La démarche d`investigation au collège

La démarche d’investigation au collège
Synthèse des réunions disciplinaires académiques
Année 2008-2009
Auteurs :
Viviane CHEMINEAU (professeur au collège de St Joseph)
Jean-Louis TINAS (professeur au lycée de Bellevue à Fort-de-France)
Introduction
Ce document est une synthèse des réunions disciplinaires qui se sont tenues dans l’académie
durant l’année scolaire 2008-2009. Il se propose de donner quelques repères pour la mise en œuvre
d’une démarche d’investigation au collège (voir document PowerPoint en annexe). Quelques
exemples de TP par investigation, présentés lors des réunions disciplinaires sont ensuite proposés
pour illustrer cette méthode. Enfin un bilan rassemblant les points de vue, les questions et attentes
des professeurs ainsi que les réponses apportées, est proposé.
Niveau 3ème
PARTIE DU PROGRAMME: Electricité.
NOTION ABORDEE : propriétés des tensions électriques.
PRE-REQUIS : mesure d’une tension électrique et d’une intensité avec un multimètre.
Tension et intensité électriques dans les circuits. Loi d’Ohm. L’alternateur et les centrales
électriques ; la production des tensions variables
OBJECTIFS : -Identifier une tension continue et une tension variable.
Tous les générateurs électriques ont-ils la même sorte de tension entre leurs bornes qu’une
pile ?
LES DIFFERENTES ETAPES DE LA DEMARCHE :
Situation déclenchante:
On dispose différents générateurs (pile, générateur électrochimique, pile « citron »,
GTBF(nouveau), alternateur) sur la paillasse et on demande aux élèves de les classer
par rapport à la tension qu’ils délivrent.
Problématisation : recherche de questionnements
Faire chercher individuellement aux élèves les questions que suscitent chez eux la
situation exposée précédemment puis pratiquer une mise en commun pendant laquelle on
retiendra particulièrement certaines questions (celles qui nous intéressent …)
Questionnement attendu :
-Que se passe- t –il avec l’alternateur?
- Pourquoi le voltmètre ne fonctionne pas correctement avec l’alternateur ?
-Pourquoi la valeur de la tension n’est pas stable?
-Est-ce que c’est normal que le multimètre affiche des valeurs négatives ?
Mise en commun puis formulation de la question retenue par la classe.
« Tous les générateurs électriques ont-ils la même sorte de tension entre leurs bornes qu’une
pile ? »
Mise en place d’hypothèses :
Les élèves formules des hypothèses expliquant leurs observations.
(Travail en groupes sur feuille, puis mise en commun avec la classe)
Certaines hypothèses peuvent être invalidées par des expériences rapides.
Hypothèses formulées :
-Le multimètre s’est déréglé.
-Le générateur est peut-être en panne.
-Le courant délivré par l’alternateur change tout le temps, il varie.
-L’alternateur délivre un courant qui peut-être positif et négatif et qui varie tout le
temps.
Expérimentation :
Chaque groupe recherche un protocole expérimental afin de vérifier l’hypothèse.
Protocole expérimental attendu
On vérifie rapidement que le multimètre fonctionne convenablement en le branchant aux
bornes d’une pile.
De même on vérifie rapidement que l’alternateur n’est pas en panne en prenant un deuxième
alternateur. On montre que dans les deux cas le multimètre enregistre le même comportement.
Donc l’alternateur délivre un courant qui varie.
 Matériel : Un alternateur- une lampe- une pile- deux DEL (rouge et verte)-conducteur
ohmique-interrupteur-pince crocodile.
 Protocole :
On réalise le montage en série comportant une pile, un interrupteur, une lampe et un
conducteur ohmique. On ferme l’interrupteur et on note les observations.
On recommence l’expérience en remplaçant la pile par l’alternateur réglé sur une très
faible fréquence. On ferme l’interrupteur et on note les observations.
On réalise ensuite le montage comportant deux DEL branchées en dérivation, « tête
bêche », en série avec une pile un conducteur ohmique et un interrupteur. On ferme
l’interrupteur et on note les observations.
On inverse le branchement aux bornes de la pile et on note les observations.
On remplace ensuite la pile par l’alternateur réglée sur une très faible fréquence. On
ferme l’interrupteur et on note les observations. On inverse le branchement aux bornes
de l’alternateur et on note les observations.
 Observations :
La lampe brille de manière continue avec la pile. Avec l’alternateur elle clignote.Dans
le montage avec les DEL et la pile, seule une DEL reste allumée l’autre reste éteinte.
Quand on inverse les branchements, la situation s’inverse, celle qui brillait s’éteint et
celle qui était éteinte s’allume.
Dans le montage avec l’alternateur, les DEL clignotent alternativement : quand l’une
brille l’autre s’éteint et inversement.
Quand on inverse le branchement aux bornes de l’alternateur, on a le même résultat.
 Conclusion :
Tous les générateurs électriques n’ont pas la même sorte de tension entre leurs bornes
qu’une pile.
La tension aux bornes de la pile reste constante alors que la tension aux bornes de
l’alternateur est variable et change de sens.
Echange argumenté : Les élèves échangent leurs résultats afin de parvenir à une conclusion
approuvée par toute la classe.
Conclusion : Trace écrite donnée par le professeur, à établir à partir des conclusions des élèves.
La tension délivrée par un générateur de courant continu (pile) est constante au cours
du temps : c’est une tension continue.
La tension délivrée par un générateur de courant alternatif prend des valeurs tantôt
positives, tantôt négatives.