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.
Le découpage en quatre thèmes principaux s’organise autour de : (1)Matière, mouvement, énergie, information - (2) Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent - (3) Matériaux et objets techniques - (4) 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.
La construction des concepts scientifiques s’appuie sur une démarche qui exige des observations, des expériences, des mesures, etc. ; la formulation d’hypothèses et leur mise à l’épreuve par des expériences, des essais ou des observations ; la construction progressive de modèles simples, permettant d’interpréter celles-ci ; la capacité enfin d’expliquer une diversité de phénomènes et de les prévoir. La réalisation de mesures et l’utilisation de certains modèles font appel aux mathématiques et en retour leur donnent des objets de contextualisation. Les exemples utilisés sont le plus souvent issus de l’environnement des élèves, devenant ainsi source de sens pour lui.
Par l’analyse et par la conception, les élèves peuvent décrire les interactions entre les objets techniques et leur environnement et les processus mis en œuvre. Les élèves peuvent aussi réaliser des maquettes, des prototypes, comprendre l’évolution technologique des objets et utiliser les outils numériques.
Grâce à ces activités, les capacités tant manuelles et pratiques qu’intellectuelles des élèves sont mobilisées, ainsi que l’usage de la langue française et de langages scientifiques différents : ils produisent des textes et des schémas, ils s’expriment à l’oral, notamment pour présenter leurs pistes de recherche, leurs découvertes, leurs raisonnements.
Matière, mouvement, énergie, information
Attendus de fin de cycle
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Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.
Observer et décrire différents types de mouvements.
Identifier différentes sources d’énergie.
Identifier un signal et une information.
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Connaissances et compétences associées
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Exemples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève
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Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique
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Mettre en œuvre 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.
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Observer la diversité de la matière, à différentes échelles, dans la nature et dans la vie courante (matière inerte –naturelle ou fabriquée –, matière vivante).
La distinction entre différents matériaux peut se faire à partir de leurs propriétés physiques (par exemple : densité, conductivité thermique ou électrique, magnétisme, solubilité dans l’eau, miscibilité avec l’eau…) ou de leurs caractéristiques (matériaux bruts, conditions de mise en forme, procédés…)
L’utilisation de la loupe et du microscope permet : l’observation de structures géométriques de cristaux naturels et de cellules.
Des activités de séparation de constituants peuvent être conduites : décantation, filtration, évaporation.
Observation qualitative d’effets à distances (aimants, électricité statique).
Richesse et diversité des usages possibles de la matière : se déplacer, se nourrir, construire, se vêtir, faire une œuvre d’art.
Le domaine du tri et du recyclage des matériaux est un support d’activité à privilégier.
Les mélanges gazeux pourront être abordés à partir du cas de l’air.
L’eau et les solutions aqueuses courantes (eau minérale, eau du robinet, boissons, mélanges issus de dissolution d’espèces solides ou gazeuses dans l’eau…) représentent un champ d’expérimentation très riche. Détachants, dissolvants, produits domestiques permettent d’aborder d’autres mélanges et d’introduire la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une réaction (transformation chimique).
Informer l’élève du danger de mélanger des produits domestiques sans s’informer.
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Observer et décrire différents types de mouvements
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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.
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L’élève part d’une situation où il est acteur qui observe (en courant, faisant du vélo, passager d’un train ou d’un avion), à celles où il n’est qu’observateur
(des observations faites dans la cour de récréation ou lors d’une expérimentation en classe, jusqu’à l’observation du ciel : mouvement des planètes et des satellites artificiels à partir de données fournies par des logiciels de simulation).
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Identifier différentes sources et connaitre quelques conversions d’énergie
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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.
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L’énergie associée à un objet en mouvement apparait comme une forme d’énergie facile à percevoir par l’élève, et comme pouvant se convertir en énergie thermique.
Le professeur peut privilégier la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux analysés sous leurs aspects énergétiques : éolienne, circuit électrique simple, dispositif de freinage, moulin à eau, objet technique…
On prend appui sur des exemples simples (vélo qui freine, objets du quotidien, l’être humain lui-même) en introduisant les formes d’énergie mobilisées et les différentes consommations (par exemple :
énergie thermique, énergie associée au mouvement d’un objet, énergie électrique, énergie associée à une réaction chimique, énergie lumineuse…).
Exemples de consommation domestique (chauffage, lumière, ordinateur, transports).
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Identifier un signal et une information
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Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux, radio…).
Nature d’un signal, nature d’une information, dans une application simple de la vie courante.
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Introduire de façon simple la notion de signal et d’information en utilisant des situations de la vie courante : feux de circulation, voyant de charge d’un appareil, alarme sonore, téléphone…
Élément minimum d’information (oui/non) et représentation par 0,1.
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Repères de progressivité
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.
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.
Les besoins en énergie de l’être humain, la nécessité d’une source d’énergie pour le fonctionnement d’un objet technique et les différentes sources d’énergie sont abordés en CM1-CM2. Des premières transformations d’énergie peuvent aussi être présentées en CM1-CM2 ; les objets techniques en charge de convertir les formes d’énergie sont identifiés et qualifiés d’un point de vue fonctionnel.
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.
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