ne savaient pas par quoi commencer, malgr les consignes donnes au pralable. D'autre part, les lves ont rencontr plus de difficults de comprhension des documents que je ne l'avais prvu. Malgr le soin que j'avais pris dans la slection de mes documents, les lves ont longuement discut entre eux de certains points, recourant galement souvent au dictionnaire. Ces lments m'ont donc pouss diffrer la sance de mise en commun, afin de ne pas surcharger les lves, dont je sentais l'attention dcliner. Lors de la phase de mise en commun, j'ai pu mettre en lumire la difficult des lves laborer des chanes complexes de transformation de l'nergie. Ce type de chane n'ayant pas t tudi en profondeur, mais seulement abord au cours d'un exemple lors de la sance 4, il est vraisemblable que le manque de pratique de ce type de transformation a t l'origine de cette difficult. Toutefois, la verbalisation a permis d'laborer collectivement les chanes complexes de transformation de l'nergie ayant lieu dans une centrale thermique ou nuclaire. Par contre, les diffrents groupes ont mieux abord les avantages et inconvnients relatifs chaque source d'nergie utilise pour fabriquer de l'lectricit, ce qui a facilit cette partie du travail de synthse 32

3.7. Sance 6 : Evaluation3.7.1. Objectifs et dispositif de la sanceL'valuation crite propose est constitue de quatre exercices portants sur les divers concepts abords au cours de la squence. Un soin particulier a t pris de diffrencier la difficult en fonction du niveau des lves (CM1 ou CM2) Le premier exercice, commun aux deux niveaux, value la capacit dfinir les termes de sources d'nergie (non-)renouvelables, et de donner des exemples, ces notions ayant t vue la sance 1 et reprises aux cours des autres sances de la squence. Le deuxime exercice reprend la construction ralise par les lves lors des sances 2 et 3. Diffrents schmas de grue air (3 pour les CM1, 5 pour les CM2) sont prsents aux lves, chaque schma prsentant un dfaut ne lui autorisant pas un fonctionnement optimal. Les lves doivent analyser diffrents schmas afin d'expliquer ce qui ne fonctionne pas correctement dans le montage. Cet exercice value donc la capacit des lves observer un schma explicatif, ainsi que la capacit exprimer les rsultats d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique l'crit. Le troisime exercice reprend l'illustration utilise lors de la sance 4 sur la transformation de l'nergie. Il est alors demand aux lves de remplir des chanes de transformation nergtiques simples. Suivant le niveau des lves, ces chanes sont plus ou moins partiellement compltes. Le dernier exercice value les connaissances acquises lors de la sance 5, savoir d'une part nommer les diffrents types de centrales lectriques suivant la source d'nergie utilise. D'autre part, cet exercice value galement les connaissances des lves propos des avantages et inconvnients de la fabrication de l'lectricit partir de sources d'nergie renouvelables ou non, en diffrenciant nouveau suivant le niveau des lves : les lves de CM1 doivent citer un nombre d'avantages et d'inconvnients moindre que les lves de CM2. L'valuation complte (celle des lves de CM2) est disponible en annexe 12.

3.7.2. DroulementAprs lecture individuelle de chaque exercice, j'en fais une lecture haute voix. Je demande alors aux lves s'ils ont des difficults particulires comprendre certaines parties

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de l'nonc. Les lves disposent alors de 40 minutes pour effectuer l'valuation, individuellement.

3.7.3. Analyse et pistes d'amliorationCette valuation a permis d'valuer les divers points travaills au cours de cette squence, hormis la qualit du travail de groupe fourni lors des sances 2, 3 et 5. Les notions de source d'nergie renouvelables et non renouvelables sont dans l'ensemble trs bien comprises et permettent une trs large majorit d'lves d'obtenir de trs bons rsultats aux exercices 1 et 4. De mme, la notion de transformation de l'nergie value dans l'exercice 3 a donn de bons rsultats Par contre, j'ai t du et surpris des rponses fournies par les lves dans l'exercice 2. Si la plupart des lves ont su identifier avec justesse l'lment dfectueux dans les diverses grues air proposes, seulement 4 d'entre eux ont su correctement expliquer pourquoi les situations proposes ne fonctionneraient pas. Je pense que ma consigne crite et la reformulation orale n'ont pas t assez explicites quant aux attentes que j'avais au sujet de cet exercice.

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4. ConclusionNous avons pu voir travers ce mmoire que le concept dnergie regroupe des connaissances dans le domaine de la physique, mais possde galement une forte dimension co-citoyenne quil est indispensable de dvelopper chez les lves de cycle 3. En mappuyant sur les instructions officielles, la fabrication dune grue air par les lves a t le pivot de la squence que jai mene. Au del des spcificits de la dmarche exprimentale en technologie, cette ralisation technologique conduite en groupe me semble posteriori parfaitement adapte pour travailler avec pertinence les notions de sources dnergies, renouvelables ou non, ainsi que la notion de chane de transformation de lnergie. Cette ralisation aura permis de capter toute lattention des lves sur une thmatique assez aride priori. Toutefois, cette ralisation technologique et son exploitation par des questionnaires et la rdaction dune fiche de fabrication ne suffisent pas mon avis forger le concept dnergie. Il me semble indispensable deffectuer dune part un travail en amont avec les lves, afin de dfinir des points de vocabulaire qui pourraient les bloquer par la suite. Dautre part, en aval de la ralisation technologique, il mest apparu essentiel deffectuer une gnralisation des notions seulement abordes lors de la fabrication, et permettant une ouverture sur une thmatique plus large de lutilisation des sources d'nergies dans loptique dun dveloppement durable et dune co-responsabilit. Dun point de vue personnel, cette squence aura permis de dmystifier le travail de groupe et de balayer beaucoup de mes craintes son sujet. Je me rends compte toutefois quune prparation pralable des lves ce type de dispositif est ncessaire et peux rendre les apprentissages bien plus efficaces. Jai galement peru tout le plaisir quprouvaient les lves fabriquer un objet en groupe, se questionner, chercher des solutions, senthousiasmer Cest cette curiosit quil mapparat important de bonifier en utilisant un dispositif pdagogique adapt, afin de permettre aux lves daujourdhui de trouver leur place dans la socit de demain.

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5. BibliographieCOLLECTIF. 1997. Cahiers Pdagogiques Le travail de groupe. Septembre1997, n365. MEIRIEU, Philippe. 1997. Groupes et Apprentissages. Connexions. 1997, n68. DE VECCHI, Grard. 2006. Enseigner lexprimental en classe : pour une vritable ducation scientifique. Paris : Hachette Education. TERNAT, Claude Annie. 2005. De la Leon de choses la main la pte : lenseignement des sciences lcole de la Rpublique (1887 2001). Sur la Brche. Mars Avril 2005, n87 88. AUVERLOT, Daniel, DENIS, Bernard, FONTAINE, Christian, KAZMIEROWSKI, JeanClaude, LYOEN, Dominique. 1997. Sciences et Technologie : Mcanismes et Energie, Cycle des Approfondissements. Lille : CRDP du Nord Pas-de-Calais FRANCE, Ministre de lEducation Nationale, de la Jeunesse et des Sports. Les programmes et les horaires de lcole primaire. Bulletin officiel du Ministre de lEducation Nationale hors-srie n3 du 19 juin 2008. La Main la Pte : http://lamap.inrp.fr/

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IUFM de l'Acadmie de Montpellier Centre de Nmes

Anne 2008 2009

Comment forger le concept d'nergie au cycle 3

ANNEXES

Jean-Philippe TOURRENC

Tuteur : Mr. Bernard TRINQUIER Assesseur : Mr. Vincent SPIEGEL

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Table des annexesANNEXE 1 : Documents de recherche de la sance 1 ................................................... 40 ANNEXE 2 : Trace crite distribue lors de la sance 1 ............................................... 43 ANNEXE 3 : Une grue air ............................................................................................. 44 ANNEXE 4 : Questionnaire de la sance 2 ..................................................................... 45 ANNEXE 5 : Les lves lors de la fabrication ................................................................ 46 ANNEXE 6 : Document de dcouverte de la sance 4 ................................................... 47 ANNEXE 7 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales thermiques ........... 48 ANNEXE 8 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales nuclaires ............. 51 ANNEXE 9 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales hydrolectriques .. 54 ANNEXE 10 : Documents de recherche de la sance 5 : Eoliennes .............................. 57 ANNEXE 11 : Documents de recherche de la sance 5 : Solaire .................................. 59 ANNEXE 12 : Evaluation propose aux CM2 ................................................................ 62

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ANNEXE 1 : Documents de recherche de la sance 1

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ANNEXE 2 : Trace crite distribue lors de la sance 1

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ANNEXE 3 : Une grue air

Ailette

Axe form dune pique brochette

Rondelle soulever

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ANNEXE 4 : Questionnaire de la sance 2

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ANNEXE 5 : Les lves lors de la fabrication

Des choix de construction

parfois mauvais

Il faut que a tourne !

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ANNEXE 6 : Document de dcouverte de la sance 4

Tir de "Sciences et Technologie CM" Coll. Tavernier Bordas

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ANNEXE 7 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales thermiques

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ANNEXE 8 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales nuclaires

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ANNEXE 9 : Documents de recherche de la sance 5 : Centrales hydrolectriques

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ANNEXE 10 : Documents de recherche de la sance 5 : Eoliennes

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ANNEXE 11 : Documents de recherche de la sance 5 : Solaire

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ANNEXE 12 : Evaluation propose aux CM2

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