Fiche de révision : Enseigner les sciences au cycle 2

📋 Plan du Cours

1. Électricité et conceptions des élèves
2. Démarche d’investigation en sciences
3. Montages électriques et grandeurs
4. Tension et sécurité électrique
5. Montrer que l’air est une matière
6. Propriétés et pression de l’air
7. Température et volume de l’air
8. Effet de serre et changements d’état
9. Transformations et états de l’eau
10. Astronomie et phases lunaires
11. Sources lumineuses et ombres
12. Démarche scientifique et enseignement des sciences à l’école
13. Changement climatique et développement durable
14. Éducation à la santé et ses approches
15. Santé dans les politiques scolaires

📅 Repères chronologiques

1. 2001Une circulaire inscrit l’éducation pour la santé dans une politique de promotion de la santé définie par l’OMS en 1986 dans la Charte d’Ottawa.
2. 2011Une circulaire présente les orientations nationales pour une politique éducative de santé dans les territoires académiques.
3. 2016Une circulaire met en place le parcours éducatif de santé pour tous les élèves.

📖 1. Électricité et conceptions des élèves

★ À maîtriser

• Pour faire fonctionner un jeu électrique, les élèves doivent trouver le circuit adapté, en s’appuyant sur la connaissance d’un générateur et la réalisation préalable d’un circuit simple avec une pile et des fils.

📌 La conception unifilaire consiste à penser qu’un seul fil reliant la pile à l’ampoule suffit, alors que l’allumage exige un circuit fermé.

📌 La conception de l’usure du courant représente le courant comme un fluide consommé progressivement par les lampes, de sorte que les suivantes en reçoivent moins.

Compléments

📌 La conception des courants antagonistes suppose que deux courants partent respectivement des pôles positif et négatif et que leur rencontre allume la lampe.

📌 Dans la conception du générateur à débit constant, les élèves pensent que le courant se divise entre les branches et que chaque ampoule reçoit moins de courant.

• Les élèves peuvent éprouver des difficultés à passer de la représentation dessinée d’un circuit à sa réalisation matérielle, et inversement.

📖 2. Démarche d’investigation en sciences

★ À maîtriser

• La démarche d’investigation suit les étapes suivantes.

Compléments

• La démarche d’investigation est une injonction des programmes de l’école depuis 2002.

• Une question productive est une question qui permet de produire un nouveau savoir.

• L’investigation peut prendre plusieurs formes :

  • une modélisation
  • une recherche documentaire
  • une visite

• Proposer plusieurs jeux permet aux élèves de choisir celui qui leur plaît, de se sentir pris en considération et de relever un défi adapté, ce qui soutient leur investissement et la différenciation.

💡 Astuce mémo

Situation-problème → hypothèse → investigation → mise en commun → institutionnalisation

📖 3. Montages électriques et grandeurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuit en dérivation : Comporte plusieurs boucles, chacune contenant une lampe qui fonctionne indépendamment des autres.
• Circuit en série : Place toutes les lampes dans une seule et même boucle, ce qui les rend dépendantes les unes des autres.

📝 Points essentiels

• Dans un circuit en dérivation, si une lampe grille, les autres continuent de fonctionner normalement.

• Dans un circuit en dérivation, chaque lampe brille comme si elle était seule dans le circuit.

• Dans un circuit en série, les lampes identiques ont la même intensité lumineuse, et leur intensité lumineuse diminue quand on en ajoute.

• L’intensité totale fournie par le générateur augmente lorsque plusieurs appareils sont branchés simultanément.

📐 Formule - Dans un circuit en dérivation, l’intensité totale vérifie $I = I_1 + I_2 + \cdots$.

💡 Astuce mémo

En dérivation, les lampes sont indépendantes ; en série, elles partagent une seule boucle.

📖 4. Tension et sécurité électrique

★ À maîtriser

• La tension électrique se note U et son unité est le volt, de symbole V.

• L’intensité électrique se note I et son unité est l’ampère, de symbole A.

• Dans une prise, le fil neutre est à 0 V, le fil de phase à 230 V et le contact métallique est relié au fil de terre.

📌 Le disjoncteur à maximum d’intensité ouvre le circuit lorsque l’intensité dépasse son seuil, souvent compris entre 10 et 30 A, afin de prévenir notamment les incendies dus aux courts-circuits ou à un trop grand nombre d’appareils.

📌 Le disjoncteur différentiel ouvre le circuit lorsque les courants de phase et de neutre diffèrent de 30 mA, en moins de 30 millisecondes, et protège contre les fuites de courant.

Compléments

• La tension du secteur dans les maisons est de 230 V.

• Une pile utilisée à l’école élémentaire fournit 4,5 V.

• Un adaptateur abaisse la tension de 240 V à l’entrée à 5 V à la sortie et transforme le courant alternatif en courant continu.

• Une protection adéquate contre les fuites de courant exige à la fois le fil de terre et un disjoncteur différentiel.

📖 5. Montrer que l’air est une matière

★ À maîtriser

• L’expérience du gobelet permet de montrer que l’air occupe de l’espace.

Compléments

📌 La conception erronée selon laquelle l’air est du vide conduit à penser que le mouchoir sera mouillé, car l’air invisible n’existerait pas.

• Les bulles qui s’échappent d’un gobelet percé dans l’eau rendent visible la présence de l’air.

• La conception selon laquelle seul ce qui est directement perçu par les sens existe est appelée primat de la perception.

• Pour étayer le savoir sur la présence de l’air, il faut faire expliciter les observations et multiplier les expériences dans des situations différentes. - Piaget

• Un savoir scientifique est un savoir fondé en raisons, selon Reboul.

💡 Astuce mémo

Un mouchoir reste sec sous un gobelet retourné : l’air emprisonné occupe la place de l’eau.

📖 6. Propriétés et pression de l’air

★ À maîtriser

• L’expérience de la balance Roberval avec un ballon montre que l’air possède une masse, d’environ 1 g par litre.

📐 Formule - La pression est égale à la force exercée divisée par la surface sur laquelle elle s’exerce : $P = \frac{F}{S}$, et elle se mesure en pascals ou en bars.

📌 Quand la pression diminue, le volume d’un gaz augmente ; quand la pression augmente, son volume diminue.

Compléments

• L’expérience du flotteur montre que l’air emprisonné peut pousser l’eau.

• L’air est compressible, mais il résiste lorsqu’on le comprime dans une seringue.

• L’expérience de la bouteille-sablier montre que l’eau ne peut couler que si l’air peut s’échapper et qu’un autre volume peut le remplacer.

• La pression atmosphérique correspond à la force exercée par l’atmosphère sur une surface de 1 m², soit le poids de la colonne d’air située au-dessus.

💡 Astuce mémo

La pression diminue → le volume d’un gaz augmente.

📖 7. Température et volume de l’air

★ À maîtriser

📌 Le volume d’un gaz augmente lorsque sa température augmente et diminue lorsque sa température baisse.

Compléments

• Le réchauffement de l’air explique sa montée dans l’expérience du tourniquet placé sous une lampe.

• Le volume d’un gaz dépend de sa température et de sa pression.

💡 Astuce mémo

L’air chauffé se dilate, devient moins dense et monte.

📖 8. Effet de serre et changements d’état

★ À maîtriser

• Les principaux gaz à effet de serre cités sont :
  • le dioxyde de carbone (CO₂)
  • le méthane (CH₄)
  • la vapeur d’eau (H₂O)

📌 La couche d’ozone filtre les ultraviolets, mais elle n’est pas responsable de l’effet de serre.

Compléments

• Le dioxyde de carbone et le méthane sont associés aux activités humaines.

• Les élèves qui n’ont pas acquis la conservation de la matière peuvent penser que l’eau disparaît lors de la solidification et que la glace n’est pas de l’eau.

• L’objectif du cycle 1 est de faire comprendre que la matière peut se transformer et que la glace est de l’eau à l’état solide.

• Réaliser la solidification en classe permet aux élèves d’observer la transformation que le congélateur rend invisible.

📌 Lors d’activités avec du sel et de la glace, il faut prévenir les brûlures par le froid, casser les glaçons à l’avance et privilégier des récipients en plastique pour éviter les coupures.

📖 9. Transformations et états de l’eau

★ À maîtriser

• Sous l’effet du froid, l’eau peut se transformer et devenir solide.

📌 La température d’ébullition et la température de fusion dépendent de la pression : si la pression diminue, la température du changement d’état diminue, et si la pression augmente, elle augmente.

Compléments

• La queue du loup reste coincée parce que l’eau liquide qui l’entoure se solidifie sous l’effet du froid.

• Le givre et le verglas sont classés parmi les solides.

• Les liquides cités sont :

  • la buée
  • la rosée
  • le brouillard
  • la brume

• Les nuages peuvent contenir de l’eau à l’état liquide et parfois à l’état solide.

• Au sommet du mont Blanc, l’eau bout à 85 degrés.

• Une cocotte-minute permet de cuire les aliments en altitude en augmentant la pression et donc la température d’ébullition de l’eau.

💡 Astuce mémo

Le froid retire de la chaleur → l’eau se solidifie.

📖 10. Astronomie et phases lunaires

★ À maîtriser

• La Lune effectue une révolution autour de la Terre en environ 27,3 jours ; la durée entre deux nouvelles lunes est d’environ 29,5 jours.

• La Lune présente toujours la même face à la Terre parce que sa période de rotation sur elle-même est égale à sa période de révolution autour de la Terre.

• Les phases lunaires se succèdent ainsi :

  • nouvelle lune
  • premier croissant
  • premier quartier
  • gibbeuse croissante
  • pleine lune
  • gibbeuse décroissante
  • dernier quartier
  • dernier croissant

• Les huit planètes sont :

  • Mercure
  • Vénus
  • Terre
  • Mars
  • Jupiter
  • Saturne
  • Uranus
  • Neptune

📌 Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont les quatre planètes rocheuses les plus proches du Soleil, tandis que Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont les quatre planètes géantes gazeuses situées au-delà de Mars.

Compléments

• Les éclipses de Soleil et de Lune ne se produisent pas à chaque lunaison parce que le plan de l’orbite lunaire est incliné par rapport au plan de l’écliptique.

• Les deux ceintures d’astéroïdes citées sont la ceinture située entre Mars et Jupiter et la ceinture de Kuiper aux limites du système solaire.

• Les étoiles filantes ne sont pas des étoiles.

• Le Soleil concentre 99 % de la masse du système solaire.

📖 11. Sources lumineuses et ombres

★ À maîtriser

📌 L’ombre propre se trouve sur l’objet, tandis que l’ombre portée est l’ombre produite par l’objet sur une autre surface.

Compléments

• Les élèves peuvent concevoir l’ombre comme un objet matériel ou comme le double de l’objet, sans l’associer à une source lumineuse.

💡 Astuce mémo

Ombre propre sur l’objet ; ombre portée derrière l’objet.

📖 12. Démarche scientifique et enseignement des sciences à l’école

🔑 Notions clés & Définitions

• Approche spiralaire : Consiste à poursuivre les apprentissages en enrichissant progressivement les connaissances et les compétences déjà abordées.

★ À maîtriser

• 🔄 La démarche scientifique suit ces étapes :

  1. Poser le problème.
  2. Émettre des hypothèses.
  3. Réaliser des expériences.
  4. Interpréter les résultats.
  5. Conclure si l’hypothèse est validée ou non.
  6. Faire émerger de nouvelles questions.

• Les savoirs scientifiques répondent à un problème et permettent de comprendre le monde qui nous entoure.

• Les programmes organisent les sciences et la technologie ainsi : explorer le monde au cycle 1, questionner le monde au cycle 2, sciences et technologie au cycle 3.

Compléments

• Les élèves peuvent se représenter les scientifiques comme des hommes en blouse blanche portant des lunettes de protection et utilisant du matériel pour manipuler.

📌 Pour choisir un protocole d’investigation, l’enseignant doit recueillir et trier les hypothèses, décider de leur ordre d’examen et tenir compte des matériaux disponibles ainsi que de ce qui est réellement observable.

• Le PRESTE, Plan de Rénovation de l’Enseignement des Sciences et de la Technologie à l’École, date de 2000.

• L’opération « La main à la pâte » a été initiée en 1996 sous le parrainage du prix Nobel Charpak.

💡 Astuce mémo

Problème → hypothèses → expériences → résultats → interprétation → conclusion.

📖 13. Changement climatique et développement durable

🔑 Notions clés & Définitions

• Développement durable : Répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs.

★ À maîtriser

📌 La météo décrit le temps à court terme, généralement sur une semaine de prévision, tandis que le climat se caractérise sur une période d’au moins 30 ans.

• Les gaz à effet de serre sont utiles, car ils contribuent à maintenir des températures compatibles avec la vie sur Terre et à tamponner les écarts entre le jour et la nuit.

• Le réchauffement peut s’auto-amplifier : une hausse de la température augmente l’évaporation, ce qui accroît les gaz à effet de serre et renforce le réchauffement.

Compléments

• Le dioxyde de carbone constitue environ 0,04 % de l’atmosphère terrestre, et la vapeur d’eau ainsi que le méthane ont également un impact sur l’atmosphère.

• L’Agenda 2030 de l’ONU comprend 17 objectifs destinés à guider la marche vers un avenir meilleur et plus durable pour tous d’ici 2030.

📌 L’éducation au développement durable ne doit pas se limiter à inculquer des gestes sans en expliquer les enjeux, ni adopter une approche moralisatrice, catastrophiste, militante ou persuasive.

• L’éducation au développement durable est intégrée : aux programmes scolaires, aux projets d’école et d’établissement, aux actions éducatives conduites avec des partenaires, à la production de ressources pédagogiques

📖 14. Éducation à la santé et ses approches

★ À maîtriser

• La Charte d’Ottawa de 1986 définit la promotion de la santé comme un processus permettant aux populations de réaliser leurs ambitions, de satisfaire leurs besoins et d’évoluer avec leur milieu ou de s’y adapter. - Charte d'Ottawa

• Dans la première moitié du XXe siècle, l’hygiénisation transmet des consignes de manière descendante et prescriptive pour éviter les maladies, sans nécessairement en expliquer les raisons.

• À partir des années 1970, l’éducation pour la santé vise à donner à chacun le désir et la capacité de faire des choix éclairés pour sa santé et son bien-être.

• La promotion de la santé s’appuie sur :

  • l’éducation
  • la prévention
  • l’autonomisation

Compléments

• Claude Bernard, à la fin du XIXe siècle, souligne qu’il est très difficile, sinon impossible, de fixer les limites entre santé et maladie ou entre état normal et état anormal, et que ces termes sont arbitraires.

• L’autonomisation considère l’individu comme responsable de sa conduite et de ses choix, tout en pouvant faire peser sur lui le poids de cette autonomie.

💡 Astuce mémo

Prescription hygiéniste → autonomie → promotion de la santé.

📖 15. Santé dans les politiques scolaires

★ À maîtriser

• La santé comprend plusieurs dimensions :
  • physique
  • psychique
  • sociale
  • environnementale

Compléments

• L’éducation à la santé est une mission de l’École et s’inscrit dans une politique de promotion de la santé publique.

• Les fonctions à maîtriser sont :

  • la digestion
  • la respiration ou ventilation
  • la circulation
  • l’excrétion

📊 Tableaux de synthèse

Montages de lampes