Sciences en mouvement — fiche de préparation avant la visite (7e et 8e année de l'éducation de base)

Pourquoi cette journée

Le programme de sciences physiques et technologie de 7e-8e demande de mesurer des grandeurs en unités SI, de distinguer masse et poids, de calculer le moment d'une force, de comprendre les machines simples et de savoir comment on produit de l'électricité. La plupart des écoles de Kinshasa n'ont ni dynamomètre de 500 N, ni palan à quatre brins, ni alternateur de démonstration. Le parc en a, et il a surtout une Grande Roue de 34 nacelles et un Carrousel de 24 places sur lesquels ces notions se mesurent pour de vrai. Pendant 300 minutes, vos élèves relèvent des mesures avec leur incertitude, calculent des moments sur une maquette de nacelle, mesurent l'avantage mécanique d'un palan démonté et tracent le graphique tension = f(vitesse) d'une dynamo. Ils repartent avec une fiche de relevés complète, exploitable en classe la semaine suivante.

Déroulé de la journée (300 minutes)

Les groupes de 30 tournent dans cet ordre ; au-delà de trois groupes, la session tourne en deux vagues décalées d'une heure.

Vocabulaire à installer avant la visite

Les animateurs emploient ces mots sans les redéfinir : grandeur, unité SI (m, kg, s, N, V, A), incertitude de lecture (une demi-graduation), masse et poids, dynamomètre, vecteur, moment d'une force (M = F × d), pivot, centre de gravité, avantage mécanique (charge ÷ effort), palan, brin, réducteur, couronne dentée, dynamo, alternateur, tension et courant, multimètre, fonction linéaire et pente. Affichez-les au tableau la semaine précédente et faites-les recopier dans le cahier.

Activité de classe de 20 minutes : « la règle du ± »

Objectif : que chaque élève sache écrire une mesure sous la forme valeur ± incertitude unité avant d'arriver au parc, car les animateurs refusent les nombres nus.

1. (5 min) Formez des binômes. Chaque binôme mesure la largeur de sa table avec trois instruments différents : une règle de 30 cm graduée au millimètre, un mètre ruban gradué au centimètre et une ficelle reportée sur la règle.
2. (5 min) Pour chaque instrument, l'élève écrit la mesure avec l'incertitude d'une demi-graduation : par exemple 0,600 ± 0,0005 m avec la règle, 0,60 ± 0,005 m avec le mètre ruban, et une incertitude estimée pour la ficelle.
3. (5 min) Mise en commun : lequel des trois résultats est le plus précis ? Pourquoi les trois mesures d'une même table ne sont-elles pas identiques ? Introduisez le mot « incertitude » et la règle « on n'écrit jamais plus de chiffres que l'instrument n'en donne ».
4. (5 min) Transfert : au parc, ils mesureront la durée d'un tour de Carrousel au chronomètre (incertitude : le temps de réaction, environ 0,2 s) et la masse d'une charge sur une balance de 5 kg graduée tous les 50 g. Faites écrire à l'avance la forme attendue de ces deux résultats.

Trois rappels de cours utiles

1. Masse et poids : P = m × g avec g ≈ 9,8 N/kg à Kinshasa. Faites calculer le poids d'un sac de 25 kg de fufu (245 N) et celui d'un élève de 45 kg (441 N). Au parc, ils vérifieront la relation sur un sac lesté pesé au dynamomètre.
2. Moment d'une force : M = F × d. Sur la porte de la classe, montrez qu'il faut pousser plus fort près des gonds que près de la poignée. Les élèves calculeront le moment d'une masse posée sur le bras gradué d'une maquette de nacelle.
3. Proportionnalité et graphique : un tableau de proportionnalité donne des points alignés passant par l'origine. Ils vérifieront cette propriété sur la tension d'une dynamo à 30, 60 et 90 tours par minute.

Ce que l'école apporte

• Un adulte pour 15 élèves (un enseignant gratuit pour 10 élèves inscrits). Tous les instruments sont fournis par le parc ; chaque élève apporte une calculatrice, un crayon, une gomme et une règle.
• La fiche santé de la classe (allergies, asthme, traitements) et la liste nominative, remises au chef d'animation à l'arrivée.
• Gourde, casquette, chaussures fermées, repas de midi (le parc fournit des bâches, un point d'eau et des poubelles de tri sur l'esplanade).
• Une adresse électronique de l'enseignant pour recevoir sous 48 heures les mesures de référence du jour (durée du tour, tension de la dynamo à 60 tr/min), indispensables pour la correction.

Sécurité : ce qu'il faut dire aux élèves avant de partir

• Les mesures « sur la nacelle » se font dans une nacelle immobilisée au sol par l'opérateur de la Grande Roue, moteur arrêté, quatre élèves à la fois, un animateur à la porte.
• Si un tour de roue est proposé en fin de journée, ce sont les règles du parc qui s'appliquent : 4 passagers et 280 kg au maximum par nacelle, portes verrouillées par l'opérateur, on reste assis, on ne se balance pas ; la roue s'arrête au-delà de 15 m/s de vent ou en cas d'orage.
• Au Carrousel, la chaîne cinématique s'observe derrière la barrière ; les enfants de moins de 12 ans ne montent qu'accompagnés d'un adulte, ceinture attachée, et l'on descend uniquement à l'arrêt complet. Toute autre restriction : selon les consignes affichées à l'attraction.
• Les bancs électriques fonctionnent en 12 V sur piles et alimentations de sécurité ; personne ne touche au réseau ; cheveux attachés et manches courtes près des rotors.
• Jamais un élève seul : bracelet de couleur du groupe au poignet, comptage à chaque changement de station, point de rassemblement affiché à l'accueil. Un secouriste est présent toute la journée.

Après la visite

Les élèves rapportent leur fiche de relevés complète. La fiche de prolongement, envoyée sous 48 heures avec les mesures de référence, transforme ces relevés en compte rendu de travaux pratiques, en problème de statique sur la nacelle et en graphique de fonction linéaire. Programmez la séance dans la semaine qui suit, tant que les mesures sont fraîches.

Sources programme : EB7-SPT-GRANDEURS-MESURES-SI, EB8-SPT-FORCE-POIDS-MASSE, EB8-SPT-STATIQUE-MOMENTS, EB8-SPT-MACHINES-SIMPLES-LEVIERS-POULIES, EB8-SPT-DYNAMO-ALTERNATEUR-SOLAIRE, EB7-SVT-SQUELETTE-MUSCLES-MOUVEMENT, EB8-MAT-FONCTIONS-LINEAIRES-GRAPHIQUES.