Documents pour les Sciences à l’Ecole Primaire

INTRODUCTION et SOMMAIRE

Ce blog traite des sciences physiques et l’astronomie pour l’école élémentaire et comporte trois parties. La première tente de répondre aux besoins les plus urgents des étudiants de master 2 en stage filé,  des Professeurs des écoles stagiaires PES et des néo-titulaires. La seconde s’adresse aux étudiants qui veulent devenir professeur  des écoles  lorsqu’ils préparent le  master 1,  puis  en début de master 2 à quelques semaines de l’écrit du  concours. La troisième partie concernant directement la mise en oeuvre de séances  pour tous cycles  avait été écrite du temps des PE2, elle  permet donc aux étudiants actuels de profiter des acquis antérieurs.

NOUVEAU : Réaliser une maquette permettant de mieux comprendre le phénomène des saisons

Sciences Physiques et Astronomie – Tour d’horizon et liens internet 3

1 - Pour Les Néo-titulaires

Pour tenter de répondre à l’urgence …

2- Documents pour préparer le Master 1 et le CRPE

Ces documents sont évidemment destinés aux étudiants de Master 1 mais ceux qui sont actuellement inscrits en Master 2 sans avoir été admis à la session de septembre 2010 pourront y trouver des résumés utiles pour préparer à nouveau le concours.

3-Sciences à l’école Primaire

J’ai choisi de privilégier les situations du programme qui permettent aux  enseignants débutants ou des enseignants confirmés mais se sentant mal à l’aise dans l’enseignement des sciences, de produire efficacement du savoir en s’appuyant sur des expériences ou des observations réalisées par les élèves eux-mêmes. La séance à propos des vases communicants en est un exemple emblématique.

En sciences physiques , ce qui est noté sur les cahiers  puis appris par les élèves, devrait essentiellement être le fruit d’expériences ou d’ observations.   Je tente ici de  vous montrer comment la chose est possible sans gaspiller de temps.

En astronomie il est possible et donc souhaitable de mettre en œuvre une démarche analogue: commencer par des observations et des relevés ( cycle de  Lune, évolution de l’ombre d’une vis…) puis  tenter d’expliquer les phénomènes observés  en mettant  en place  une modélisation appropriée ( par exemple :  le jour et la nuit avec une boule éclairée par…le Soleil ).  Ce sera   plus profitable aux élèves qu’une grande leçon savante à propos du système solaire.

Le thème de l’énergie est très difficile à traiter dans son aspect scientifique  pour un PES ou un néo-titulaire je donne néanmoins quelques liens utiles. Je m’abstiens  aussi sur les grands thèmes à la mode ( effet de serre, développement durable… ) car il ne me semblent pas les plus propices aux apprentissages fondamentaux que  je ne veux jamais perdre de vue.

En effet,  il me semble qu’à l’école élémentaire nous avons des objectifs modestes mais  nous devons poursuivre ces objectifs avec rigueur ( qualité des schémas, de l’expression écrite et orale …). Les sciences n’échappent pas à cette règle bien au contraire…Si vous choisissez des sujets trop  ambitieux  ou trop généraux,  à la fois pour vous et pour vos élèves,  vous risquez de faire en sorte que ces derniers  s’éparpillent …

Le plan de Sciences à l’école est :

1- Quelques progressions du cycle 1 au cycle 3

L’eau, l’air, la solubilité, les aimants, lumière et ombre,  astronomie.

2- Sciences en MATERNELLE

3- OBSERVER du cycle 2 au cycle 3

Les situations simples idéales pour enseignants débutants.

4- Sciences au CYCLE 3

Astronomie, mesure des durées , états de la matière, électricité,  magnétisme  : des aimants au méridien…

5- Liens avec les autres disciplines : Trans- et Interdisciplinarité

Liens  avec les maths, la langue, la technologie…l’apprentissage de la schématisation.

6- Comment se procurer le MATÉRIEL ?

Ce ne doit pas être un obstacle …

 

N’hésitez pas à me faire part de vos observations ou suggestions ( marcel.chantal1@9online.fr)


Comment se procurer le matériel ?

Le matériel n’est obstacle insurmontable , il ne faut pas que ce soit un  prétexte commode pour « ne pas faire ». Je  suis par goût personnel  un adepte de l’économie de moyens.  Si une expérience de physique est « réussie » elle sera d’autant plus « percutante » auprès des élèves que les moyens utilisés pour la mettre  en œuvre seront simples.

Mais bien sûr certaines expériences requièrent un matériel spécialisé, ainsi quelques aimants droits sont nécessaires pour travailler sérieusement sur  aimants, boussoles et orientation à la fin du cycle 3…

le-materiel-en-sciences-physiques.pdf

Quels liens avec les autres disciplines ? Transdisciplinarité.

1- physique-et-techno.pdf

Quelques points de repères importants, rédigé par les collègues de physique et technologie du centre Iufm de Melun-Torcy

2- Ce document: sciences-et-langue.pdfn’a pas la prétention d’être exhaustif. Il veut essentiellement attirer l’attention des enseignants sur les points suivants :

- le vocabulaire : dans un premier temps l’enseignant doit impérativement se dépouiller de toute formulation trop savante. L’apprentissage d’un vocabulaire « scientifique » ne se justifie qu’après la construction d’une notion.

- sérier les étapes : Qu’a-t-on fait?    Qu’a-t-on observé?   Qu’a-t-on appris ?    alors que l’inclination spontanée des élèves c’est de  tout dire en même temps.

- la notion de débat est à la mode, mais attention : 1- ce n’est pas le débat qui fonde le savoir, 2- il faut se méfier de la fugacité du débat et se forcer à « poser » tranquillement les choses au tableau.

- les lectures : quelle est leur place en sciences ?

3- quand-utilise-t-on-les-maths-en-sciences.pdf

Quelques exemples, surtout à la fin du cycle 3. Il  ne faut pas mathématiser trop vite les sciences à l’école mais par contre lorsqu’une notion de géométrie est utilisée en Astronomie , elle s’en trouve renforcée chez les élèves.

4-Faire de la physique, c’est aussi apprendre à représenter les expériences :

Du dessin au schéma à l’école primaire

SCIENCES au CYCLE 3

A mesure que les élèves grandissent leur possibilités sont décuplées…Et naturellement le programme en tient compte.

1- Lumière et Astronomie

 

NOUVEAU : Réaliser une maquette permettant de mieux comprendre le phénomène des saisons

C’est le domaine où la formation est la plus nécessaire : en effet contrairement à ce que l’on pourrait croire a priori, il est tout à fait possible d’enseigner l’astronomie en classe en rendant les élèves actifs et en étant assez peu dépendants des manuels scolaires.

Dans quel état d’esprit faut-il travailler ?

comment-enseigner-lastronomie.pdf

releve-classe-autour.JPGhyeres-lever-de-soleil-5-fevrier.jpgmidi-a-paris-simule.jpgastrosaladier11.jpg

- A- OMBRE et LUMIÈRE

ombre-du-gnomon-vue-de-cote.pdf

- B- LE MOUVEMENT APPARENT DU SOLEIL

1 – Le soleil ne se lève pas toujours à l’Est : lever-de-soleil-a-hyeres-version-2008.pdf

2 – Comment de manière pragmatique étudier les saisons : le-mouvement-apparent-du-soleil-et-les-saisons.pdf

J’explique ici  l’usage du mot pragmatique.  Dans un premier temps « laissez tomber » le mouvement de translation elliptique de l’axe de la Terre qui est incliné à 23°27′ par rapport au plan de l’écliptique ….Et étudiez plutôt avec vos élèves ce qui se passe « vu de chez nous ».
3- Pour le maître une construction à effectuer qui facilitera le bilan des travaux de l’année : realiser-une-mini-trajectoire-apparente-du-soleil.pdf

- C-  LE JOUR et la NUIT

Simuler le jour et la nuit à l’aide de boules de polystyrène et …le vrai Soleil comme source de lumière ( pas besoin de lampes de poche). Tous les élèves peuvent ainsi manipuler . Pour vous documenter vous pouvez choisir :

- Un coup d’œil  en une page : simuler-facilement-lalternance-jour-nuit.pdf

- Deux DIAPORAMAS :

1- Le Cours de l’iufm : le-jour-et-la-nuit-les-eclipses1

2- L’ expérience d’une PE2 en stage groupé : jour-et-nuit-au-ce2-une-trace-ecrite-mobile

Imprimez la page qui suit et vous disposerez de 15 modèles réduits de la carte de France, à coller chacun sur une boule de polystyrène pour la simulation Jour/nuit : 15-frances-pour-la-simulation-jour-nuit.pdf

Avec le même matériel :  il est possible très simplement d’expliquer le pourquoi des fuseaux horaires. On dessine des méridiens sur la boule. Des mini baguettes de bois représentent des vis verticales en différents points du globe. Lorsqu’en un point donné  l’ombre portée d’une vis est dirigée vers le pôle nord, c’est qu’il y est midi solaire …. comment-concretiser-la-necessite-des-fuseaux-horaires.pdf

Photos satellites de l’arrivée progressive du jour et de la nuit sur l’Europe de l’ouest :

Le TERMINATEUR est la limite entre le jour et la nuit. Dans son excellent livre : « La science par le petit bout de la lorgnette » (DUNOD), mon estimé collègue Vincent BUGEAT explique en pages 122 et 123 que le terminateur ne suit la direction d’un méridien qu’aux équinoxes. En voici les preuves :

terminateur-matin ( fin novembre)

terminateur-soir (fin novembre)

terminateur-du-soir-au-soltice-dete

terminateur-matin-au-soltice-dete

Une séance sur jour/nuit pourrait tout à fait commencer par l’analyse de l’un ces documents par les élèves, cela permettrait de MOBILISER intelligemment leurs conceptions.

Il est aussi possible de faire ces observations directement avec un globe en l’orientant convenablement :

Le globe au Soleil

et de retrouver ces informations sur internet (vue de la Terre au moment où vous cliquez)  :

Earth?imgsize=320&opt=-l&lat=50.8&ns=North&lon=355.5&ew=West&alt=1000000&img=learth.evif

- D – LA LUNE

Presque pour le plaisir : observer-la-lune.pdf (document réalisé à l’aide de photos prises sur le net)

Quel est l’aspect de   la Lune aujourd’hui ?–> La lune en temps réelsur le net :

action?opt=-m&img=MoonTopo.evif

Comment « expliquer » les phases en classe    :les-phases-de-la-lune.pdf

( attention une faute de frappe dans ce dernier document il faut lire : « la lune descendante s’observe le MATIN » au lieu de « soir »)

- E- LE SYSTÈME SOLAIRE

que-doit-on-connaitre-a-propos-du-systeme-solaire-juin-2008.pdf

-  F – UNE VISITE au PLANETARIUM du PALAIS de la DECOUVERTE

Un moyen de s’initier à l’observation du ciel de nuit : visite-au-palais-de-la-decouverte-du-27-mars-2008.pdf


- G – S’INITIER A L’OBSERVATION – LE CIEL DU MOIS COURANT

Paradoxalement c’est d’abord l’hiver qu’il faut observer le ciel. La nuit est plus longue et les constellations observées sont plus belles…

DIAPORAMA : observer-la-grande-ourse-et-le-ciel-dhiver

Le ciel du mois courant, le ciel du jour sur le net :

cielproc.htm

cm.htm

cielmois.htm

page5.html

frenchplanetarium.html

2- Mesure des durées


 

démarche expérimentale

pendule-simple-en-classe-etude-experimentale.pdf

On réalise un pendule simple à l’aide d’un fil et d’un gros boulon. A l’équilibre c’est un fil à plomb qui matérialise la verticale du lieu où l’on se trouve. On l’écarte de sa position d’équilibre et il oscille. L’objectif consiste à jouer sur les variables du phénomène pour faire en sorte que la durée d’un aller-retour du pendule soit une seconde, de manière à ce que l’on puisse « compter le temps ».

C’est l’un des meilleurs « rapport qualité/prix pédagogique » que je puisse vous proposer . Rapport entre le coût du matériel, l’investissement de l’enseignant d’une part et ce qui est apporté aux élèves d’autre part : une vraie démarche expérimentale avec séparation des variables …De nombreux PE2 d’origine non-scientifique ont mené avec succès cette recherche avec leur élèves au cours de leur stage groupé…

3- Les états de la matière

L’AIR : un lien très intéressant à partir duquel vous trouverez différentes expériences permettant d’approfondir la conscience de l’existence de l’air et notamment celles qui permettent de comprendre le mécanisme de la respiration :

magique ? non …atmosphérique ! (PDF)


La FUSION et la CONGÉLATION de l’eau peuvent être étudiés que l’on se situe en maternelle ou au cycle 3. Lorsqu’il neige , il faut en profiter : d’une part cela  motive les élèves et d’autre part cela évite la peine de fabriquer de la glace concassée.  DIAPORAMA : fusion-et-congelation

la-vapeur-deau-est-toujours-invisible-pdf.pdf–> La confusion entre vapeur d’eau ( toujours invisible) et brouillard ( visible) ne doit pas être entretenue. Il est bien difficile pour les élèves d’imaginer que l’eau peut devenir un gaz qui a toutes les propriétés d’un gaz.  En conséquence une seule observation ne suffira pas.  A vous de choisir deux ou trois observations parmi celles qui vous sont proposées. Un lien est à faire avec les climats : l’air humide, c’est de l’air qui contient beaucoup de vapeur d’eau invisible…

En ce qui concerne les  MÉLANGES je renvoie à l’excellent travail de la circonscription de Brunoy (91) très complet et illustré par des photos :

spip.php?article158

4 – Électricité et Magnétisme


(aimants et boussole)

Pour aller au delà de « pile-ampoule »… en cycle 3 cliquez sur le lien suivant :

electricite-a-la-fin-du-cycle-3.pdf

Une fois encore il ne suffit pas de manipuler pour construire un concept. Sur les dessins faites représenter par les élèves (au crayon rouge) quel est le chemin parcouru par  » l’électricité » . Ce chemin est continu, sans rupture d’où la notion de circuit fermé. Vous aurez besoin de démonter une petite ampoule pour montrer « où vont les fils ? » qui descendent  du filament. A tout le moins montrez  la photo suivante :

la-petite-ampoule-demontee.pdf

en-paralleles-elles-eclairent-normalement.jpgun-bon-dessin-mieux-quun-schema-trop-abstrait.jpgimg_3358.JPGmaquette-sonnette-electrique.jpg

En amont d’un travail sur l’orientation vous pouvez étudier LA BOUSSOLE à partir de quatre questions :

- Avec quoi et comment c’est fait ?

DIAPORAMA une-boussole-comment-cest-fait

- Que fait l’aiguille et pourquoi ?

DIAPORAMA quelle-direction-prend-laiguille-dune-boussole

5 –L’ Énergie

Dans le document bobines-et-aimants.pdf deux activités fécondes mais qui demandent de la part de l’enseignant une préparation matérielle conséquente :

1- L’étude de la sonnette électrique : le tracé du circuit au crayon rouge permet de comprendre le principe de fonctionnement, qui sera clairement explicité par un enchainement de causes et conséquences, d’où un lien étroit avec la maitrise de la langue.

2- La construction d’un moteur électrique tout simple

Pour montrer que l’énergie ne peut être créée mais se transforme, ce qui en  termes simples pourrait se dire : « on n’a rien sans rien », la situation la plus favorable consiste à montrer que la dynamo de bicyclette ne produira de l’électricité que si le galet est mis en mouvement :

?Page_Id=6&Element_Id=298&DomainScienceType_Id=7&ThemeType_Id=17

Autres liens intéressants à propos de l’énergie à l’école :

energie.pdf

article89.html ( technologie)

OBSERVER au cycle 2 et au début du cycle 3

Le document suivant  : les-situations-simples-dobservation.pdf a pour but de vous aider à choisir votre sujet en fonction des compétences que vous souhaiter faire acquérir à vos élèves. Un tableau comparatif vous montre que l’ on ne fait pas des sciences toujours exactement de la même manière selon les sujets abordés. Ainsi certaines activités demandent plus de directivité que d’autres à certains moments cruciaux…

Ci-dessous la   mise en œuvre  détaillée de ces différentes  activités :

OMBRE et LUMIÈRE

Ne cherchez pas « ombre et lumière » en toutes lettres dans le programme du cycle 2. et pourtant aucune activité n’est plus motivante et féconde !

-> ombre-et-lumiere-au-cycle-1-et-au-cycle-2.pdf puis variation-de-lombre-dun-plot-au-cours-dune-journee.pdf

L’AIR

Ne cherchez pas  » l’air » non plus. Pourtant le travail sur la prise de conscience de l’existence de l’air qui peut commencer dès la maternelle doit se poursuivre ensuite…On ne peut sérieusement travailler sur le cycle de l’eau sans avoir abordé l’air !

DIAPORAMA Prendre conscience de l’existence de l’air du C1 au C2

Pour être dans la stricte légalité réalisez les activités qui vous sont proposées ci-après dans le cadre d’une construction, un projet technologique ( manche à air, moulinet, parachute).

la-prise-de-conscience-de-lexistence-de-lair-au-ce2-ou-au-cycle-2.pdf

Comment montrer que l’air est pesant ? avec des moyens très simples :comment-montrer-que-lair-est-pesant-_

LES VASES COMMUNICANTS-LE CHATEAU D’EAU

DIAPORAMA : les-vases-communicants-en-classe-par-limage

-> les-vases-communicants-en-classe.pdf : ce sujet abordé généralement au Cycle 3 peut l’être en réalité dès le CE1. Dans ce cas précis ils se trouve que les dessins spontanés  des élèves sont très proches de la   vue en coupe. Il faudra ensuite  institutionnaliser cette technique pour la  réinvestir en biologie, géologie etc… N’oublions pas que les activités que nous proposons à nos élèves ne sont que des prétextes motivants pour leur faire acquérir des compétences fondamentales essentielles pour « suivre » au collège puis au lycée…

ÉLECTRICITÉ

-> electricite-du-cycle-2-au-ce2.pdf L’électricité est surtout  un excellent prétexte pour apprendre à réaliser des schémas représentant fidèlement l’expérience.

COULE et FLOTTE

-> a-propos-de-ce-que-coule-et-ce-qui-flotte.pdf

L’objectif premier ce texte  est  une mise à niveau pour l’enseignant. Lorsqu’au cours du développement vous rencontrez des   activités réalisables en classe, celles-ci sont décrites  dans un encadré.

Une recherche intéressante consiste à tenter de faire flotter sur l’eau un morceau de pâte à modeler (on lui donne la forme d’un coque de bateau).  ATTENTION toutes la pâtes à modeler ne conviennent pas pour cette recherche car nombreuses sont celles qui se délitent au contact de l’eau. Je vous conseille d’utiliser la pâte à modeler Giotto Patplume d’Omyacolor. Lien internet –> Omyacolor-pate+Blu-tack

–> Pour mélanges et solutions je vous conseille la progression d’un collègue : les-melanges.pdf

-> rappel : apprentissage progressif du graphique -> thermometres.doc

-> rappel les aimants au C2 : aimants-c2.pdf

-> LA TRANSITION C2/C3 n’est pas un problème en sciences : double-niveau-ce1-et-ce2.pdf
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SCIENCES en MATERNELLE

comment-faire-des-sciences-en-maternelle.pdf

DIAPORAMAS :

Faire des sciences en maternelle (hormis l’air et les aimants) – Juin

L’air en maternelle – Juin 2011

Les Aimants en maternelle (pile et ampoule) – Juin 2011


les-grands-montrent-et-expliquent-aux-petits.jpgcopie-de-pict0005.JPGle-compte-rendu-en-ms.jpgatelierair005.jpg

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Relever la température chaque jour: thermometres.doc

Progressions du cycle 1 au cycle 3

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Ce chapitre intéressera les collègues qui sur un sujet donné construisent ensemble une progression pour  leur école. Cette démarche est fondamentale sur le thème des états de la matière. Est-il en effet possible de travailler sérieusement « l’évaporation de l’eau » avec des élèves peu conscients de l’existence même de l’air ?

1- l-air-et-eau-a-lecole-primaire.pdf (voir plus loin   le diaporama sur la fusion de l’eau en 4-3)

2- Pour l’enseignant, un tableau général à propos des mélanges, de la solubilité et des méthodes de séparation : une-trame-conceptuelle-autour-de-la-notion-de-solubilite.pdf

Ensuite un document concernant aimants et boussole :

les-aimants-du-cycle-1-au-cycle-3.pdf (voir plus loin  les diaporamas sur la boussole au C3 en 4-4)

De la pêche magnétique en moyenne section de maternelle à la simulation du magnétisme terrestre avec deux aimants droits dans un boule de polystyrène au CM2….

2020954.jpg bien-orienter.jpgmeridiens-paralleles.jpgsur-le-globe-ils-vont-tous-vers-le-pole-nord.jpg

Enfin un dernier texte montrant comment il possible de progresser de travaux à propos de l’ ombre et la lumière en maternelle jusqu’aux observations en astronomie au Cycle 2 puis au Cycle 3

de-letude-des-ombres-aux-observations-en-astronomie.pdf

calque-ciseaux.jpgeclairer-une-ombre.jpgdessin-de-marie.jpgeclipse-du-3-oct-023.jpg

L’essentiel pour les M2, les PES et les néo-titulaires

 

NOUVEAU  Le diaporama suivant vous donnera rapidement une vue d’ensemble sur les sciences physiques et l’astronomie à l’école, vous y trouverez les liens internet qui vous permettrons d’accéder directement au cours concernant le sujet que vous souhaiterez approfondir :

Sciences Physiques et Astronomie – Tour d’horizon et liens internet 3

 

Comment s’initier à la mise en œuvre de séances de sciences expérimentales ?


1- Le  plus facile en sciences : apprendre aux élèves à OBSERVER

les-situations-simples-dobservation

2- Le rôle de l’enseignant détailllé

conseils aux néo-titulaires

3 – Comment résoudre le problème du matériel ?

Le matériel en sciences physiques

4 -Dessin ou schéma ?

Les élèves dessinent puis schématisent en sciences, où vous situer dans cette progression en fonction : 1 – du niveau de compétence de vos élèves 2 – du sujet que vous avez choisi.

Du dessin au schéma à l’école primaire

5- Que mettre en œuvre au cours d’un remplacement ?

quelques-idées-pour-les-remplacements-courts

Préparer le CRPE en sciences

ÉTATS DE LA MATIÈRE

Quelques définitions à connaître :

-  entraînez-vous à définir les mots suivants :

Entraînez-vous à définir les mots suivants

- voir les réponses:       mini dictionnaire de physique

Un résumé donnant l’essentiel:    Le minimun à connaître sur les états de la matière

Un tableau résumé à propos des mélanges et de solutions :

une trame conceptuelle autour de la notion de solubilité

LUMIÈRE et ASTRONOMIE

Présentation générale sous forme de diaporama :                           présentation astronomie master 1

Les sujets classiques concernant Terre, Soleil et  Lune sont approfondis dans les documents suivants :

ombre d–un gnomon novembre 2010

OMBRE et PENOMBRE

Le mouvement apparent du soleil et les saisons M1 novembre 2010-V2

Le jour et la nuit – Les éclipses

La révolution de la terre autour du soleil et les saisons

Les PHASES de la LUNE 2010

Un sujet d’entraînement à partir de photos notamment en Astronomie :     sujet entraînement master 1

EXERCICES à propos de PHASES de la LUNE et leur corrigé :

Questions pour s’entraîner sur les phases de la Lune

corrigé des questions à propos des phases de la Lune

ÉLECTRICITÉ

Le cours de physique en amont des applications en technologie :    ELECTRICITE