La matière dans tous ses états! Liens avec les programmes

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1 La matière dans tous ses états! Liens avec les programmes 1. Atelier : Quelques propriétés des liquides

2 Proposition de scénario pédagogique 1 er moment : phase exploratoire des mélanges (prévoir au moins deux séances) Matériel préconisé : tables protégées (nappe plastique), éponges humides à disposition, récipients en plastique (pots de yaourts transparents en verre ou en plastique avec leurs couvercles), seringues, cuillères à café, pipettes, eau, huile, colorants alimentaires, vinaigre, sirop de sucre liquide* L élève dispose de son cahier de sciences et/ou d une tablette numérique (possibilité facilitée de prise de notes et de photos avec l application Book Creator) Le numérique au service de l élaboration de traces écrites augmentées (photos, vidéos, ) Les manipulations peuvent se faire par binôme ou trinôme. Ils choisissent deux matières liquides différentes, les versent dans un récipient, observent ce qui se passe, puis en gardent une trace écrite (cet écrit contient obligatoirement les noms des liquides utilisés ainsi qu un dessin d observation légendé et une phrase descriptive («L eau transparente est devenue colorée», «l huile reste au-dessus de l eau», «l eau colorée tombe au fond du pot sous forme de gouttelettes et ne colore pas l huile», ). En fonction du temps, chaque groupe peut se lancer dans deux ou trois mélanges différents. A ce stade, les termes de densité, de solubilité, de miscibilité, ne sont pas donnés aux élèves. Une phase collective permet de mettre en commun les différentes observations. Il est possible de le mener sous la forme d un tableau à double entrée : EAU HUILE SIROP DE SUCRE VINAIGRE EAU HUILE SIROP DE SUCRE VINAIGRE

3 A l issue de cette étape, le terme «miscible» peut être apporté. Des liquides qui, mélangés entre eux, forment une solution homogène (par exemple l eau et le sirop de sucre), sont miscibles entre eux. A l inverse, l huile mélangée à de l eau formera deux couches (phases) bien distinctes ; l huile «flotte» sur l eau. Les deux liquides ne sont pas miscibles entre eux. 2 ème moment : phase réflexive autour de certains mélanges (prévoir au moins deux séances) L exemple du mélange huile + eau peut soulever une véritable situation-problème : Comment expliquer que l huile se trouve au-dessus de l eau? (notion abordée : la densité) Pourrait-on essayer d obtenir un mélange eau + huile où l huile serait au fond? [Laisser les élèves réfléchir, proposer et concevoir des expérimentations (ordre dans lequel les liquides sont versés, retourner le récipient hermétiquement fermé, ). Il est possible d obtenir un mélange où la phase «eau» se trouve sur la phase «huile» en congelant d abord le récipient avec l huile puis en y ajoutant de l eau très froide et de congeler le tout : cela permet de traiter des états liquides, solides et du point de fusion (température à laquelle une matière passe de l état solide à l état liquide). A température ambiante, ce mélange deviendra à nouveau liquide et l huile se retrouvera à nouveau au-dessus.] Pour expliquer ce phénomène, proposer aux élèves de peser deux récipients identiques contenant respectivement de l eau et de l huile à volume égal (le mieux est d utiliser deux récipients gradués et une balance de Roberval). A volume égal (même espace occupé), l huile a une masse inférieure à celle de l eau. Elle est moins dense que l eau. (C est seulement à l issue de cette expérimentation que le terme pourra être apporté) En guise de moment de réinvestissement [interface sciences / mathématiques], l enseignant peut proposer aux élèves d ordonner, du moins dense au plus dense, trois récipients (notés de A à C). Pour l enseignant : Comment préparer les trois récipients? Verser du sirop de sucre à trois niveaux différents (la différence de concentration doit être élevée pour faciliter les manipulations des élèves.)

4 Ajuster le niveau final en ajoutant la quantité d eau nécessaire. Bien mélanger le tout. Penser à étiqueter chaque tube. par tube. Il est également possible d ajouter deux gouttes de colorant différent [Dans la logique spiralaire des programmes, ces mêmes notions pourront être reprises et complétées l année suivante en faisant travailler les élèves sur des mélanges solides-liquides (sucre en morceaux, sel, plastique, métal, bois, riz, farine, semoule, ) et en ajoutant la notion de solubilité.] A l issue de ces séances, il est possible de proposer aux élèves quelques défis à relever, avant de transférer toutes ces compétences pour réaliser de délicieux cocktails à étages, sans alcool, évidemment! 2. Atelier : Le point de fusion Quelques matériaux utilisables en classe et permettant de comparer leurs différents points de fusion : le beurre, la margarine, le chocolat, l eau, la cire d abeille (en présence d un adulte) Modélisation de la création d un volcan (de type effusif) avec des chocolats de différentes couleurs. D autres matériaux peuvent être cités (quelques vidéos en ligne en suivant les liens hypertexte) : l étain (soudures dans les appareils électro-ménagers), la lave (volcanisme), le plastique (confection de bouteilles en PVC), le verre (penser à Meisenthal).

5 3. Atelier : Les miroirs Proposition d une suite d activités sur «Lumières et ombres» : ICI

6 DEFI N 1 Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3 Niveau 4 Niveau 5 Prérequis : les élèves ont exploré, lors d ateliers, différents mélanges (eau + huile / eau colorée + huile / eau + vinaigre / eau sucrée + eau non sucrée ) Niveau 1 : Essaie d obtenir, dans un récipient, deux couches de liquides de couleurs différentes. Niveau 2 : Essaie de reproduire à l identique le résultat de la photo. Niveau 3 : Essaie d obtenir, dans un récipient, trois couches de liquides de couleurs différentes. (ordre des couleurs indifférent) Niveau 4 : Essaie de reproduire à l identique le résultat de la photo. Niveau 5 : Essaie de reproduire à l identique le résultat de la photo. Matériel mis à disposition : - plusieurs récipients, seringues, pipettes, colorants (bleu, rouge, jaune) [prérequis : approche expérimentale des mélanges de couleurs primaires pour obtenir du vert à partir du bleu et du jaune], eau, huile, sirop de sucre liquide, 1. Choisis le niveau que tu souhaites réaliser. 2. Avant de toucher au matériel, réalise un schéma légendé (accompagné ou non d un écrit) qui illustre et explicite le dispositif que tu vas mettre en place. 3. Réalise ton expérimentation (prise de photo possible). 4. Décris à l écrit (schéma, photo, trace ) le résultat obtenu. 5. As-tu réussi le défi? En cas de non réussite, explique, à ton avis, pourquoi ça n a pas fonctionné comme prévu.

7 DEFI N 2 Prérequis : les élèves ont expérimenté, lors d un atelier, différents mélanges (eau + huile / eau + colorant / eau colorée + huile / eau sucrée + eau non sucrée ) Matériel mis à disposition : - plusieurs récipients, seringues, pipettes, colorants (bleu, rouge, jaune), huiles, eau, vinaigre blanc. Arriveras-tu à réaliser le même montage? Le liquide contenu dans le tube doit être coloré. Le liquide contenu dans le récipient doit être transparent ou bien d une couleur différente. Les deux liquides ne doivent pas pouvoir se mélanger entre eux.

8 DEFI N 3 Prérequis : les élèves ont expérimenté, lors d un atelier, différents mélanges (eau + huile / eau + colorant / eau colorée + huile / eau sucrée + eau non sucrée ) Arriverez-vous à reproduire cette boule à secouer? Critères de réussite : Le poisson doit se trouver entre deux liquides différents, en position verticale. Il ne doit pas toucher le fond du pot ni flotter en surface. Matériel mis à disposition : - récipients, eau, sirop de sucre liquide, huile, colorants, fil de fer fin, billes de polystyrène, coupe-fil, poisson en plastique (rayon «perles à collier»), autre,