Ressources pour le programme collège-cycle-3
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Une sélection de ressources du site CultureSciences-Physique pour le collège en cycle 3 :
Table des matières
Toutes les disciplines scientifiques et la technologie concourent à la construction d'une première représentation globale, rationnelle et cohérente du monde dans lequel l'élève vit. Le programme d'enseignement du cycle 3 y contribue en s'organisant autour de thématiques communes qui conjuguent des questions majeures de la science et des enjeux sociétaux contemporains.
Les objectifs de formation du cycle 3 en physique-chimie s'organisent autour de quatre thèmes :Matière, mouvement, énergie, information ; Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent ; Matériaux et objets techniques et La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement.
Chacun de ces thèmes permet de construire des concepts ou notions qui trouvent leur application dans l'éducation au développement durable. Le concept d'énergie, progressivement construit, est présent dans chaque thème et les relie.
1. Matière, mouvement, énergie, information
- Décrire les états et la constitution de la matière à l'échelle macroscopique.
- Observer et décrire différents types de mouvements.
- Identifier un signal et une information.
Décrire les états et la constitution de la matière à l'échelle macroscopique
Mettre en oeuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière; Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes… ; L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température ; Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple: densité, solubilité, élasticité…); La matière à grande échelle : Terre, planètes, univers ; La masse est une grandeur physique qui caractérise un échantillon de matière; Identifier à partir de ressources documentaires les différents constituants d’un mélange. Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants d’un mélange ; Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de la matière (dissolution, réaction) ; La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux), résultat d’un mélange de différents constituants.
- Un dossier pluridisciplinaire sur l'eau, par les sites ENS/DGESCO.
Pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ?
Si les nuages sont composés de gouttelettes d'eau, pourquoi cette eau ne tombe-t-elle pas ? Pourquoi ne pleut-il pas en permanence ?
Pourquoi la glace se forme-t-elle d'abord en surface ?
Pourquoi la glace se forme-t-elle d'abord en haut, et l'huile se solidifie-t-elle d'abord par en bas ? Que se passerait-il avec d'autres liquides ?
De la mayonnaise aux avalanches : les comportements surprenants des fluides complexes
Les lessives liquides, les mousses, les shampooings, les peintures, les boues ou encore le béton sont des fluides « complexes ».
Du tungstène pour les ampoules à incandescence
Pourquoi utilise-t-on du tungstène pour le filament des ampoules à incandescence ?
Des électrons vraiment libres ?
Quel est l'effet de la pesanteur sur les électrons libres dans un métal ?
Le verre : découvertes, inventions, innovations
Aujourd’hui encore, le verre n’est toujours pas bien compris d’un point de vue fondamental. Le verre est une magnifique illustration d’un ensemble très riches de découvertes fondamentales, d’inventions techniques et d’innovations technologiques. Didier Roux présente la saga du verre.
Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter le site ENS/DGESCO CultureSciences-Chimie.
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Repères de progressivité |
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L'observation macroscopique de la matière sous une grande variété de formes et d'états, leur caractérisation et leurs usages relèvent des classes de CM1 et CM2. Des exemples de mélanges solides (alliages, minéraux…), liquides (eau naturelle, boissons…) ou gazeux (air) sont présentés en CM1-CM2. Des expériences simples sur les propriétés de la matière seront réalisées avec des réponses principalement « binaires » (soluble ou pas, conducteur ou pas…), la classe de sixième permet d'approfondir : saturation d'une solution en sel, matériaux plus conducteurs que d'autres. On insistera en particulier sur la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une transformation chimique. La classe de sixième sera l'occasion de mettre en œuvre des expériences de séparation ou de caractérisation engageant un matériel plus spécifique d'un travail en laboratoire. La structure atomique ou moléculaire sera traitée en cycle 4. En CM1 et CM2 l'observation de communications entre élèves, puis de systèmes techniques simples permettra de progressivement distinguer la notion de signal, comme grandeur physique, transportant une certaine quantité d'information, dont on définira (cycle 4 et ensuite) la nature et la mesure. |
Observer et décrire différents types de mouvements
Décrire un mouvement et identifier les différences entre mouvements circulaire ou rectiligne ; Mouvement d’un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres de grandeur) ; Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire ; Élaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender la notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse d’un objet ; Mouvements dont la valeur de la vitesse (module) est constante ou variable (accélération, décélération) dans un mouvement rectiligne.
Enseigner la physique expérimentale avec les smartphones
Un atelier expérimental sur l'utilisation des smartphones dans les cours de physique au collège et au lycée.
Le mouvement rétrograde de Mars
Le but de ces trois animations est d'illustrer le mouvement de Mars par rapport à la Terre, dans les référentiels géocentrique et héliocentrique.
Animation : les phases de la Lune
Cette animation montre le mouvement de la Lune autour de la Terre. On peut voir simultanément le mouvement de la Lune autour de la Terre au cours d'une lunaison et celui de la Terre sur elle-même.
La Lune : mouvements et éclipses
Cet article explique les phases de la Lune telles qu'elles sont vues depuis différents points du globe, la différence entre mois sidéral et mois lunaire, le phénomène des éclipses, ainsi que la raison pour laquelle on aperçoit un peu plus d'une face de la Lune depuis la Terre.
Une conférence qui aborde le thème du mouvement entre la démarche de l'enseignement et la vulgarisation.
Quelle est la forme de la trajectoire de la Lune dans le référentiel héliocentrique ?
Nous proposons dans cet article d'avoir une idée de la forme de la trajectoire de la Lune dans le référentiel héliocentrique.
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Repères de progressivité |
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L'observation et la caractérisation de mouvements variés permettent d'introduire la vitesse et ses unités, d'aborder le rôle de la position de l'observateur (CM1-CM2) ; l'étude des mouvements à valeur de vitesse variable sera poursuivie en 6ème. En fin de cycle, l'énergie (ici associée à un objet en mouvement) peut qualitativement être reliée à la masse et à la vitesse de l'objet ; un échange d'énergie est constaté lors d'une augmentation ou diminution de la valeur de la vitesse, le concept de force et d'inertie sont réservés au cycle 4. |
Identifier différentes sources et connaitre quelques conversions d’énergie
Identifier des sources et des formes d’énergie ; L’énergie existe sous différentes formes (énergie associée à un objet en mouvement, énergie thermique, électrique…) ; Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer… ; Reconnaitre les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée ; La fabrication et le fonctionnement d’un objet technique nécessitent de l’énergie ; Exemples de sources d’énergie utilisées par les êtres humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, eau et barrage, pile… ; Notion d’énergie renouvelable ; Identifier quelques éléments d’une chaine d’énergie domestique simple ; Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie.
Concepts et chiffres de l'énergie : le transport de l'électricité
Dans cet article, nous proposons au lecteur des données concernant le réseau de transport et de distribution de l'électricité en France.
Avec le déploiement des énergies renouvelables dans le réseau, nous nous intéressons ici à la gestion de la production et la distribution de l'électricité.
Concepts et chiffres de l'énergie : la consommation énergétique dans l’industrie en France
Dans cet article, nous proposons au lecteur des chiffres, graphes et cartes correspondant à la consommation d’énergie dans l’industrie en France.
Concepts et chiffres de l'énergie : variabilité des sources renouvelables électriques
Dans cet article, nous proposons au lecteur des chiffres, graphes et cartes correspondants à la variabilité des énergies renouvelables et à leur prévision.
Concepts : Energie et entropie
Un exposé illustré de nombreux chiffres pour balayer les différents moyens de production d'énergie et les consommations tant à l'échelle individuelle qu'à l'échelle mondiale.
Nous vous proposons un quizz constitué de 6 questions, sur les ordres de grandeur. Pour chaque question, vous disposez de 2 essais.
Énergie, électricité et soutenabilité planétaire
Une conférence de Bernard Multon sur les possibilités des énergies renouvelables et notamment le calcul du rendement d'un convertisseur sur cycle de vie.
Les biocarburants en France et en Europe
Une conférence de Damien Hudebine sur es biocarburants (aspects techniques, environnementaux et politiques).
Une série de 5 articles sur un Mémento sur l'énergie
Définitions, unités, différentes sources d'énergies et conversions, sont présentées.
Quel monde énergétique pour 2050 ?
Une conférence de Sylvain David qui présente un état de l'art sur les ressources en énergie, l'évolution des consommations mondiales, et des propositions pour alimenter le monde en 2050.
- Dossier Science et énergie, 2012.
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L'observation macroscopique de la matière sous une grande variété de formes et d'états, leur caractérisation et leurs usages relèvent des classes de CM1 et CM2. Des exemples de mélanges solides (alliages, minéraux…), liquides (eau naturelle, boissons…) ou gazeux (air) seront présentés en CM1-CM2. Des expériences simples sur les propriétés de la matière seront réalisées avec des réponses principalement « binaires » (soluble ou pas, conducteur ou pas…), la classe de sixième permet d'approfondir : saturation d'une solution en sel, matériaux plus conducteurs que d'autres. On insistera en particulier sur la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une transformation chimique. La classe de sixième sera l'occasion de mettre en œuvre des expériences de séparation ou de caractérisation engageant un matériel plus spécifique d'un travail en laboratoire. La structure atomique ou moléculaire sera traitée en cycle 4. |
Identifier un signal et une information
Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux, radio…) ; Nature d’un signal, nature d’une information, dans une application simple de la vie courante.
Le repérage par le son permet de situer avec précision une batterie ennemie, qu’elle soit ou non bien dissimulée.
Cet article s'intéresse à la propagation des sons, la réponse de l'oreille et les tuyaux sonores.
Représentation spectrale d'un signal
Cet article permet d'illustrer très simplement le principe et l'intérêt de l'analyse spectrale d'un signal ici acoustique.
Cet article illustre l'utilisation d'outils physiques pour l'analyse des déplacements urbains.
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En CM1 et CM2 l'observation de communications entre élèves, puis de systèmes techniques simples permettra de progressivement distinguer la notion de signal, comme grandeur physique, transportant une certaine quantité d'information, dont on définira (cycle 4 et ensuite) la nature et la mesure. La notion de signal analogique est réservée au cycle 4. On se limitera aux signaux logiques transmettant une information qui ne peut avoir que deux valeurs, niveau haut ou niveau bas. En classe de sixième, l'algorithme en lecture introduit la notion de test d'une information (vrai ou faux) et l'exécution d'actions différentes selon le résultat du test. |
2. Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
Attendus de fin de cycle
- Classer les organismes, exploiter les liens de parenté pour comprendre et expliquer l’évolution des organismes.
- Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques mises en œuvre pour transformer et conserver les aliments.
Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques mises en œuvre pour transformer et conserver les aliments et Expliquer l’origine de la matière organique des êtres vivants et son devenir
Mettre en relation les paramètres physico-chimiques lors de la conservation des aliments et la limitation de la prolifération de microorganismes pathogènes ; Quelques techniques permettant d’éviter la prolifération des microorganismes ; Devenir de la matière organique n’appartenant plus à un organisme vivant.
Un exposé illustré de nombreux chiffres qui met en parallèle les besoins humains (alimentaires et énergétiques) face aux productions végétales, animales et au mode de vie des citoyens à l'échelle internationale. La conséquence est sans appel et invite aux économies d'énergie.
Sociétés non humaines : champignons et énergie
Conférence sur les champignons, leur rôle dans la chaîne du carbone, et leurs atouts insoupçonnés.
Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter le site ENS/DGESCO CultureSciences-Chimie.
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La mise en évidence des liens de parenté entre les êtres vivants peut être abordée dès le CM. La structure cellulaire doit en revanche être réservée à la classe de sixième. Toutes les fonctions de nutrition ont vocation à être étudiées dès l'école élémentaire. Mais à ce niveau, on se contentera de les caractériser et de montrer qu'elles s'intègrent et répondent aux besoins de l'organisme. Le rôle des microorganismes relève de la classe de sixième. |
3. Matériaux et objets techniques
Attendus de fin de cycle
- Identifier les principales évolutions du besoin et des objets.
- Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
- Identifier les principales familles de matériaux.
- Concevoir et produire tout ou une partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
- Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information.
Identifier les principales familles de matériaux
Familles de matériaux (distinction des matériaux selon les relations entre formes, fonctions et procédés) ; Caractéristiques et propriétés (aptitude au façonnage, valorisation) ; Impact environnemental.
Les chiffres de l'énergie : réserves et ressources en énergie et matières premières non énergétiques
Dans cet article, nous proposons au lecteur les données (chiffres et graphes), en l’état actuel des connaissances, des réserves et ressources en énergie et matières premières non énergétiques (celles nécessaires à la construction des convertisseurs d’énergie).
Cet article présente le concept de rendement sur cycle de vie.
Concepts et chiffres de l'énergie : Conversion d'énergie et analyse sur cycle de vie
Dans cette ressource, nous nous intéressons à la notion de cycle de vie de tout produit et plus particulièrement des convertisseurs d'énergie qui ont, comme principale caractéristique de consommer (convertir en réalité) de l’énergie (primaire ou finale selon leur position dans le système énergétique) durant leur phase d’usage.
Histoire des révolutions énergétiques
Une conférence sur les révolutions énergétiques jusqu'au second empire.
Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter le site ENS/DGESCO CultureSciences-Chimie.
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Repères de progressivité |
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Tout au long du cycle, l'appropriation des objets techniques abordés est toujours mise en relation avec les besoins de l'être humain dans son environnement. En CM1 et CM2, les matériaux utilisés sont comparés selon leurs caractéristiques dont leurs propriétés de recyclage en fin de vie. L'objet technique est à aborder en termes de description, de fonctions, de constitution afin de répondre aux questions : À quoi cela sert ? De quoi s'est constitué ? Comment cela fonctionne ? Dans ces classes, l'investigation, l'expérimentation, l'observation du fonctionnement, la recherche de résolution de problème sont à pratiquer afin de solliciter l'analyse, la recherche, et la créativité des élèves pour répondre à un problème posé. Leur solution doit aboutir la plupart du temps à une réalisation concrète favorisant la manipulation sur des matériels et l'activité pratique. L'usage des outils numériques est recommandé pour favoriser la communication et la représentation des objets techniques.
En classe de sixième, des modifications de matériaux peuvent être imaginées par les élèves afin de prendre en compte leurs impacts environnementaux. La recherche de solutions en réponse à un problème posé dans un contexte de la vie courante, est favorisée par une activité menée par équipes d'élèves. Elle permet d'identifier et de proposer plusieurs possibilités de solutions sans préjuger l'une d'entre elles. Pour ce cycle, la représentation partielle ou complète d'un objet ou d'une solution n'est pas assujettie à une norme ou un code. Cette représentation sollicite les outils numériques courants en exprimant des solutions technologiques élémentaires et en cultivant une perception esthétique liée au design. Les élèves sont progressivement mis en activité au sein d'une structure informatique en réseau sollicitant le stockage des données partagées. |
4. La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
Attendus de fin de cycle
- Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre.
- Identifier des enjeux liés à l’environnement.
Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre
Situer la Terre dans le système solaire ; Caractériser les conditions de vie sur Terre (température, présence d’eau liquide) ; Le Soleil, les planètes ; Position de la Terre dans le système solaire ; Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons) ; Les mouvements de la Terre sur elle-même et autour du Soleil ; Représentations géométriques de l’espace et des astres (cercle, sphère) ; Phénomènes traduisant l’activité externe de la Terre : phénomènes météorologiques et climatiques ; évènements extrêmes (tempêtes, cyclones, inondations et sècheresses…).
Cet exposé propose de découvrir quelques ressources utilisables en classe, en partant des questionnements d'enseignants sur les sciences du climat. Des idées d’activités s’appuyant sur de tels supports et déjà appliquées par les intervenants sont aussi présentées.
Animation : les phases de la Lune
Animation qui met en évidence les différentes phases de la Lune en montrant le mouvement de la Lune autour de la Terre.
La Lune : mouvements et éclipses
L'article explique les phases de la Lune telles qu'elles sont vues depuis différents points du globe, la différence entre mois sidéral et mois lunaire, le phénomène des éclipses, ainsi que la raison pour laquelle on aperçoit un peu plus d'une face de la Lune depuis la Terre.
À quelle heure se couche le soleil, chez vous ?
Savez comment expliquer que Montpellier et Strasbourg voient le soleil se coucher pratiquement à la même heure, alors qu'il y a un décalage de presque une heure entre Montpellier et Brest ?
Cet article fournit des données quantitatives sur l'énergie solaire : son origine due à la fusion nucléaire de l'hydrogène, la quantité d'énergie produite, le spectre du rayonnement émis et la puissance reçue à la surface de la terre.
La sonde NASA New Horizons survole et découvre Pluton et Charon - images prises le 14 juillet 2015
Premiers clichés et résultats scientifiques sur Pluton et Charon, son satellite majeur, en attendant des données complémentaires ainsi que des images des autres petits satellites.
Quizz sur les ordres de grandeur : mécanique céleste
Un quizz sur les ordres de grandeur en astronomie.
Avec une présentation très illustrée et pédogogique, Roland Lehoucq nous emmène aux confins de l'univers...
Découvrez l'histoire de notre compréhension de l'infini de l'Antiquité grecque à nos jours.
Lien vers les animations sur Les échelles de l'univers
4 courtes vidéos ou animations pour mettre en évidence les échelles de l'univers.
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La place, les mouvements et la nature de la Terre, parmi les planètes du système solaire, sont détaillés tout au long du cycle par l'observation et la modélisation. La description précise des mouvements est liée au thème (1) : CM2 et 6ème. De même, les notions de Terre externe (atmosphère et océans) et interne sont détaillées tout au long du cycle. Les échanges énergétiques liés au thème (1) sont introduits en 6ème. Il faudra veiller à une cohérence avec la progression des outils mathématiques. |
Identifier des enjeux liés à l’environnement
Modification du peuplement en fonction des conditions physicochimiques du milieu et des saisons ; Suivre et décrire le devenir de quelques matériaux de l’environnement proche. Relier les besoins de l’être humain, l'exploitation des ressources naturelles et les impacts à prévoir et gérer (risques, rejets, valorisations, épuisement des stocks) ; Exploitation raisonnée et utilisation des ressources (eau, pétrole, charbon, minerais, biodiversité, sols, bois, roches à des fins de construction…).
Matières premières et énergie dans le contexte de la transition énergétique
La consommation de métaux et de ciment a doublé depuis le début du 21° siècle et si la tendance se poursuit, nous devrons d’ici 2050 produire plus de métaux que nous n’en avons produits depuis le début de l’humanité...
Energie – Climat – Biodiversité : Le Système Terre à l’heure de l’Anthropocène
L'Anthropocène forme un moment de tension singulier dans l’histoire du Système Terre, un moment caractérisé par le fait qu’une seule espèce – la nôtre – constitue désormais une force géophysique majeure impactant profondément et durablement le fonctionnement de la biosphère.
Un exposé illustré de nombreux chiffres qui met en parallèle les besoins humains (alimentaires et énergétiques) face aux productions végétales, animales et au mode de vie des citoyens à l'échelle internationale. La conséquence est sans appel et invite aux économies d'énergie.
Quelques réflexions sur l'énergie
Un exposé présentant l'état des lieux sur les stocks de sources en énergie à l'échelle du monde.
L'habitat du futur : défis et innovations
Un exposé présentant un état des lieux des consommations énergétiques des batiments.
Énergie, électricité et soutenabilité planétaire
Une conférence sur les possibilités des énergies renouvelables et notamment le calcul du rendement d'un convertisseur sur cycle de vie.
Hydrocarbures de roche mère : nouvelles ressources, nouveaux impacts
Une conférence sur les ressources d'énergie fossile de notre planète et l'exploitation de gaz de schiste.
Un quizz sur l'énergie.
Dynamique et thermodynamique du climat
Une conférence sur la physique du climat.
Une conférence sur tous les marqueurs de l'évolution du climat ces dernières années.
Le réchauffement climatique : causes, impacts, solutions
Une conférence de Jean Jouzel, glaciologue de renommée internationale et rapporteur du GIEC.
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Repères de progressivité |
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La mise en relation des paysages ou des phénomènes géologiques avec la nature du sous-sol et l'activité interne de la Terre peut être étudiée dès le CM. Les explications géologiques relèvent de la classe de 6ème. |
