Mini-stage électricité
De Wikidebrouillard.
Sommaire |
A la découverte des bases de l'électricité
Découvrir l'électricité en s'amusant, c'est possible. Cet article propose une trame afin d'explorer plusieurs angles de l'électricité.
Cette trame vient d'un mini-stage sur l'électricité (sur 3 jours, 3H par jour) mais peut être adaptée...
Analyse didactique et épistémologique
Concepts scientifiques et techniques en jeu :
- Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série)
- Effets du courant électrique (effet Joule)
- Conductivité des matériaux
- Nature du courant
L'électricité est une forme d'énergie. L'énergie c'est quelque chose qui soit transforme la matière, soit génère une force. L'électricité est utilisée pour :
- éclairer
- chauffer
- générer un mouvement (moteur électrique).
- calculer (faire fonctionner de l'électronique en général).
- Usage industriel (four à induction, électrolyses, laser, IRM, champs magnétiques, accélérateurs de particules,...)
- Comment fonctionnent les appareils électroniques qui nous entourent ?
Représentations historiques et actuelles : (devrait être complété après chaque animation)
| représentation erronée | Rectification |
| Tous les matériaux sont isolants | Seul les matières dont les atomes ont des électrons qui peuvent se détacher facilement conduisent l'électricité. C'est le cas des métaux, du graphite, etc... |
| Les éclairs et l'électricité sont de nature différente | Un éclair est une décharge d'électricité statique. |
| une pile électrique c'est très chimique | il suffit d'utiliser des pièces de 5 centimes d'euro, des rondelles de bricolage, un peu de carton et de vinaigre et nous voilà sur les traces de Volta !! voir la balade thématique créons des piles |
| électricité et magnétisme n'ont rien n'a voir | électricité et magnétisme sont liés : un courant qui circule dans un fil génère un champ magnétique, un champ magnétique qui fluctue génère un courant dans un fil. |
| Il suffit de relier une pile à une ampoule par un fil pour que l'ampoule s'allume | L'ampoule de s'allume que si l'électricité passe à travers et que le circuit est dit fermé : le courant circule de la pile et revient à la pile. C'est la notion de circuit électrique |
Ce tableau devrait être complété après chaque animation
Notions pré-requises :
- aucune
Propositions de séances
Contenu de la séance 1 : Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série) et effet du courant (effet Joule)
Âge des participants et niveau scolaire : 6/14 ans
Nombre de participants par animateur : 12
Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Découvrir l'électricité en faisant un circuit qu'on complexifiera au fur et à mesure.
Déroulement de la séance 1
introduction :
On va partir de ce que les enfants pensent de l'électricité :
- Qu'est-ce que l'électricité ? Qu'est-ce qui la compose ?
- Comment ça fonctionne ?
- Quels sont ses effets ?
- ...
On amène ainsi les enfants à se questionner. Pour y répondre, on va réaliser un circuit. Pour se faire, on racontera une petite histoire : ce week-end, j'ai construit mon abri de jardin. Et j'aimerais avoir de la lumière dedans... Mais je suis pas électricien, alors j'ai besoin de vous...
Déroulement
Cette séance ne comprend qu'une seule séquence : l'utilisation de l'électricité. L'animation étant pour certains participants assez compliquée, on amènera les enfants à s'entraider. Son déroulement est décrit dans la fiche animation.
Séquence
Description de l'activité : Au fur et à mesure que l'histoire avance, on ajoute des composants, complexifiant le circuit à chaque étape.
Lien vers la ou les manip' : Base_de_l'électricité / Circuit_en_parallèle/en_série
Type de mise en scène : Défi basé sur une histoire.
Dynamique de groupe : Individuels mais cela peut varier, bien que l'idée soit que chaque enfant essaye et expérimente..
Observation et explication
Dans un premier temps, il s'agit de concevoir un circuit et de le faire fonctionner comme on le demande. Par ce biais, on voit le principe de circuit en série (les interrupteurs), de circuits en parallèle (les ampoules/LED). Une fois le circuit fermé, le courant passe dans les différents composants : quand on ouvre un interrupteur, le courant ne passe plus.
Conclusion de la séance
A la fin de séance, on prendra un petit moment afin que chaque enfant redessine (à la main) le circuit qu'ils ont réalisé. On pourra à cette occasion leur donner les différentes représentations des éléments constituant un circuit électrique. On pourra ensuite regarder les différentes visions/dessins et essayer, ensemble, de voir comment on dessine le circuit, si un dessin ne correspond pas à ce circuit, a quel circuit il correspond, … Une fois le circuit expliqué, dessiné, … On amènera les enfants à se questionner sur la production d'électricité : c'est le thème de la 2e séance.
Application dans la vie quotidienne ou dans la nature
La mise en scène de la manip' permet de faire le lien avec le quotidien.
Bilan de la Séance
Le principe de recherche du circuit fonctionne très bien chez les enfants : ils cherchent et testent différentes solutions. Cependant, il faut faire attention à ce que ça reste bon enfant : que ceux qui arrivent pas soient pas moqués.
Rangement participatif
Le fait de démonter le circuit est la fin de la séance : on voit que si on débranche le courant ne passe plus...
Commentaire pédagogique et précaution
Attention au court-circuit !
Propositions de séances
Contenu de la séance 2 : Conductivité des matériaux et nature du courant (création)
Âge des participants et niveau scolaire : 6/14 ans
Nombre de participants par animateur : 12
Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Découvrir l'électricité en la produisant par différents moyens et réaliser un circuit électrique en réduisant le nombre de fils
Déroulement de la séance 2
introduction :
On présentera les différents ateliers en expliquant qu'on remplace la pile d'hier par différents systèmes ou les fils par des matériaux conducteurs. On demandera la séquence en demandant aux enfants de citer ce qu'ils connaissent comme matériaux conducteurs et/ou comme procédés pour fabriquer des piles.
déroulement
On fera plusieurs ateliers : chaque atelier amènera une façon de créer une pile/de conduire le courant. On composera plusieurs groupes qui changeront d'atelier au bout d'un temps donné.
Séquence
Description de l'activité : Chaque groupe faisant les expériences en même temps, on peut pas à proprement parler de séquences différentes... Une fois que le temps est écoulé, chaque groupe change d'atelier. Si un groupe n'arrive pas à finir à temps, l'animateur pourra soit leur donner la solution soit attendre que tout le monde ait essayé pour demander à un groupe ayant réussi d'expliquer.
Lien vers la ou les manip' :
- Afin d'avoir des idées pour créer des piles : Créons_des_piles
- Et des moyens de conduire le courant : Squishy_circuits / Conductivité
Type de mise en scène : On divisera le lieu d'animations en le nombre d'ateliers en donnant le matériel nécessaire (et pourquoi pas des pièges?)
Dynamique de groupe : Par petits groupes.
Observation et explication
On observe dans le cas des piles (la plupart du temps) que le cuivre devient gris alors que le zinc disparait petit à petit. Il y a réaction d'oxydo-réduction. Le citron contient plusieurs ions (prenons en un symbolisé ici par la lettre A). Le zinc va alors cédé des électrons qui vont être capté par A. Le résultat de cette perte va alors se déposer sur la plaque de cuivre. Ainsi petit à petit le zinc (métal) va se changer en ions qui vont se déposer sur le cuivre (le rendant terne) faisant disparaître la plaque de métal. Cette réaction continue tant que l'ion A est présent dans le citron. Ce passage d'électron produit le courant de la pile.
Pour ce qui est des expériences pâtes squishy et conductivité, tout repose sur les ajouts de sel dans les expériences. En effet, on voit que l'eau déminéralisée ne conduit pas le courant : c'est la présence des minéraux qui le permet et sans le sel, la pâte squishy ne conduit pas le courant : la farine n'est pas conductrice. L'ajout de sel permet d'ajouter des ions à l'eau. Ces ions ne sont pas électriquement neutres : ils permettent au courant de passer.
Conclusion de la séance
On peut conclure la séance en mélangeant les piles et les fils de différentes natures afin de créer un super circuit capable d'alimenter plus de leds, de moteurs, … Puis on demandera aux enfants de citer les différentes sources d'énergie, si (comme c'était le cas), on a pas d'expérience sur l'énergie solaire, on évoquera le sujet.
Application dans la vie quotidienne ou dans la nature
Cette série d'expérience permet d'expliquer la conductivité, voir que l'eau ne conduit que si elle a des éléments, par exemple, afin de briser les « on dit ». Au niveau des liens avec la vie quotidienne, on voit le fonctionnement des piles mais aussi leur histoire : comment elles ont été créées à l'origine.
Bilan de la Séance
Cette série d'expérience permet d'expliquer la conductivité, voir que l'eau ne conduit que si elle a des éléments, par exemple, afin de briser les « on dit ». Au niveau des liens avec la vie quotidienne, on voit le fonctionnement des piles mais aussi leur histoire : comment elles ont été créées à l'origine.
Rangement participatif
A nouveau, le rangement fait partit de la séance : ça peut être l'occasion de mélanger les expériences en remplaçant une pomme de terre par un citron, un fil par de l'eau salée et de créer une super circuit reprenant tous les ateliers.
Commentaire pédagogique et précaution
Développer l'esprit d'équipe et la collaboration, pas la concurrence !
Propositions de séances
Contenu de la séance 3 : Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série) et effets du courant électrique (effet Joule)
Âge des participants et niveau scolaire : 10/14 ans
Nombre de participants : 10
Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Mettre en œuvre dans un cas concret ce qui a été appris lors des 2 jours précédents.
Déroulement de la séance 3
introduction :
Afin de terminer le mini-stage, on réalisera un objet de la vie de tous les jours afin de concrétiser les connaissances vues.
déroulement
Le but est de créer une lampe de poche : savoir relier les câbles, créer un interrupteur, ...
Séquence
Description de l'activité : On mettra le matériel à disposition des enfants et on leur demandera comment on peut réaliser une lampe de poche avec tout ça. Le but est de leur faire trouver la façon (ou une façon de faire) afin que chacun puisse tester et expérimenter, voire repartir avec une lampe au fonctionnement unique.
Lien vers la ou les manip' : Lampe_de_poche
Type de mise en scène : Chaque enfant est invité à proposer, essayer et partager ses idées avec le reste du groupe, comme un brainstorming.
Dynamique de groupe : Individuel pour la recherche, groupe entier pour la réflexion
Observation et explication
Ce que l'on constate c'est déjà que l'on peut créer une lampe en poche avec peu : l'interrupteur avec 2 trombones, les pinces crocos avec des trombones également, le corps de la lampe avec un rouleau de papier toilette vide, ... De plus, une fois que l'on ferme le circuit et que les composants sont bien reliés, la lampe s'allume : l'effet joule produit de la lumière en consommant le fil interne de l'ampoule. C'est le même principe qui fait chauffer et rougir la graphite quand elle est reliée électriquement...
Conclusion de la séance
Pourquoi ne pas essayer de trouver un autre système d'alimentation que les piles du commerce ? Panneau solaire, piles diverses, … Tout en réfléchissant à l'aspect réaliste, pratique, … De chaque système et en discutant tous ensembles. Si c'est faisable, pourquoi ne pas conclure par un cache-cache dans le noir grâce aux lampes de poches ?
Application dans la vie quotidienne ou dans la nature
Créer un objet courant permet de faire le lien avec la vie de tous les jours : cela donne du sens aux 2 jours précédents en amenant un cas plus concret aux enfants.
Bilan de la Séance
Bilan positif : les enfants font plusieurs tests de lampes, cherchent à innover pour avoir un modèle unique, … Il faut juste faire attention qu'un d'entre eux ne fassent pas fausses routes au risque de ne pas finir à temps...
Commentaire pédagogique et précaution
Attention à ce que chaque enfant arrive a en faire une : si la proposition de lampe est fausse, lui conseiller autre chose.
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