Piste de ski

• Passez en revue le matériel en ligne destiné aux élèves. Utilisez un projecteur pour partager ce matériel avec vos élèves pendant la leçon.
• Assurez-vous d’avoir traité la deuxième loi du mouvement de Newton lors d’une leçon antérieure.
• Tenez compte des capacités et des antécédents de tous vos élèves. Si besoin, différenciez la leçon pour la rendre accessible à tous. Reportez-vous à la section Différenciation ci-dessous pour découvrir des suggestions.

• Regardez la vidéo (également accessible via le matériel en ligne destiné aux élèves).

• Animez une brève discussion sur les forces qui agissent sur un skieur dévalant une piste.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Quelle force permet à un skieur de dévaler une piste ? (La gravité)
  • Comment le poids influe-t-il sur le mouvement d’un skieur ? (Plus le poids est élevé, plus le mouvement est important.)
• Expliquez à vos élèves qu’ils vont devoir construire une piste de ski.
• Distribuez un ensemble à chaque groupe.

• En binômes, demandez à vos élèves de construire le modèle de piste de ski. Dites-leur de se relayer, l’un recherchant les briques tandis que l’autre construit, en échangeant les rôles après chaque étape.
• Reportez-vous à la section Astuces ci-dessous pour découvrir des conseils de construction.
• Interrompez la construction après 20 minutes. À ce stade, ils devraient au moins avoir construit les skieurs et la piste, avec l’échelle pour mesurer les angles (jusqu’à l’étape 23 à la page 45). S’il reste du temps, ils peuvent ensuite ajouter le système pneumatique.

• Demandez à vos élèves de trouver une surface lisse d’au moins 1 mètre de long et de placer leurs modèles à une extrémité.
• Montrez comment réaliser un test objectif des skieurs. Indiquez que cela vous servira de « référentiel galiléen ».
• Demandez : Cette expérience serait-elle la même si vous la réalisiez dans un avion se déplaçant à 800 km/h ? (Oui. Même dans cette salle de classe, on a l’impression de rester immobile, mais la Terre tourne à près de 1 600 km/h. Si votre référentiel galiléen est cette salle, alors le modèle se déplace lentement. Si votre référentiel galiléen est le soleil, alors il se déplace très rapidement).

Expérience 1 :

• Demandez à vos élèves d’installer la piste de ski à un angle de 20° et de faire glisser les skieurs l’un après l’autre.
• Indiquez-leur de mesurer la distance parcourue par chaque skieur et de consigner les résultats sur leur fiche de travail ou dans leur carnet de sciences. Si possible, demandez-leur de réaliser trois essais ou plus par skieur et de calculer la distance moyenne pour chacun d’eux.

• Rassemblez les élèves afin d’échanger sur ce qu’ils ont construit.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Pourquoi le skieur le plus lourd est-il allé le plus loin ? (Le skieur le plus lourd a une masse plus importante, donc plus d’élan, et continuera à glisser plus longtemps.)
  • Que se passerait-il si vous retiriez les skis du skieur le plus lourd ?
  • Rassemblez la classe autour de l’un des modèles et montrez qu’il parcourt une distance plus courte. (Les skis incurvés, par rapport à des skis rectangulaires, influent sur la distance parcourue par le skieur parce qu’ils réduisent le frottement au fur et à mesure de la piste.)

Expérience 2 :

• Demandez à présent à vos élèves d’installer la piste de ski à un angle de 30° et d’indiquer, selon eux, où chaque skieur terminera sa course. Ils peuvent le faire en plaçant des briques de couleurs différentes à côté du mètre.
• Demandez-leur de faire glisser les skieurs l’un après l’autre afin de vérifier si leurs prévisions sont correctes. Dites-leur de calculer la distance moyenne parcourue par chaque skieur, comme ils l’ont fait pour l’expérience précédente. Rappelez-leur de consigner les résultats sur leur fiche de travail (Support pour l’enseignant - Ressources supplémentaires) ou dans leur carnet de sciences.

• Rassemblez les élèves pour partager tous ensemble le résultat des expériences et en discuter.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Quels modèles récurrents avez-vous identifiés dans le mouvement des skieurs après avoir modifié la hauteur de la piste ? (Plus l’angle de la piste est élevé, plus la distance parcourue est grande.)
  • Avez-vous pu prévoir ce qu'il se passerait ensuite ?
• Si vous avez le temps, invitez vos élèves à décrire le phénomène avec leurs propres mots dans leur carnet de sciences.
• Prévoyez suffisamment de temps pour que les élèves démontent leurs modèles, trient les briques dans les plateaux et rangent leurs postes de travail.

• Encouragez vos élèves à étudier le mouvement des modèles au fur et à meure de la construction.
• Peuvent-ils utiliser la pompe pneumatique contrôlée par la manivelle pour lever et abaisser la rampe ?
• Commentez les performances de chaque élève.
• Mettez en place une auto-évaluation.
• N’hésitez pas à utiliser les rubriques d’évaluation fournies.

Checklist d’observation

• Évaluez la capacité de vos élèves à décrire comment des forces importantes modifient davantage les mouvements que les forces plus faibles.
• Créez un barème adapté à vos besoins. Par exemple :
  TO:
  1. Soutien supplémentaire nécessaire
  2. Capacité à travailler en autonomie
  3. Capacité à apprendre aux autres

Auto-évaluation

• Demandez à chaque élève de choisir la brique qui représente le mieux ses performances.
  • Vert : Avec un peu d’aide, je peux décrire comment une plus grande impulsion modifie davantage un mouvement.
  • Bleu : Je peux décrire comment une plus grande impulsion modifie davantage un mouvement.
  • Violet : Je peux expliquer comment et pourquoi une plus grande impulsion modifie davantage un mouvement.

Évaluation croisée

• Encouragez vos élèves à s’évaluer entre eux :
  • En utilisant le barème de briques ci-dessus pour évaluer mutuellement leurs performances
  • En présentant leurs idées et en formulant des commentaires constructifs

Astuces De Construction

• Les élèves doivent marquer la ligne de départ à l’aide d’un morceau de ruban de masquage. Ils peuvent également aligner leurs modèles à l’aide d’un repère sur la table ou sur le sol afin de s’assurer que la piste de ski reste au même endroit pour chaque essai.
• Les élèves doivent placer les skieurs au sommet de la piste de ski puis les lâcher. Les modèles étant de longueurs différentes, demandez-leur de mesurer la distance depuis le haut de la piste jusqu’à l’endroit où chaque skieur s’arrête.

Pour simplifier :

• Demandez à vos élèves de tester le mouvement d’un même skieur depuis les deux angles.

Pour aller plus loin :

• Demandez à vos élèves de réitérer l’expérience sur une surface différente (par exemple, avec une grande feuille de papier devant la piste de ski).
  • Pour corser encore ce défi, demandez-leur de retirer les skis du skieur le plus lourd pour voir ce qu’il se passe.
• Mettez vos élèves au défi de construire leurs propres skieurs, de faire des prévisions et de tester leurs modèles pour voir s’ils peuvent aller encore plus loin.

(Remarque : cela étend la durée du cours.)
Pour intégrer des notions de mathématiques, demandez à vos élèves de calculer et de comparer la quantité de mouvement de chaque skieur :

• P (quantité de mouvement), M (masse), V (vitesse)
• P = M x V
  • (Petit skieur) P1 = 5 g x ? m/s
  • (Grand skieur) P2 = 62 g x ? m/s
• V = V (L’accélération due à la gravité est la même dans les deux cas, avec une différence mineure de frottement ; nous pouvons donc supposer que la vitesse des deux skieurs est très similaire.)
• P2 > P1

Cycle 4 – Approfondissements – 5e, 4e, 3e Mathématiques - Chercher, Représenter, Raisonner, Calculer
Croisements entre enseignements: « Sciences, technologie et société »