La voiture du futur en CM1 et CM2

La mobilité durable déclinée sur plusieurs niveaux

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SÉANCE 1    
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
  • Notion de contrainte.

Démarches et approches

              Observation          Manipulation         Expérimentation

              Simulation            Fabrication            Documentation

Résumé de la séance
  • Chaque équipe apporte une petite voiture. On observe la masse, la vitesse et la distance parcourue par le véhicule. Les élèves s'interrogent sur ce qui permet au véhicule d'avancer et pourquoi il s'arrête.
Déroulement de la séance - 2H00

05'—Entrée des élèves

05'—Le professeur présente à l'ensemble de la classe une petite voiture, puis interroge la classe.

10'—Situation déclenchante : Comment pourrait-on faire avancer ce petit véhicule le plus loin possible ? »

100'—Les enfants font l’expérience avec une petite voiture.

Dans chaque groupe, les enfants sont invités à lister les éléments :

  • qui permettraient au véhicule d’avancer,
  • qui empêcheraient le véhicule d’avancer.

Ce travail peut se faire sous forme de liste ou carte mentale.

 Contenus possibles (modèle professeur) : Les activités proposées à chaque séance figurent dans le document de travail à la disposition des élèves sans les corrections.

En quoi consiste le défi ? Les équipes s’affrontent pour faire avancer une voiture le plus loin possible . Chaque équipe a apporté une petite voiture.

Les élèves doivent respecter un protocole :

  • pousser à la main le véhicule sur 50 cm et le lâcher au niveau d’un repère,
  • mesurer avec votre règle la distance parcourue par chaque voiture,
  • peser le véhicule,
  • indiquer la distance parcourue et la masse du véhicule dans le cahier d'expérience.

Les élèves doivent répondre aux questions suivantes :

  • Que pouvez-vous observer à propos de la vitesse des voitures ? Pourquoi chaque véhicule se déplace sur des distances différentes ?

La classe observe que le véhicule avance, que sa vitesse est de plus en plus faible et qu’il finit par s’immobiliser. Chaque véhicule parcourt une distance différente.

  • Pourquoi le véhicule avance ? Quelle est l’énergie utilisée ?

Le véhicule est propulsé par la bras. Cette énergie est musculaire.

Remarque : Ce type de réponse doit faire l'objet d'une explication adaptée et, en comparaison, d'une présentation simple des principaux types d'énergie.

  • Pourquoi le véhicule s’arrête ?

Le véhicule s’arrête à cause des frottements des roues sur le sol, de la résistance de l’air et du frottement des pièces mécaniques entre elles.

  • Si le véhicule est lourd, faudra-il plus d’énergie pour le faire avancer ?
Oui, plus le véhicule est lourd, plus la quantité d’énergie nécessaire pour le faire avancer est importante.

Pour terminer la séance, les élèves doivent indiquer la masse de leur véhicule sur le cahier

 

SÉANCE 2    
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Élaborer et mettre en oeuvre un protocole pour appréhender la notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse d’un objet.
  • Mouvements dont la valeur de la vitesse (module) est constante ou variable (accélération, décélération) dans un mouvement rectiligne.

Démarches et approches

              Observation          Manipulation         Expérimentation

              Simulation            Fabrication            Documentation

Résumé de la séance
  • Les élèves font les plans du véhicule envisagé et propose une hypothèse sur la distance qu'il va parcourir.
Déroulement de la séance - 2H00

05'—Entrée des élèves.

15'—Distribution du matériel nécessaire à la réalisation d’un prototype de véhicule.

30'—Les enfants formulent des hypothèses sur les caractéristiques du véhicule qui ira le plus loin.

60'—Chaque enfant, au sein de son équipe dessine sa voiture.

Important : Il faut arriver à un consensus par savoir quel véhicule sera fabriqué.

10'—Rangement du matériel.

 Contenus possibles :

Les élèves vont imaginer et dessiner un véhicule qui va avancer sans qu'on le pousse.

Le professeur présente le type de matériel mis à disposition. En équipe, les élèves choisissent le matériel dont il ont besoin.

Bouchon pour les rouesBallon pour propulserÉlastique pour propulser
Carton pour le châssis du véhiculeTige en bois pour l'axe de rouePetit matériel ... dont un mètre à couture, scotch, etc.

  • Plan du véhicule :

Les élèves doivent maintenant faire avancer leur voiture en utilisant au choix l’élastique ou le ballon comme système de propulsion.

Dans le cahier de sciences, ils réalisent un plan de leur véhicule, puis indiquent en centimètres les dimensions des différentes parties de la voiture.

Quelques exemples de réalisations :

Qu'est-ce q’une hypothèse scientifique ? C’est une idée, une proposition qu'il faut vérifier (si elle est vraie ou non) au moyen d’une expérience.

  • Problématisation : Les élèves doivent la faire sur la distance que va parcourir leurs véhicules, en indiquant le type de propulsion (ballon ou élastique) qu'ils auront choisi. 

 « Je fais l’hypothèse que le véhicule de mon groupe va parcourir  ........ mètres, car ........... . »

 

SÉANCE 3    
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
  • Caractéristiques et propriétés (aptitude au façonnage, valorisation).

Démarches et approches

              Observation          Manipulation         Expérimentation

              Simulation            Fabrication            Documentation

Résumé de la séance
  • Fabrication du véhicule à partir du matériel et des matériaux disponibles.
Déroulement de la séance - 2H00

05'—Entrée des élèves

80'—Les enfants en utilisant les matériaux et matériels disponibles fabriquent le véhicule qui ressemble au plan.

20'—Pesée des véhicules

15'—Rangement du matériel

 Contenus possibles :

Les élèves doivent fabriquer un véhicule qui ressemble le plus possible à leur plan.

  • Fabrication de la voiture : Distribution du matériel à disposition sur la table de chaque équipe.
Quelques exemples de réalisations :

Compétence évaluée du domaine 4 — conception, création et réalisation :

CritèresObjectif non atteintObjectif partiellement atteintObjectif atteintObjectif dépassé
  • D4 — Réalisation d'une pièce conforme au plan.
  • La fabrication ne correspond pas au plan.
La fabrication correspond au plan
  • Pas d'erreur - La pièce est conforme au plan.
  • D3  — Comprendre et respecter les consignes.
  • L'élève n'est pas autonome. Il n'utilise pas les ressources ou ne les comprend pas - Conflit - Non respect des consignes.
Pas de conflit et respect des consignes
  • L'élève est autonome - Pas de conflit. respect des consignes

 

SÉANCE 4    
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Identifier des sources d’énergie et des formes.

Démarches et approches

              Observation          Manipulation         Expérimentation

              Simulation            Fabrication            Documentation

Résumé de la séance
  • Tests et comparaison des véhicules. Réponse à la problématique de départ.
Déroulement de la séance - 2H00

05'—Entrée des élèves

90'—Chaque équipe teste son véhicule. Un arbitre vérifie la distance parcourue. Les enfants indiquent sur le cahier :

  • la distance parcourue,
  • si cette distance est conforme ou non aux attentes du groupe, 
  • ce qui à freiné le véhicule,
  • ce qui a permis au véhicule d’avancer.

Les enfants rende compte des observations et de l’expérience en utilisant un vocabulaire précis.

15'—Rangement du matériel.

10'—Synthèse de fin de séance : Lors de la mise en oeuvre du projet, il faut tenir compte de la famille des matériaux, de leurs propriétés, des sources d’énergie disponibles, de la perte par frottement et de la masse et du rendement du système.

 Contenus possibles :

Protocole de l'expérience à réaliser 3 fois :

  • Faire un marquage au sol pour repérer la ligne de départ de votre véhicule,
  • Recharger le véhicule en énergie en gonflant le ballon ou en enroulant l’élastique,
  • Mesurer le diamètre du ballon ou le nombre de tours de l’élastique,
  • Positionner le véhicule sur la ligne de départ,
  • Chronométrer et mesurer la distance parcourue,
  • Faire un marquage au sol pour repérer la ligne d'arrivée de votre véhicule et mesurer la distance parcourue.

Protocole : Ensemble des étapes qui permettent de réaliser avec rigueur une expérience scientifique. 

  • Compléter le tableau suivant au fur et à mesure que les tests sont réalisés : 
  • Groupe :
  • Test 1— distance parcourue et temps.
  • 1 - diamètre du ballon une fois gonflé ........... centimètres
  ou
  • nombre de tours d’élastique ........... tours
  • 2 - distance………….mètres  et temps  en secondes ...........
  • Test 2 —  distance parcourue et temps.
  • 1 - diamètre du ballon une fois gonflé ........... centimètres
  ou 
  • nombre de tours d’élastique ........... tours
  • 2 - distance………….mètres  et temps  en secondes ...........
  • Test 3 —  distance parcourue et temps.
  • 1 - diamètre du ballon une fois gonflé ........... centimètres
  ou 
  • nombre de tours d’élastique ........... tours
  • 2 - distance………….mètres  et temps  en secondes ...........
  • La distance parcourue est-elle inférieure ou supérieure à celle prévue dans votre hypothèse ?
  • Indiquer ce qui a freiné votre véhicule ?
  • Je suppose que mon véhicule est freiné car : « l’ensemble des matériaux que nous avons utilisé ne permet pas de faire un véhicule qui roule vraiment bien ».

Que déduisez-vous  lorsque vous comparez  la distance que vous aviez imaginée dans votre hypothèse et la distance réellement parcourue par votre véhicule ?

« Mon véhicule a parcouru une distance inférieure à mon hypothèse parce que mon système de propulsion (ballon ou élastique) ne permet pas de stocker assez d’énergie ».

  • Dans le schéma qui représente la classe vue de dessus, les élèves doivent placer les mots : Espace de circulation — Trajectoire rectiligne — Observateurs — Voiture sur la ligne de départ.
                                        

 

  • Calculer la vitesse moyenne du véhicule : Comment calculer la vitesse d’un objet ?
La vitesse (m/s ou km/h) = distance parcourue en mètres ou kilomètres ⁄ temps en secondes ou heures.

Par exemple :  Une voiture parcourt 100 mètres en 5 secondes. Sa vitesse est de 100 / 5= 20 m/s. La vitesse peut aussi s’exprimer en km/h. Un automobiliste a parcouru les 316 km qui séparent Paris de Dijon en 4 heures. Quelle est sa vitesse moyenne ?

Pour calculer cette vitesse moyenne, il faudra diviser la distance parcourue par la durée du parcours soit 316 : 4 = 79 km/h

Travail à faire : Pour toutes les équipes de la classe, les élèves doivent indiquer dans le tableau la vitesse de chaque véhicule, pour désigner celle qui a le véhicule plus rapide.

ÉquipesCalculsRésultats
  • Équipe 1
  • etc.

  • Compétence évaluée : Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.

CritèresMaîtrise insuffisanteMaîtrise fragileMaîtrise satisfaisanteTrès bonne maîtrise
  • L'élève explique son projet à l'oral.
  • Il ne connait pas le vocabulaire. Il n'a pas compris les différentes étapes : hypothèse, expérimentation et conclusion.
  • Il est capable de justifier ses choix. Il connait le vocabulaire du cours. Il a compris les différentes étapes : hypothèse, expérimentation et conclusion.

* c'est l'ensemble des étapes qui permettent de réaliser avec rigueur une expérience scientifique.

RETENIR L'ESSENTIEL   

  •  Les différents points peuvent être distribués au fur et à mesure des séances.
  • x
  • Le protocole : c'est un ensemble d'étapes qui permettent de réaliser avec rigueur une expérience scientifique.
  • Le mouvement : Le mouvement est le déplacement d’un objet (votre voiture) dans un espace (la salle de classe). Le mouvement d’un objet est décrit par un observateur (vous) dans un repère donné.
    • • Votre voiture est allée droit devant elle. Elle a donc un mouvement rectiligne.
    • • Votre voiture a fini par s’arrêter donc on peut dire que sa vitesse a décélérée (aller de moins en moins vite jusqu’à l’arrêt).
  • Les énergies : Pour avancer votre véhicule a utilisé différentes énergies.
  • Le véhicule emporte avec lui une quantité d’énergie stockée dans un système technique : le ballon qui est un réservoir à air qui se vide ou l’élastique qui se déroule.
  • La voiture permet de transformer l’énergie  stockée en mouvement.
  • On constate que pour une même quantité d’énergie embarquée les différents véhicules vont plus ou moins loin.
  • Ces différences de performances des véhicules sont liées :
    • • aux matières utilisées pour la fabrication,
    • • aux frottements entre les différentes parties de la voiture,  
    • • à la masse du véhicule,
    • • à la quantité d’énergie stockée dans le réservoir à énergie.
  • Un système technique : est  un objet fabriqué par l’homme qui transforme de l’énergie pour rendre un service. Un moteur de voiture transforme l’énergie chimique (essence) en énergie mécanique pour faire avancer le véhicule.
Projet pédagogique