Energie : formation continue, avril 2014

Ce billet se propose de récapituler les éléments principaux discutés lors de la formation continue ayant eu lieu le 30 avril 2014 sur le thème de l’énergie. Le but était de discuter de ce que devrait contenir une séquence portant sur le thème de l’énergie en tenant compte des modifications induite par l’introduction du PER. En effet, depuis cette année l’énergie doit être abordée en 11S et non plus en 9S comme prescrit par le PEV.

Les différents points seront développés plus bas, mais pour un accès facilité, voici l’ensemble des documents distribués sous forme de deux dossiers compressés :

Energie-Loic [zip] ; Energie-Jan [zip]

Objectifs & progressions dans les apprentissages

Deux objectifs d’apprentissage sont concernés. En premier lieu :

MSN 36 — Analyser des phénomènes naturels et des technologies à l’aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales…

  • 1 …en formulant des hypothèses
  • 2 …en acquérant les connaissances nécessaires en physique et en chimie
  • 3 …en utilisant un modèle pour expliquer et/ou prévoir un phénomène naturel ou le fonctionnement d’un objet technique
  • 4 …en confrontant les hypothèses émises à des résultats expérimentaux
  • 5 …en définissant des stratégies d’exploration et d’expérimentation en lien avec les hypothèses émises
  • 6 …en choisissant et en utilisant des instruments d’observation et de mesure
  • 7 …en proposant des explications et en les confrontant à celles de ses pairs et aux informations de médias variés
  • 8 …en organisant des prises de mesures et en formalisant les résultats d’une expérience

Mais également :

MSN 38 — Analyser l’organisation du vivant et en tirer des conséquences pour la pérennité de la vie…

  • 1 …en décrivant des aspects de l’organisation de la vie
  • 4 …en comparant les fonctions de cellules, de tissus, d’organes, d’appareils et de systèmes
  • 6 …en identifiant des éléments de réaction d’écosystèmes

Ce dernier point n’a pas été discuté lors de la formation. Il est juste important que les deux collègues qui enseignent les sciences se mettent d’accord sur qui doit prendre cette partie à son compte. Un partage ou d’autres organisations sont évidemment possibles.

La suite de la discussion se fera autour des progressions dans les apprentissages, qui sont ici numérotés pour plus de lisibilité (ce sont les numéros qui sont repris plus bas) :

  1. Reconnaissance des différentes formes d’énergie, notamment cinétique et potentielle de gravitation, chimique (combustion de matières courantes), thermique, électrique, rayonnement
  2. Identification des différentes sources d’énergie : rayonnement solaire, géothermie, éolienne, hydraulique, pile, hydrocarbures, charbon, uranium, animale ou végétale
  3. Caractère renouvelable des sources d’énergie
  4. Application du principe de conservation de l’énergie au travers des chaînes de transformation et transfert.
  5. Quantification de l’énergie électrique à l’aide d’un énergie-mètre et de l’énergie thermique par des mesures de masse et de température.
  6. Calcul et comparaison de rendements (uniquement pour les systèmes électriques chauffant ou refroidissant un objet)

Articulation avec 7P / 8P

Le thème de l’énergie est déjà abordé plus tôt dans le cursus des élèves en 8P. Sans entrer dans les détails, voici quelques éléments qui sont discutés, en se rappelant que la cohérence du département veut que les exigences en sciences ont augmenté alors que les conditions se sont détériorées (en particulier : plus de TP) .

  • Lien entre énergie et métabolisme
  • Historique des énergies utilisées en fonction du temps [NDA : lire à ce propos : “De l’inégalité parmi les sociétés Essai sur l’homme et l’environnement dans l’histoire”, Jared Diamond]
  • Distinction entre source d’énergie et forme d’énergie
  • Différentes sources d’énergie, avec leurs avantages et désavantages

Remarque : certains aspects énergétiques sont abordés en géographie. Cette remarque est peut-être aussi valable en 11S, à vérifier.

Articulation avec l’OS MEP

C’est certainement sur ce point que la décision principale a été prise. Le thème de l’énergie devrait être abordé en OS MEP entre la 10S et la 11S, mais il a la séquence de sciences de base en prérequis ( … ! ). Ceci implique que le thème de l’énergie doit être abordé au plus vite en début de 11S. En y regardant de plus près, ce sont les progressions dans les apprentissages 4, 5 & 6 qui doivent être abordés en priorité.

A noter à ce propos que si les duos fonctionnent en co-enseignement avec l’entier du groupe classe, et non en alternance avec des demi groupes, la séquence est terminée deux fois plus vite.

Proposition de début de séquence

Voici une proposition de début de séquence, permettant d’aborder les progressions dans les apprentissages 4, 5 & 6.

Nom Buts & remarques Fichier
Ampoules qui chauffent
  • Un appareil a un but (ampoule : éclairer) qui correspond à une certaine énergie.
  • Pour y parvenir, il y a une énergie nécessaire.
  • Il y a aussi de façon inévitable une énergie non-souhaitée.
Consignes
Jeu de cartes
  • Identifier les énergies nécessaires et fournies de plusieurs transformateurs d’énergie
  • Assembler des transformateurs pour former des chaînes
ConsignesCartes
Frites ou pâtes
  • Quantifier l’énergie électrique
  • Montrer que l’énergie nécessaire à chauffer un liquide est proportionnelle à la différence de température et à la masse
  • Montrer que cette proportionnalité est différente pour chaque matière

Il est sans doute pertinent de discuter les différentes unités qui sont utilisées pour mesurer l’énergie (calorie, Joule, Watt heure)

Consignes
 Différents rendements
  • Quantifier l’énergie électrique et thermique
  • Calculer le rendement de différents appareils
  • Discuter des avantages et désavantages des différents appareils (rendement, temps)
Consignes-VG Consignes-VP

 

Après ces activités, une évaluation pourrait être envisagée.

Discussions sur la suite

Après cette première partie de la séquence, il reste à aborder les questions liées aux formes et aux sources d’énergie, ainsi que du caractère renouvelable de l’énergie. Cette deuxième partie n’a été abordée que superficiellement, mais voici quelques idées qui ont été mentionnées :

Rallye énergie

Le rallye énergie a longtemps été utilisé et il a de nombreux avantages. Mais il doit être revu afin de s’adapter au PER, à l’âge des élèves et à la position dans la séquence.

Voici le rallye tel qu’il avait été remis au propre par Chantal : Rallye (yc objectifs, réponses et commentaires)

Suisse énergétique

Le système énergétique suisse est évidemment riche et varié. l’OFEN publie chaque année une statistique globale de l’énergie (téléchargement, sélection de pages). Ce document est très complet, mais contient plusieurs graphiques qui peuvent être exploités. En vrac, voici quelques idées en vrac :

  • Discussion ouverte et relancée par des questions orales
  • Questionnaire fermé pour pointer des éléments important
  • Activité plus complète qui demande aux élèves, par groupe, de choisir un élément du système (centrale hydroélectrique, chauffage au bois, …) et d’en faire une présentation qui doit contenir une partie expérimentale.

Centrale hydroélectrique

Etudier le fonctionnement d’une centrale hydroélectrique a plusieurs intérêts :

  • On peut en construire une en classe
  • C’est une source importante pour la Suisse
  • Plusieurs énergies différentes sont en présence et elles sont facilement visibles
  • C’est un des rares cas où le stockage de l’énergie est facile
  • Permet de discuter plus généralement du fonctionnement du système électrique européen et du rôle que peut jouer le pompage-turbinage.

Voici un document utilisé en OS présentant une activité théorique possible : Activité barrage

Centrale chaleur-force de l’Elysée

L’Elysée dispose d’une centrale chaleur-force qui chauffe les bâtiments scolaires (et quelques autres) et qui produit de l’électricité. Elle peut être visitée et analysée avec les élèves.