Salut! Moi, c est Théo Top

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2 Salut! Moi, c est Théo Top Comme toi, je pars à la découverte du monde qui m entoure! Je t'accompagnerai dans chacune de tes nouvelles aventures autour de l éveil! Je serai là pour te guider dans tes réflexions et pour te mener à d autres questionnements. Chacun des sujets que nous allons découvrir ensemble se terminera par : Mes découvertes qui résume nos découvertes Le Dico qui explique ou réexplique les mots difficiles 4

3 Initiation technologique Module 1

4 LA DENSITÉ 1. POURQUOI LE GLAÇON FLOTTE-T-IL? Souviens-toi, en sciences, tu as découvert que lorsqu un corps est chauffé, on dit qu il se dilate, qu il prend plus de place. Et au contraire, lorsqu un corps est refroidi, on dit qu il se contracte, qu il prend moins de place. Tu as aussi découvert le fonctionnement du thermomètre : lorsque la température augmente, le liquide se dilate et monte dans le thermomètre. Aujourd hui, le mercure n est pratiquement plus utilisé à cause de sa toxicité, il a été remplacé par de l alcool. Lorsque la température diminue, le liquide se contracte et descend dans le thermomètre. Ces phénomènes de dilatation et de contraction existent tant pour les liquides que pour les solides et les gaz. Il y a cependant une exception, une anomalie : l eau. > Lorsque tu mets au congélateur une bouteille en plastique, remplie aux trois quarts d eau et que tu attends quelques heures, l eau gèle et se transforme en glace. Mais lorsque tu regardes bien, la bouteille, qui n était pas pleine, s est entièrement remplie de glace. > Si tu pèses la bouteille avant de la mettre au congélateur, puis après, tu constateras que sa masse n a pas changé. Pour le même poids, la glace prend un volume plus grand que l eau, car elle est moins compacte. On dit qu elle est moins dense. > L eau possède des propriétés étonnantes. Ainsi, elle «prend plus de place», elle se dilate lorsqu elle gèle, contrairement à presque tous les autres liquides. > Ceci explique que des conduites d eau éclatent parfois en hiver. En réalité, l eau se dilate au-dessus et en dessous de 4 C. C est lorsqu elle reste à l état liquide qu elle est la plus dense. C est parce que la glace est moins dense que l eau qu elle flotte sur l eau... Tu comprends à présent pourquoi les glaçons remontent toujours à la surface de ton verre : ils sont moins denses que l eau contenue dans le verre! 175

5 LA DENSITÉ L iceberg est un peu comme un glaçon géant dans l océan. Quelle que soit sa taille ou sa masse, il sera toujours moins dense que l eau dans laquelle il baigne! C est parce que la glace est moins dense que l eau qu elle flotte sur l eau POURQUOI L AIR CHAUD MONTE-T-IL? En sciences, lorsque tu as découvert les caractéristiques de l air, tu as vu que l air chaud «montait» et que l air froid «descendait». En réalité, pour être tout à fait exact, la notion de densité intervient tout comme pour le glaçon qui flotte! Essayons de comprendre ce concept à travers un exemple que tu connais bien, la montgolfière! brûleur nacelle ballon La montgolfière a été inventée au XVIII e siècle par les frères Montgolfier. Elle est composée d une nacelle attachée à un ballon. Un brûleur permet de chauffer l air à l intérieur du ballon par une ouverture dans celui-ci. Pour faire monter une montgolfière, il faut que sa masse volumique (sa densité) soit plus petite que celle de l air qui l entoure. Dès lors, on chauffe l air dans le ballon avec le brûleur. L air, au contact de cette chaleur, devient chaud, il se dilate. L air chaud est alors moins dense que l air froid et donc plus léger. Celui-ci s élève, entraînant la montgolfière avec lui. Mes découvertes En règle générale, la densité d un corps augmente lorsque sa température diminue et la densité d un corps diminue lorsque la température augmente. Dans la majorité des cas, plus un corps est froid, plus il est dense et plus il est chaud, moins il est dense. L eau représente une exception à cette règle. Le Dico 176 Dilatation : augmentation de volume. Contraction : diminution de volume. Flotter : être porté par un liquide. Densité, dense : rapport entre la masse d un corps et son volume. L air et l eau ont bien d autres caractéristiques étonnantes et il existe des outils spécifiques qui permettent de mesurer leur impact sur notre météo!

6 6 FICHIER D ACTIVITÉS ÉVEIL HISTORIQUE, GÉOGRAPHIQUE, SCIENTIFIQUE ET TECHNOLOGIQUE IRINA TODTS / JULIE LEJEUNE SANDRA HENNAY / GENEVIÈVE BOULANGER

7 Tu t apprêtes à découvrir le fichier qui accompagne ton manuel «Empreintes» et à réaliser les activités qui te sont proposées. On t y demande de répondre à des questions, d aiguiser ton sens de l observation, de décrire et de comparer des documents et des cartes historiques, de déchiffrer des cartes anciennes, de décoder et de compléter des lignes du temps, bref, de travailler comme un véritable petit historien! Et comme tu vas y laisser des tas d «empreintes» de toi, prends soin de ton fichier et complète-le de ta plus belle plume! Pour cela, tu vas avoir besoin de ton manuel, mais tu pourras aussi être amené à consulter ton dictionnaire des noms communs au cas où tu ne comprendrais pas tous les mots, ton dictionnaire des noms propres pour apprendre à connaître les hommes et les femmes qui ont fait notre histoire... Un atlas de géographie te sera aussi utile pour situer un pays ou retracer des itinéraires. En plus, à la fin de chaque séquence, tu trouveras une synthèse pour t aider à retenir l essentiel de ce que tu as appris et, le plus souvent, une ligne du temps. Grâce à cet outil, tu pourras mieux visualiser quand les événements ont eu lieu, à quelle période ils appartiennent, combien de temps ils ont duré, à quel rythme ils se sont enchaînés. Enfin, voici quelques pictogrammes que tu risques de rencontrer : Picto Manuel : tu as besoin de ton manuel. Picto Loupe : sois attentif et aiguise ton sens de l observation. Picto Dictionnaire : vérifie une définition ou recherche des infos sur un personnage historique. Picto Internet : complète ton information en regardant sur internet. À présent, au boulot! Bon travail!

8 Initiation technologique Module 1

9 LA DENSITÉ Fiche n 1 : Quel est le plus lourd? 1. Les plumes ou le plomb, quel est le plus lourd? 1 kilo de plumes? 1 kilo de plomb? Explique ton raisonnement : Réalise une expérience en remplissant cinq caisses de même volume, chacune avec un élément différent : de l herbe, des petits cailloux, des morceaux de frigolite, du sucre, du bois. Laquelle est la plus lourde? Quelle matière a la plus grande masse volumique? Classe, dans l ordre croissant, ces différents corps d après leur masse volumique < <..... <..... <.....

10 LA DENSITÉ Fiche n 2 : L œuf nageur 1. Réalise les expériences et complète le tableau. > Ce que j ai fait : Expérience 1 Expérience 2 Plonger un œuf frais et cru dans un verre d eau douce. Plonger le même œuf dans un verre d eau auquel on a ajouté une bonne quantité de sel. > Dessins de mon expérience > Ce que je constate : Expérience 1 Expérience 2 > Ce que je peux en conclure : Expérience 1 Expérience 2 252

11 LA DENSITÉ Fiche n 3 : Les mélanges Matériel nécessaire : > Un verre haut > Une cartouche d encre bleue > Du sirop de grenadine > Du liquide vaisselle > De l eau > De l huile Ce que j ai fait : > Verser le sirop de grenadine (2 cm) dans le verre. > Pencher le verre et ajouter le liquide vaisselle, tout doucement (2 cm). > Préparer dans un verre à côté un mélange d eau et d encre bleue. > Verser le mélange lentement dans le verre qui contient déjà le sirop et l huile en penchant le verre et en vous aidant du bord du verre. > Ajouter de la même façon l huile comme dernière couche. > Je dessine ce que j ai observé. > J écris ce que je peux en conclure. 253

12 LA DENSITÉ Fiche n 4 : Le ballon à air chaud ou froid Matériel nécessaire : > Un ballon de baudruche > Un élastique > Une bouteille > Une bouilloire > Une bassine > Des glaçons Ce que j ai fait : > Accrocher un ballon de baudruche au goulot d une bouteille plastique vide. > Remplir un récipient dont la taille permettra d enfoncer la bouteille avec de l eau chaude. > Plonger la bouteille verticalement dans le récipient précédent et la maintenir 30 secondes dans cette position. > Remplacer l eau chaude par de l eau froide. > Plonger la bouteille verticalement dans le récipient d eau froide et la maintenir quelques secondes. > Je dessine ce que j ai observé. > J écris ce que je peux en conclure. 254

13 LA DENSITÉ Fiche n 5 : Air chaud, air froid 1. Complète les pointillés par «air chaud» ou «air froid» Complète par >, < ou =. masse de l air froid... masse de l air chaud volume de l air froid... volume de l air chaud densité de l air froid... densité de l air chaud 3. Colorie en rouge le dessin qui représente l air chaud et en bleu celui qui représente l air froid. sol 255

14 LA DENSITÉ Fiche n 6 : La montgolfière La montgolfière utilise le concept que tu as découvert. La montgolfière a été inventée au 18e siècle par les frères Montgolfier, prénommés Joseph et Étienne. Une montgolfière est composée d une nacelle attachée à un ballon. ballon brûleur nacelle 1. Colorie les concepts corrects qui permettent à la montgolfière de s élever dans les airs. Un brûleur permet de chauffer l air à l intérieur du ballon par une ouverture dans celui-ci. Pour faire monter une montgolfière, il faut donc que sa masse volumique soit plus grande que celle de l air extérieur. Pour ce faire, on chauffe l air dans le ballon. De cette façon l air se dilate, et comme le ballon possède une ouverture, une partie de l air sort du ballon. La masse volumique globale du ballon diminue alors. En chauffant suffisamment l air dans le ballon, on peut arriver à ce que la masse volumique du ballon soit supérieure à celle de l air, et donc le ballon monte. L ouverture permet à l air du ballon de se refroidir. Pour faire monter une montgolfière, il faut donc que sa masse volumique soit plus petite que celle de l air. Pour ce faire, on chauffe l air dans le ballon. De cette façon l air se contracte, et comme le ballon possède une ouverture, une partie de l air sort du ballon. La masse volumique globale du ballon augmente alors. En chauffant suffisamment l air dans le ballon, on peut arriver à ce que la masse volumique du ballon soit inférieure à celle de l air, et donc le ballon monte. 256

15 LA DENSITÉ Fiche n 7 : Aquarium chaud et froid 1. Procède à une expérience. Matériel nécessaire : > Un grand récipient transparent > Un petit récipient troué dans le fond > De l encre > De l eau (chaude et froide) Ce que j ai fait : Plonger dans un récipient transparent rempli d eau froide un autre récipient, fermé mais troué, rempli d eau très chaude et colorée (avec de l encre par exemple). > Je dessine ce que j ai observé. 2. Complète. Plus la température d un corps augmente, plus il se..., plus sa masse volumique...! Plus la température d un corps diminue, plus il se..., plus sa masse volumique...! 257

16 LA DENSITÉ Fiche n 7 : L eau : une exception! Matériel nécessaire : > Une balance > Une bouteille en plastique > Un surgélateur Ce que j ai fait : > Peser la bouteille remplie aux trois quarts. > La mettre au surgélateur et attendre quelques heures. > J entoure la situation que j ai observée. État : Image 1 Image 2 Image 3 Eau gelée qui remplit les trois-quarts de la bouteille Eau gelée qui remplit entièrement la bouteille Eau gelée qui remplit la moitié de la bouteille Masse : Image 1 Image 2 Image 3 Balance en équilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre Balance en déséquilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre. Penche vers le côté liquide Balance en déséquilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre. Penche vers le côté gelé > J écris ce que je peux en conclure. 258

17 LA DENSITÉ Fiche n 1 : Quel est le plus lourd? 1. Les plumes ou le plomb, quel est le plus lourd? 1 kilo de plumes? 1 kilo de plomb? Explique ton raisonnement : Un soient les matières kilo, c est un kilo quelles que Il...va plumes que de plomb......falloir un plus gros volume de... Pour est plus lourd un même volume, le....plomb Réalise une expérience en remplissant cinq caisses de même volume, chacune avec un élément différent : de l herbe, des petits cailloux, des morceaux de frigolite, du sucre, du bois. Laquelle est la plus lourde? Quelle matière a la plus grande masse volumique? Classe, dans l ordre croissant, ces différents corps d après leur masse volumique < <..... <..... <.....

18 LA DENSITÉ Fiche n 2 : L œuf nageur 1. Réalise les expériences et complète le tableau. > Ce que j ai fait : Expérience 1 Expérience 2 Plonger un œuf frais et cru dans un verre d eau douce. Plonger le même œuf dans un verre d eau auquel on a ajouté une bonne quantité de sel. > Dessins de mon expérience > Ce que je constate : Expérience 1 Expérience 2 L œuf coule. L œuf flotte. > Ce que je peux en conclure : Expérience 1 Expérience 2 L œuf est plus dense que l eau douce. L eau salée est plus dense que l eau douce et que l œuf. 252

19 LA DENSITÉ Fiche n 3 : Les mélanges Matériel nécessaire : > Un verre haut > Une cartouche d encre bleue > Du sirop de grenadine > Du liquide vaisselle > De l eau > De l huile Ce que j ai fait : > Verser le sirop de grenadine (2 cm) dans le verre. > Pencher le verre et ajouter le liquide vaisselle, tout doucement (2 cm). > Préparer dans un verre à côté un mélange d eau et d encre bleue. > Verser le mélange lentement dans le verre qui contient déjà le sirop et l huile en penchant le verre et en vous aidant du bord du verre. > Ajouter de la même façon l huile comme dernière couche. > Je dessine ce que j ai observé. > J écris ce que je peux en conclure. Certains liquides sont plus «lourds» (denses) que d autres. La densité de chaque liquide lui permet de rester à sa place. Lorsque tu tentes de mélanger 2 liquides qui n ont pas la même densité, ils se séparent lorsque tu cesses de brasser. Le plus «lourd» se dépose au fond et le plus «léger» reste au-dessus. Exemple : l huile et l eau. Si les liquides sont versés dans le mauvais ordre, ils migreront naturellement à la bonne place, mais auront tendance à se mélanger s ils le peuvent (l eau et le sirop ou l eau et le liquide vaisselle). 253

20 LA DENSITÉ Fiche n 4 : Le ballon à air chaud ou froid Matériel nécessaire : > Un ballon de baudruche > Un élastique > Une bouteille > Une bouilloire > Une bassine > Des glaçons Ce que j ai fait : > Accrocher un ballon de baudruche au goulot d une bouteille plastique vide. > Remplir un récipient dont la taille permettra d enfoncer la bouteille avec de l eau chaude. > Plonger la bouteille verticalement dans le récipient précédent et la maintenir 30 secondes dans cette position. > Remplacer l eau chaude par de l eau froide. > Plonger la bouteille verticalement dans le récipient d eau froide et la maintenir quelques secondes. > Je dessine ce que j ai observé. > J écris ce que je peux en conclure. Quand on plonge la bouteille dans l eau chaude, l air froid qui se trouvait à l intérieur de la bouteille se réchauffe, il se dilate et prend plus de place. Il monte dans le ballon et gonfle ce dernier. Par contre dans le cas de l eau froide, l air se refroidit, il se contracte. L air devient plus lourd et prend moins de place. 254

21 LA DENSITÉ Fiche n 5 : Air chaud, air froid 1. Complète les pointillés par «air chaud» ou «air froid». air froid air chaud Complète par >, < ou =. masse de l air froid... = masse de l air chaud volume de l air froid... < volume de l air chaud densité de l air froid... > densité de l air chaud 3. Colorie en rouge le dessin qui représente l air chaud et en bleu celui qui représente l air froid. sol 255

22 LA DENSITÉ Fiche n 6 : La montgolfière La montgolfière utilise le concept que tu as découvert. La montgolfière a été inventée au 18e siècle par les frères Montgolfier, prénommés Joseph et Étienne. Une montgolfière est composée d une nacelle attachée à un ballon. ballon brûleur nacelle 1. Colorie les concepts corrects qui permettent à la montgolfière de s élever dans les airs. Un brûleur permet de chauffer l air à l intérieur du ballon par une ouverture dans celui-ci. Pour faire monter une montgolfière, il faut donc que sa masse volumique soit plus grande que celle de l air extérieur. Pour ce faire, on chauffe l air dans le ballon. De cette façon l air se dilate, et comme le ballon possède une ouverture, une partie de l air sort du ballon. La masse volumique globale du ballon diminue alors. En chauffant suffisamment l air dans le ballon, on peut arriver à ce que la masse volumique du ballon soit supérieure à celle de l air, et donc le ballon monte. L ouverture permet à l air du ballon de se refroidir. Pour faire monter une montgolfière, il faut donc que sa masse volumique soit plus petite que celle de l air. Pour ce faire, on chauffe l air dans le ballon. De cette façon l air se contracte, et comme le ballon possède une ouverture, une partie de l air sort du ballon. La masse volumique globale du ballon augmente alors. En chauffant suffisamment l air dans le ballon, on peut arriver à ce que la masse volumique du ballon soit inférieure à celle de l air, et donc le ballon monte. 256

23 LA DENSITÉ Fiche n 7 : Aquarium chaud et froid 1. Procède à une expérience. Matériel nécessaire : > Un grand récipient transparent > Un petit récipient troué dans le fond > De l encre > De l eau (chaude et froide) Ce que j ai fait : Plonger dans un récipient transparent rempli d eau froide un autre récipient, fermé mais troué, rempli d eau très chaude et colorée (avec de l encre par exemple). > Je dessine ce que j ai observé. 2. Complète. Plus la température d un corps augmente, plus il se..., dilate plus sa masse volumique... diminue! Plus la température d un corps diminue, plus il se..., contracte plus sa masse volumique... augmente! 257

24 LA DENSITÉ Fiche n 7 : L eau : une exception! Matériel nécessaire : > Une balance > Une bouteille en plastique > Un surgélateur Ce que j ai fait : > Peser la bouteille remplie aux trois quarts. > La mettre au surgélateur et attendre quelques heures. > J entoure la situation que j ai observée. État : Image 1 Image 2 Image 3 Eau gelée qui remplit les trois-quarts de la bouteille Eau gelée qui remplit entièrement la bouteille Eau gelée qui remplit la moitié de la bouteille Masse : Image 1 Image 2 Image 3 Balance en équilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre Balance en déséquilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre. Penche vers le côté liquide Balance en déséquilibre, bouteille d eau gelée d un côté, liquide de l autre. Penche vers le côté gelé > J écris ce que je peux en conclure. Pour le même poids, la glace prend un volume plus grand que l eau, car elle est moins compacte. On dit qu elle est moins dense. L eau possède des propriétés étonnantes. Ainsi, elle «prend plus de place», elle se dilate lorsqu elle gèle, contrairement à presque tous les autres liquides. Ceci explique que des conduites d eau éclatent parfois en hiver. 258

25 6 G u i d e d e l e n s e i g n a n t Éveil historique, géographique, scientifique et technologique irina todts / julie lejeune Sandra Hennay / Geneviève Boulanger

26 UTILISER «EMPREINTES» EN CLASSE? SUIVEZ LE GUIDE... Pour utiliser la collection d'éveil «Empreintes» de façon pertinente et efficace avec sa classe, un guide méthodologique à l'attention des enseignants a été conçu pour chaque année et il propose pour chaque matière d'éveil : UNE RÉFLEXION PÉDAGOGIQUE ET MÉTHODOLOGIQUE, sur les enjeux, les objectifs et les difficultés rencontrés lors des apprentissages en éveil dans l'année concernée ; UN TABLEAU RÉCAPITULALIF DES COMPÉTENCES développées dans chacune des séquences ; UN DESCRIPTIF MÉTHODOLOGIQUE sous la forme d'une nomenclature commune aux quatre disciplines envisagées. Ce descriptif : précise le contenu et les objectifs poursuivis pour chaque séquence ainsi que les éléments de la synthèse ; détaille des dispositifs d'apprentissage qui permettent de «vivre» la séquence en classe en articulant, de façon opérationnelle, le MANUEL et le FICHIER D'ACTIVITéS. Pour chaque séquence, l'enseignant/e prend directement connaissance du matériel dont il a besoin et des étapes à accomplir depuis la mise en situation jusqu'à la structuration des connaissances ; suggère à l'enseignant/e des pistes de prolongement et des lectures pour approfondir le sujet ou trouver d'autres idées ; propose des fiches d'évaluation qui permettent à l'enseignant/e de vérifier l'acquisition des connaissances et des savoir-faire de ses élèves avant d'aborder la séquence suivante. DES OUTILS PÉDAGOGIQUES : le guide met à la disposition des enseignants, pour chaque discipline, une boîte à outils et à images reprenant l'ensemble des outils pédagogiques (documents iconographiques, fiches-outils, matériels divers) nécessaires au bon déroulement des leçons. Geneviève Boulanger, Sandra Hennay, Julie Lejeune, Irina Todts 3

27 Formation technologique

28 Éveil à la technologie Le développement de compétences en technologie est, en soi, un développement de compétences transversales dans la mesure où la technologie est une vision intégrée d apprentissages divers et une formation globale de culture générale. L éveil à la technologie se fonde sur la résolution de situations-problèmes concrètes, amenant l enfant à s interroger sur le monde qui l entoure. Par conséquent, il développe des compétences d observation, d émission d hypothèses, de structuration et de conceptualisation. La technologie est l étude des outils et des machines et l ensemble des savoirs et des pratiques, fondés sur des principes scientifiques, dans un domaine technique. En outre, l enfant réalise la construction d instruments, réfléchit sur la méthode la plus adaptée à la résolution du problème et structure sa démarche. Il n est évidemment pas question de faire de nos élèves de véritables techniciens mais bien de les familiariser avec des outils et des matériaux, et de susciter un intérêt scientifique et technique pour le monde qui les entoure. Fabriquer, réaliser, construire, observer, découvrir, manipuler, monter, démonter, faire fonctionner, réparer, actionner, utiliser sont autant de verbes permettant à l enfant d apporter une solution pratique à un problème posé par la réalisation d un objet technique. Ainsi, l enfant comprendra le monde à travers l objet technique pourvu que ce dernier réponde concrètement à une situation-problème. C est pourquoi, dans cette collection, tous les objets techniques proposés à la réalisation répondent à des problèmes posés dans les autres domaines d éveil abordés dans l année en cours. Par ailleurs, la réalisation technologique se veut active pour dépasser l aspect informatif des processus découverts et la simple explication du «comment ça marche?». Pour conclure, l enfant augmentera sa capacité à interpréter le monde qui l entoure par la découverte de processus techniques répondant à des problèmes pratiques de sa vie quotidienne. 215

29 Éveil à la technologie Tableau des compétences S1 S2 S4 S5 Observer - identifier Repérer tous les éléments significatifs de la situation- problème. X X X Reformuler de manière concise la situation-problème. X Classer des éléments de la situation-problème selon un critère défini. X Faire apparaitre dans un dessin les éléments significatifs de la situation-problème. Émettre des hypothèses - analyser et planifier X X Savoir-faire Sélectionner plusieurs éléments pertinents dans un ou plusieurs documents fournis par l enseignant/e. Identifier notions, termes nouveaux, attacher une définition en référence au contexte. Recenser les différentes hypothèses de résolution. En fonction de plusieurs hypothèses émises collectivement, déterminer si elles peuvent être retenues en fonction de critères définis. À partir d une série d informations pertinentes, les ordonner suivant une structuration donnée. Réaliser - Modéliser la situation et manipuler Ordonner chronologiquement les étapes à réaliser. X X X X X X X Effectuer un dessin à main levée pour formaliser la réalisation. X X Réaliser les opérations nécessaires dans un ordre adéquat pour aboutir à l objectif fixé. X X X Utiliser des outils, des matériaux et des équipements. X X Organiser son espace de travail en fonction de la tâche à réaliser. X X Respecter les normes de sécurité et d hygiène. X Réguler Vérifier le résultat obtenu, son adéquation aux critères de départ, sa conformité avec la solution recherchée. X X X Identifier les erreurs et apporter des corrections ou des améliorations éventuelles. X X 216

30 Éveil à la technologie Structurer Formaliser la démarche par un dessin à main levée. X X Savoir-faire Formaliser la démarche dans un langage oral en utilisant les termes techniques corrects. Formaliser la démarche dans un langage écrit en respectant la structure propre à la rédaction de textes techniques. X X X X Réinvestir les acquis (concepts, démarches) dans le même domaine technologique. X X Socles de compétences, ministère de la Communauté française L éducation par la technologie est un cours qui se fonde sur le fait que la technologie est une discipline participant à la formation globale du jeune au même titre que les cours dits de culture générale. La technologie est un système complexe combinant des techniques particulières autour d un procédé central (ex. : la technologie nucléaire). Les techniques, ce sont des machines, des enjeux, des procédés, des façons d utiliser des matériaux, ce sont des combinaisons d un principe scientifique avec des appareils construits pour un usage précis de ces principes. Le cours d éducation par la technologie participe à la formation globale de l enfant qui lui permet de mettre en œuvre des compétences contribuant progressivement par là au développement des différents types de pensées. Il vise l acquisition de démarches mentales et comportementales grâce à la résolution de problèmes technologiques dans le cadre de la construction des savoirs. Dans l enseignement fondamental et au 1er degré de l enseignement secondaire, le cours d éducation par la technologie privilégie l acquisition d une démarche de résolution de problèmes technologiques ayant comme support un objet technique et/ou un concept technique. Toutefois, un objet technique n est pas une situation-problème en lui-même. C est dans la mesure où il pose problème à travers des questions liées à sa conception, sa fabrication, sa mise en œuvre, son utilisation, sa réparation et sa transformation qu il devient le support d une démarche didactique de résolution de problèmes. Cette démarche s exerce dans plusieurs des domaines suivants : Biotechnologie, Électronique - contrôle technologique, Technologie de l alimentation, Technologie de l information et de la communication, Technologie des matériaux, Structures et mécanismes, Techniques de production et de processus. Constructiviste, l éducation par la technologie proscrit la simple transmission de connaissances et rejette aussi tout objectif exclusif de formation gestuelle. 217

31 Module 1 La densité Contenu Les enfants approfondiront des observations faites précédemment en sciences. Ils découvriront que chaque corps a une densité qui lui est propre. Ils feront le lien entre la masse et le volume. Par l intermédiaire d expériences, ils seront amenés à observer l influence de la température sur la densité d un corps. Objectif(s) poursuivi(s) Comprendre le terme «densité» ou «masse volumique». Établir le lien existant entre la masse et le volume. Caractériser l influence de la température sur la densité. Savoir que l eau est une exception, elle se dilate en refroidissant. Nombre de séquences prévues Deux séquences de 50 minutes Matériel Manuel (p.175), fichier d'activités (p.251) L œuf nageur 2 bocaux Un œuf frais et cru Du sel Les mélanges Un verre assez haut Une cartouche d encre bleue Du sirop de grenadine Du liquide vaisselle De l eau De l huile Le ballon à air chaud ou froid Un ballon de baudruche Un élastique Une bouteille Une bouilloire Une bassine Des glaçons Aquarium chaud et froid Un grand récipient transparent Un petit récipient troué dans le fond De l encre De l eau (chaude et froide) L eau une exception Une balance Une bouteille en plastique Un surgélateur 227

32 Module 1 La densité Déroulement méthodologique FA > p Rappel : les états de la matière Proposer aux enfants de se remémorer les caractéristiques moléculaires des trois états de la matière. L enseignant propose d illustrer, par exemple, les trois états de l eau. Il explique aux élèves que chaque élève est une molécule d eau et doit être plus ou moins proche et plus ou moins lié à ses camarades selon l état physique annoncé. En gaz, tous sont dispersés à travers la classe, et devraient se disperser à travers toute l école pour que la représentation soit réaliste. Pour le liquide, les élèves sont debout, les uns à côté des autres, en «troupeau». Pour la glace, ils sont liés les uns aux autres : chacun tend les bras et s accroche à deux camarades différents, bras tendus. En passant de liquide à solide ou inversement, la différence de volume se fait ainsi bien sentir. Par après, l enseignant/e modifie ses consignes : il annonce le passage d un état à l autre par le nom du changement d état (condensation, fusion, vaporisation...) afin de revoir le vocabulaire. 2. Qu est-ce qui est le plus lourd? Énigme : qu est ce qui est plus lourd? Un kilo de plume ou un kilo de plomb? Réflexion des élèves. > FA fiche 1 : Quel est le plus lourd? Un kilo, c est un kilo quelles que soient les matières. Il va juste falloir beaucoup plus de plumes que de plomb car le plomb est plus lourd. Par contre, si tu dois remplir deux boîtes identiques de plomb et de plumes, c est celle avec le plomb qui sera la plus lourde. Pour un même volume, le plomb est plus lourd. Il a une masse volumique plus grande. 3. Qu est-ce que la densité? L enseignant propose aux enfants deux expériences pour mieux comprendre cette notion de masse volumique. L enseignant doit spécifier que les termes «densité» et «masse volumique» signifient la même chose. L œuf nageur > FA fiche 2 : L œuf nageur > Ce que nous avons fait : Expérience 1 Expérience 2 Plonger un œuf frais et cru dans un verre d eau douce. > Ce que nous avons observé : Plonger le même œuf dans un verre d eau dans lequel on a ajouté une bonne quantité de sel. Expérience 1 Expérience 2 L œuf coule. L oeuf flotte. > Ce que nous pouvons en conclure : Expérience 1 Expérience 2 L œuf est plus dense que l eau pure. L'eau salée est plus dense que l'eau claire. L eau salée est également plus dense que l œuf. 228

33 Module 1 La densité Un complément d informations L eau est composée de molécules. Celles-ci essaient de repousser l'œuf vers la surface, mais la composition moléculaire de l'eau est telle que l'œuf passe au travers. La densité de l œuf est plus grande que l eau pure. Par contre, en modifiant la composition de l eau, en y ajoutant du sel, on modifie sa densité. L'eau salée est plus dense que l'eau claire. L eau salée est également plus dense que l œuf. On sait d ailleurs que dans la mer Morte on remarque ce phénomène, le baigneur flotte sans effort... Les mélanges > FA fiche 3 : Les mélanges > Ce que nous avons fait : Prendre un grand verre : Verser le sirop de grenadine (2 cm) Pencher le verre et ajouter le liquide vaisselle, tout doucement (2 cm) Préparer dans un verre à côté un mélange d eau et d encre bleue. Verser le mélange lentement dans le verre qui contient déjà le sirop et l huile en penchant le verre et en vous aidant du bord du verre. Ajouter de la même façon l huile comme dernière couche. > Ce que nous avons observé : Les quatre couches de liquide sont bien séparées. > Ce que nous pouvons en conclure : Certains liquides sont plus «lourds» (denses) que d autres. La densité de chaque liquide lui permet de rester à sa place. Lorsque tu tentes de mélanger 2 liquides qui n ont pas la même densité, ils se séparent lorsque tu cesses de brasser. Le plus «lourd» se dépose au fond et le plus «léger» reste au-dessus. Exemple : l huile et l eau. Si les liquides sont versés dans le mauvais ordre, ils migreront naturellement à la bonne place, mais auront tendance à se mélanger s ils le peuvent (l eau et le sirop ou l eau et le liquide vaisselle). Un complément d informations Chaque matière a une densité ou une masse volumique qui lui est propre. Plus un solide a une densité faible, plus il flottera. (Il faut que sa densité soit plus faible que celle de l eau.) À l inverse, plus un solide a une forte densité, plus il coulera. (il faut que sa densité soit plus forte que celle de l eau). 4. L influence de la température sur la densité Cette expérience a déjà été réalisée en sciences, il est cependant intéressant de la recommencer pour expliquer précisément le concept de densité. Les enfants savent déjà que l air chaud se dilate et «monte». Ils savent également que l air froid se contracte et «descend». Le concept de masse volumique n a cependant pas été exploré. Le ballon à air froid ou chaud > FA fiche 4 : Le ballon à air chaud ou froid > Ce que nous avons fait : Accrocher un ballon de baudruche au goulot d'une bouteille plastique vide. 229

34 Module 1 La densité Remplir un récipient dont la taille permettra d'enfoncer la bouteille avec de l'eau chaude. Plonger la bouteille verticalement dans le récipient précédent et la maintenir 30 secondes dans cette position. Remplacer l'eau chaude par de l'eau froide. Plonger la bouteille verticalement dans le récipient d'eau froide et la maintenir quelques secondes. > Ce que nous avons observé : Lorsque la bouteille est placée dans le récipient d'eau chaude, le ballon se gonfle. Par contre, si celle-ci est plongée dans de l'eau froide, le ballon se vide totalement, il est même aspiré par la bouteille. > Ce que nous pouvons en conclure : Quand on plonge la bouteille dans l'eau chaude, l'air froid qui se trouvait à l'intérieur de la bouteille se réchauffe, il se dilate et prend plus de place. Il monte dans le ballon et gonfle ce dernier. Par contre dans le cas de l'eau froide, l'air se refroidit, il se contracte. L air devient plus lourd et prend moins de place. Un complément d informations Sous l'action de l'eau chaude l'air dans la bouteille se dilate. En se dilatant, l'air prendra plus de place. Il exerce alors une pression dans le ballon, augmentant ainsi son volume. On dira que sa masse volumique diminue. À l'inverse, si l'on refroidit le ballon, tout l'air chaud se contracte. Il a tendance à retomber car sa masse volumique augmente. Il diminue alors considérablement son volume. Quand j augmente la température de l air, son volume augmente mais sa masse volumique diminue! Quand je diminue la température de l air son volume diminue mais sa masse volumique augmente! > FA fiche 5 : Air chaud, air froid > FA fiche 6 : La montgolfière L aquarium chaud et froid > FA fiche 7 : Aquarium chaud et froid > Ce que nous avons fait : Plonger dans un récipient transparent rempli d eau froide un autre récipient, fermé mais troué, rempli d eau très chaude et colorée (avec de l encre par exemple). > Ce que nous avons observé : L eau chaude monte et reste en surface, jusqu à ce qu elle refroidisse. > Ce que nous pouvons en conclure : L'eau chaude est moins dense que l'eau froide. Conclusion Plus la température d un corps augmente, plus il se dilate, plus sa masse volumique diminue! Plus la température d un corps diminue, plus il se contracte, plus sa masse volumique augmente! 230

35 Module 1 La densité 5. L eau : une exception! > FA fiche 8 : L eau : une exception! Il y a cependant une exception, une anomalie : l eau. > Ce qu on a fait : Peser la bouteille remplie aux trois quarts. La mettre au et attendre quelques heures. > Ce qu on a constaté : L'eau gèle et se transforme en glace. La bouteille, qui n'était pas pleine, s'est entièrement remplie de glace. Peser la bouteille : sa masse n'a pas changé. > Ce qu on peut en conclure : Pour le même poids, la glace prend un volume plus grand que l'eau, car elle est moins compacte. On dit qu'elle est moins dense. L'eau possède des propriétés étonnantes. Ainsi, elle «prend plus de place», elle se dilate lorsqu elle gèle, contrairement à presque tous les autres liquides. Ceci explique que des conduites d eau éclatent parfois en hiver. Analyse matière Les concepts de densité font également intervenir la poussée d Archimède. à l'école primaire, ce concept ne sera pas abordé avec les enfants néanmoins, vous trouverez ci-après quelques informations intéressantes. Le principe d'archimède Pourquoi l'énorme coque d'un bateau flotte-t-elle, alors qu'un petit clou, en acier lui aussi, coule? La réponse à cela est simple : la coque d'acier du navire est conçue sous une forme qui déplace une grande quantité d'eau. Si l'acier employé dans la construction du paquebot était mis à l'eau sans être conformé en une coque de grandes dimensions, il coulerait tout comme le clou. Le paquebot est donc là pour nous démontrer que le fait qu'un objet flotte ne dépend pas seulement de sa masse (poids), mais aussi du volume d'eau qu'il déplace. Pour comprendre ce principe, nous avons fait quelques expériences. 1. Des récipients de même volume (550 cm 3 ) contenant des masses différentes. 500 cm 3 est l'équivalent de 550 ml et 550 ml est l'équivalent de 550 g quand on parle d'eau. Masse < 550 g Masse = 550 g seuil de flottabilité Masse > 550 g 231

36 Module 1 La densité 2. Des récipients de volumes différents contenant une même masse (550 g). Le volume de 500 cm 3 déplace 550 ml d'eau. Le récipient d'un volume inférieur à 500 cm 3 est trop chargé et coule. La résistance de l'eau ne peut stabiliser qu'un volume chargé d'une masse équivalente à la masse du volume d'eau déplacé, à savoir 550 g. Volume > 500 cm 3 Volume = 500 cm 3 seuil de flottabilité Volume < 500 cm 3 Tout objet plongé dans l'eau subit une poussée verticale vers le haut égale au poids du volume d'eau déplacé. Pourquoi la mongolfière se maintient-elle et se déplace-t-elle dans l'atmosphère? 1. Poussée d'archimède C'est la poussée d'archimède qui permet le maintien d'une montgolfière dans l'atmosphère. Cette poussée est égale au poids du volume d'air déplacé par le ballon. 2. Différence de masse volumique entre l'air chaud et l'air froid L'air chauffé a une masse volumique inférieure à l'air ambiant, donc, cet air chauffé est plus léger et tend à s'élever. C'est pourquoi la poussée d'archimède s'exerce avec plus de force quand l'air à l'intérieur du ballon est chauffé car le poids de son volume est moins important. C'est ce phénomène qui permet le déplacement vertical de la montgolfière. Synthèse Correction collective ou manuel page 176 Vocabulaire Dilatation : augmentation de volume Contraction : diminution de volume Flotter : être porté par un liquide Densité, dense : rapport entre la masse d un corps et son volume. 232