L air comme matière 6-8. Auteur : Kristína Žoldošová, Trnavska Univerzita v Trnave, Slovakia. ans

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1 6-8 ans Contenu scientifique : Physique Concepts cible : État gazeux de la matière. Présence d air dans l environnement. L air en tant que matière présente dans l espace. Groupe d âge visé : Élèves de huit ans Durée de l activité : 2 x 45 minutes (90 minutes) Résumé : Les élèves sont dirigés dans l étude du comportement de l air dans l eau. Lors de la première étape de la recherche, ils observent la façon dont l air s échappe d un verre immergé dans une cuvette d eau. Avant la phase de manipulation, ils formulent des prévisions et en discutent avec leurs camarades de classe. Ce débat a pour objectif de mettre au jour les connaissances qui leur permettront d appréhender le problème. L étude approfondie leur permet de découvrir que l air remplit l espace comme, par exemple, l eau. Objectifs : développement des compétences d observation des élèves ; correction des préjugés des élèves concernant l air en tant que matière emplissant l espace ; développement de la capacité des élèves à utiliser des expériences précédentes pour expliquer les phénomènes observés, à effectuer des recherches simples visant à vérifier leur propres préjugés et à s appuyer sur leurs connaissances pour résoudre des problèmes survenant lors des recherches (questions). Matériel : Pour chaque groupe d élèves : une cuvette d eau ; un gobelet en plastique d une contenance de 100 à 200 ml ; le même gobelet avec un petit trou dans le fond ; une feuille de papier ; du papier absorbant L air comme matière Auteur : Kristína Žoldošová, Trnavska Univerzita v Trnave, Slovakia The content of the present document only reflects the author s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information therein.

2 1. Réflexion (Formulation d hypothèses) L enseignant prépare une cuvette d eau et un petit morceau de papier froissé. Il demande aux élèves s il est possible d immerger le papier dans la cuvette sans le mouiller. Les enfants débattent de leurs idées à mesure qu ils les expriment. L enseignant tente de les amener à argumenter ; il leur demande non seulement de formuler leurs idées mais aussi d expliquer pourquoi ils avancent leurs arguments (en fonction du niveau cognitif des élèves, l argumentation s appuie sur leur expérience, et c est ce que l enseignant recherche). Les élèves peuvent proposer plusieurs solutions, par exemple, vider l eau de la cuvette, placer le papier dans un sac en plastique, etc. À la fin de la discussion, l enseignant leur montre sa façon de procéder (uniquement si les élèves n ont pas trouvé cette méthode par eux-mêmes). Il prend un gobelet et fixe un morceau de papier froissé dans le fond. Il retourne ensuite le verre pour vérifier que le papier est bien collé, puis plonge le verre tête en bas dans la cuvette d eau. Après quelques secondes, il retire le verre et montre que le papier reste sec, même après avoir été plongé dans l eau. Les enfants refont l expérience en groupes, de manière que tous soient convaincus que le phénomène se répète comme démontré par l enseignant. L objet d une autre étude découle de cette situation stimulante, que l enseignant verbalise par la question suivante : Pourquoi le papier plongé dans l eau dans le verre tête en bas est-il resté sec? La question à laquelle répondra l exercice est posée. 2. Recherche (Conception et mise en place d expériences et d observations) Après avoir terminé l Exercice 1, les enfants partagent leurs idées avec le reste de la classe. L enseignant anime la discussion de manière que chaque idée soit exprimée et débattue, le cas échéant, puis il remet le matériel aux groupes pour qu ils puissent vérifier les prévisions formulées dans le schéma de l Exercice 1. Les élèves peuvent alors corriger leurs prévisions en fonction de ce qu ils ont découvert. L enseignant reprend ensuite son matériel, saisit le verre tête en bas et demande ce qui se produira s il le plonge dans la cuvette d eau et s il le penche un peu. Il n effectue pas de suite la démonstration. Les élèves doivent réfléchir à cette question sans effectuer de recherche empirique. L enseignant retire le matériel et leur demande de dessiner la situation dans l Exercice 2 des fiches pédagogiques, à savoir, ce qui se produira si le verre contenant le morceau de papier est penché lorsqu il est immergé dans l eau. Ils doivent également, comme dans l exercice précédent, indiquer sur les dessins les espaces occupés par l air et par l eau. L enseignant les incite à réfléchir de manière précise. L enseignant demande ensuite aux élèves de réfléchir à la démonstration. Il les encourage à tenter d expliquer le phénomène. Les élèves en groupes proposent différentes manières de procéder et vérifient si elles fonctionnent. Ils recueillent d autres informations empiriques concernant le phénomène en question, qui peuvent les aider à faire des prévisions plus précises. Lorsque l enseignant s aperçoit que les enfants ne trouvent plus de nouvelles idées et qu ils ont le sentiment de comprendre le phénomène, il peut envisager d autres stimulations, en vue d amener une explication du phénomène observé. L enseignant leur demande alors de travailler sur l Exercice 1 des fiches pédagogiques annexes. Celui-ci prend la forme d un tableau dans lequel les élèves notent leurs prévisions. Diverses situations sont représentées, impliquant un verre, un morceau de papier et une cuvette d eau. Ils doivent désigner celles dans lesquelles le morceau de papier fixé au fond du verre reste sec. Ils doivent également colorier la partie du verre qui contient de l air, dans chacun des huit cas de figure présentés. Le principal objectif de cette tâche est d inciter les enfants à réfléchir précisément à la situation, sans vérifier les cas de figure de manière empirique. Pour cela, l enseignant retire le matériel. Pendant le travail sur l Exercice 1, il passe parmi les groupes d élèves et demande à certains de préciser pourquoi ils ont indiqué telle ou telle option. Il les amène à expliquer comment l eau entre dans le verre, et enfin comment l air s échappe du verre plongé dans l eau. L enseignant s adresse aux élèves individuellement, de sorte que ceux-ci puissent expliquer librement leurs idées (souvent ils n osent pas faire part de leurs idées à toute la classe avant d en avoir discuté en groupe ou avec l enseignant). Ils doivent s appuyer sur leurs connaissances et s apercevoir (par exemple) qu avant que le verre soit penché le papier dans le fond était sec, ce qui signifie que l eau ne pouvait pas l atteindre. Les enfants doivent ensuite discuter de la situation et trouver une explication. Ils dessinent l idée sur laquelle ils s accordent sur une grande feuille de papier qu ils présenteront à la classe. Après discussion, ils effectuent une vérification et recueillent des informations empiriques. L enseignant leur remet alors le matériel afin qu ils observent ce qui se produit. L exercice et les discussions associées doivent être menés de façon que les élèves se rendent compte que des bulles s échappent du verre immergé et que de l eau entre dans le verre. Si seules quelques bulles s échappent du verre, le papier fixé au fond reste sec. Ils peuvent observer les mouvements à la surface de l eau dans le verre lorsque l air (sous forme de bulles) s échappe. C est la raison pour laquelle il convient d utiliser des cuvettes transparentes. L enseignant élabore ensuite une conclusion s appuyant sur l observation des élèves. Il doit s assurer que ceuxci comprennent que les bulles qu ils voient sont composées d air. À ce stade, il doit leur rappeler le principal objectif de l étude : trouver pourquoi le papier reste sec, même lorsqu il est plongé dans une cuvette ouverte. Il leur demande de se faire leur propre

3 idée sur une explication en fonction des conclusions de leurs observations. Il peut diriger leur attention (le cas échéant) sur le cas dans lequel le papier reste sec même lorsqu il est immergé. Les enfants partagent leurs idées en groupes pour trouver d autres informations. Ils travaillent à partir des conclusions tirées de l expérience précédente. Lorsque les élèves ont le sentiment de comprendre le fonctionnement de la situation, l enseignant les incite à pousser le raisonnement plus loin. Il peut leur demander ce qui se produira s il perce un trou dans le fond du verre. Il leur montre le gobelet portant un petit trou dans le fond, place le morceau de papier dans le fond (comme au début de l exercice), le fixe, et retourne le verre. Il demande aux enfants ce qui se produira s il plonge ce verre dans la cuvette d eau. Les enfants effectuent l Exercice 3 des fiches pédagogiques. Celui-ci est semblable au premier, mais les enfants doivent bien comprendre que le gobelet a un trou. Ils indiquent les cas dans lesquels ils pensent que le papier au fond du verre restera sec et colorient les parties des verres qui contiennent de l air. Une fois qu ils ont terminé l exercice, ils échangent leurs idées. Ils peuvent ensuite vérifier leurs prévisions (idées). 3. Évaluation (Évaluation des preuves) Pour parvenir à la conclusion, le professeur demande aux enfants d effectuer l Exercice 4 des fiches pédagogiques. Ils doivent expliquer pourquoi le papier au fond d un verre plongé tête en bas dans l eau reste sec et pourquoi il se mouille si le verre a un trou. Ils sont incités à utiliser les preuves observées, ce qui les ramène au problème posé. L enseignant peut également inciter les enfants à s appuyer sur les connaissances acquises dans la situation suivante (Exercice 5) : nous avons une bouteille vide avec un entonnoir dans son goulot, scellé avec de la pâte à modeler. Nous tentons de verser de l eau dans la bouteille, mais seule une petite quantité d eau entre dans la bouteille. Les élèves doivent expliquer pourquoi il est impossible de verser de l eau dans la bouteille. L enseignant leur demande de s appuyer sur les conclusions des exercices précédents. Matériel contenu dans les annexes : Fiches pédagogiques à destination des élèves leur permettant d exprimer leurs connaissances et prévisions et de noter les preuves observées afin de formuler une conclusion sur la base de ces preuves.

4 FICHES PEDAGOGIQUES Exercice 1 : Indique les situations dans lesquelles un morceau de papier placé au fond du verre reste sec. Colorie la partie du verre qui contient de l air dans chacun des cas b) Maintenant tu peux tester les huit situations représentés ci-dessous et noter ce que tu remarques à coté de chaque dessin

5 Exercice 2 : Dessine ce qui se passe si l on penche le verre contenant le morceau de papier sec alors qu il est dans l eau. Dessine sur ton dessin où se trouve l air et où se trouve l eau. Sois précis ; réfléchis, parle avec tes camarades de classe. N oublie pas qu avant que l on penche le verre, le papier dans le fond est sec, ce qui signifie que l eau ne l a pas atteint.

6 Exercice 3 : Il y a un petit trou au fond de tous les verres! Indique les situations dans lesquelles tu penses que le papier au fond du verre avec un trou reste sec. Comme dans les exercices précédents, colorie les parties des verres qui contiennent de l air. Vérifie tes prévisions et tire des conclusions de l étude b) Maintenant tu peux tester les huit situations représentés ci-dessous et noter ce que tu remarques à coté de chaque dessin

7 Exercice 4 : Explique pourquoi le papier au fond du verre plongé tête en bas dans l eau reste sec et pourquoi il est mouillé si le verre a un trou. Exercice 5 : Nous avons une bouteille vide avec un entonnoir dans son goulot. L entonnoir est scellé par de la pâte à modeler autour de la bouteille. Explique pourquoi il est impossible de verser de l eau dans la bouteille. Pour trouver une explication, essaye d utiliser les conclusions des exercices précédents.