SCIENCES PHYSIQUES TD N 8 CORRIGE
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- Daniel Picard
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1 SCIENCES PHYSIQUES TD N 8 CORRIGE Ce corrigé ne respecte pas la consigne concernant le nombre de pages. C est avant tout un outil de formation qui ne saurait être considéré comme un corrigé modèle. Cette séquence sur les propriétés de l air est destinée à des élèves de cycle 3. Il ne s agit pas de mettre en évidence la présence de l air. Cette notion devrait avoir été abordée en fin de cycle 2. Il s agit pour les élèves de comprendre que l air est une matière comme les autres. Il possède des propriétés que l on peut étudier. Le vent qui fait flotter les drapeaux est de la matière qui se déplace et qui agit sur le drapeau. La matérialité de l air se construit à travers des activités mettant en jeu les propriétés de l air. C est au cours de ces activités que les élèves vont peu à peu construire les concepts visés : l air est de la matière au même titre que l est un solide ou un liquide. I. Analyse des documents Document 1 Ce document est destiné aux élèves. Il propose une expérience permettant de vérifier le caractère pesant de l air. Cette expérience est réalisable en classe. Elle utilise la double pesée avec une tare. Ce dispositif évite ainsi des éventuelles différences de masse possibles avec l utilisation de ballons différents. L usage d un ballon est recommandé car il ne change pas de forme. Ce document peut être utilisé comme support d une trace écrite. Document 2 Ce document présente une expérience permettant de mettre en évidence la pression de l air. Cette expérience est réalisable en classe. Elle utilise un tube transparent (verre ou plastique) bouché aux deux extrémités par un morceau de pomme de terre. Si on pousse un des morceaux de pomme de terre, celui du côté opposé est expulsé. Ce document peut être utilisé comme support d une trace écrite. Document 3 Ce document montre le rôle du clapet dans un système de pompe. Celui-ci permet d empêcher le retour de l air dans la pompe. Le ballon reste gonflé. Cette expérience est réalisable en classe. Ce document peut être utilisé comme support d une trace écrite. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 1 / 9
2 Document 4 Ce document présente une expérience permettant de mettre en évidence le transvasement de l air. Elle est réalisable en classe. La fluidité de l'air permet son transvasement aisé d'un récipient vers l'autre. Une méthode usuelle consiste à opérer ce transfert dans une cuve à eau. II. Les programmes Au cycle 1, l élève entre en relation avec le monde par les sens. Les activités proposées lui permettent de développer sa perception. Le vent (air en mouvement) constitue une première approche de l existence de l air. Au cycle 2, les élèves ont pris conscience de l existence de l air, première manifestation d une forme de la matière, distincte du solide et du liquide. Au cycle 3, l étude de la matérialité de l air et la construction de l état gazeux se poursuit. Le caractère pesant de l air va être établi. Une autre matière invisible, la vapeur d eau, va être rencontrée. La notion d état gazeux se construit peu à peu. Des considérations sur l adaptation des êtres vivants à leur milieu permettent également de considérer l air (respiration, circulation) d un point de vue vital. Les objectifs en terme de connaissances sont : l air est de la matière au même titre que les liquides et les solides puisque l air est pesant ; la matérialité se manifeste également par d autres propriétés : - l air peut être transvasé comme les liquides ; - l air peut transmettre un mouvement comme les solides ; - l air peut résister à un liquide, à un solide ou au mouvement (parachute) ; - le vent est de l air en mouvement ; l air est enfin un excellent isolant thermique. Par exemple, les duvets ne sont qu un moyen de maintenir une couche d air non renouvelée et donc chauffée par le corps. III. Objectifs de la séquence Les objectifs de cette séquence en terme de connaissances sont : l air occupe de la place ; l air peut se transvaser ; l air est pesant ; l air exerce une pression. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 2 / 9
3 Les objectifs de cette séquence en terme de savoir-faire sont : organiser son travail et le travail du groupe ; imaginer puis mettre en oeuvre un protocole expérimental pour répondre à une problématique ; mettre en oeuvre les étapes d une démarche expérimentale ; présenter des résultats d'expériences. IV. Exemple de séquence de classe La séquence proposée est composée de 6 séances de 30 à 45 minutes. 1. Séance 1 : existence de l air L objectif de cette séance est d évaluer les connaissances des élèves sur l'existence de l'air et de mettre en évidence la présence l'air à partir d'une expérience. Situation déclenchante L enseignant montre une bouteille d eau vide au groupe classe et demande aux élèves : «Qu'y a-t-il dans une bouteille vide?». Chaque élève répond individuellement par écrit. Confrontation Lors d une phase collective de confrontation, l enseignant amène les élèves à échanger sur ce qu ils pensent en argumentant. Les réponses peuvent être : - des gouttes d'eau ; - de l'air ; - rien. Pour les gouttes d'eau, on peut accepter le fait que les bouteilles n'étaient pas suffisamment égouttées. L enseignant propose alors de trouver une expérience qui permet de montrer qu'il y a de l'air dans la bouteille. Conception de l expérience L enseignant présente aux élèves le matériel mis à leur disposition : des bouteilles plastiques, des tuyaux, des ballons baudruche, des pailles et des récipients remplis d'eau. Il rappelle ensuite le problème posé : «Comment montrer qu'il y a de l'air dans la bouteille?». Sciences physiques TD n 8 Corrigé 3 / 9
4 Par groupes de 4, il demande aux élèves de proposer une expérience. La consigne est : «Sur votre cahier d'expériences, imaginez une expérience soit par un dessin soit en racontant soit les deux en même temps». Si les élèves hésitent, l enseignant leur rappelle qu'ils peuvent se tromper et qu'ils ne doivent pas avoir peur de chercher. Le rapporteur de chaque groupe expose les résultats des recherches à la classe. L expérience est menée devant la classe. Les élèves observent les résultats obtenus. Propositions d expériences : - Un élève prend une bouteille en plastique, ôte le bouchon, fait comme si il remplissait la bouteille d'air puis il la rebouche : «Si c'est dur quand j'appuie c'est qu'il y a de l'air.» La bouteille s'aplatit un peu et devient dure. - Un élève prend une bouteille et met une éponge sur le goulot : «Si j'appuie sur la bouteille l'air va sortir et je le sentirai sur ma main». Un élève a mis sa main mais n'a rien senti. - Un élève prend la bouteille et met sa main devant l'orifice du goulot puis presse la bouteille. Un élève a mis sa main a senti un souffle. - Un élève utilise une bouteille, place un entonnoir dans le goulot puis 2 pailles dans l'entonnoir et un ballon de baudruche fixé aux extrémités des pailles : «Si j'appuie sur la bouteille le ballon va se gonfler». Un élève presse la bouteille mais le ballon ne se gonfle pas. Un élève fixe le ballon directement sur le goulot de la bouteille et en pressant la bouteille fait gonfler le ballon. Un autre élève prend une paille et fixe le ballon à son extrémité. En soufflant dans la paille, il gonfle le ballon. Chaque élève dessine une des expériences et raconte ce qu il a observé sur son cahier d'expérience. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 4 / 9
5 2. Séance 2 : montrer que l air occupe de la place L enseignant présente aux élèves le matériel mis à leur disposition : des bacs transparents, des bouteilles plastiques sans fond, des bouteilles plastiques avec fond, de l eau, des ballons de baudruche, un entonnoir et de la pâte à modeler. Il donne la consigne : «Avec le matériel à votre disposition, vous allez essayer de trouver un moyen de gonfler le ballon sans souffler dedans.» Par groupes de 3 ou 4, les élèves mettent au point une expérience. Chaque élève dessine l expérience que le groupe va réaliser. Puis chaque groupe réalise son expérience. Chaque groupe explique son expérience. Les résultats sont mis en commun. Les groupes qui n ont pas réussi recommencent l expérience. Ils sont aidés par les autres élèves. Interprétation Lors d une phase collective, l enseignant demande aux élèves d expliquer ce qui s est passé : «Le ballon s est gonflé.». Puis, il leur demande d expliquer pourquoi : «L air de la bouteille a été chassé dans le ballon.» Le rôle de l enseignant est très important lors des phases d oralisation. Il doit veiller à la justesse des discours. Il aide à la reformulation, à la sélection des questions en relation avec le sujet abordé et les objectifs à atteindre. Modification de l expérience L enseignant modifie l expérience et demande : «On met l entonnoir sur la bouteille. La pâte à modeler empêche l air de pénétrer par le goulot. On verse ensuite de l eau dans l entonnoir. Que va-t-il se passer?». Les élèves donnent des réponses oralement. Les réponses des élèves sont inscrites au tableau. Les mêmes groupes d élèves effectuent ensuite l expérience. Interprétation Lors d une phase collective, l enseignant demande aux élèves d expliquer ce qui s est passé : «L eau n a pas coulé». Puis, il leur demande d expliquer pourquoi : «L air de la bouteille empêche l eau de couler.» Sciences physiques TD n 8 Corrigé 5 / 9
6 Enfin, il leur demande comment faire couler l eau dans le bouteille : «Percer la bouteille ou la pâte à modeler.». A cette occasion, certains élèves pourront sentir l air qui sort de la bouteille. La trace écrite peut être : «L air occupe de la place». Elle est complétée avec les schémas d expériences. 3. Séance 3 : l air peut se transvaser L objectif de cette séance est de mettre en évidence que l air peut se transvaser. Cette propriété de l air a pu être mise en évidence au cycle 2. L enseignant présente aux élèves le matériel mis à leur disposition : deux gobelets et une bassine rempli d eau. Un gobelet est posé dans la bassine. L enseignant demande aux élèves : «est-il possible de remplir d air le gobelet sans le sortir de la bassine?» Recherche individuelle Chaque élève dessine ce qui va se passer selon lui et explique pourquoi. Les propositions des élèves sont mises en commun et répertoriées par l enseignant. L enseignant réalise l expérience devant le groupe classe (document 4). L enseignant demande aux élèves d expliquer ce qui s est passé : «quand on transvase de l air sous l eau, on le rend visible : on voit des bulles d'air qui remontent à la surface de l'eau.». Il leur demande d expliquer pourquoi : «L air peut être transvasé.» La trace écrite peut être complétée par : «Comme toute matière, l air occupe de la place et peut se transvaser.». 4. Séance 4 : un ballon gonflé est-il plus lourd qu un ballon dégonflé? L objectif de cette séance est de mettre en évidence le caractère pesant de l air : l air a une masse. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 6 / 9
7 L enseignant présente aux élèves le matériel mis à leur disposition : un ballon de football dégonflé, une pompe et une balance. L enseignant demande aux élèves : «U ballon dégonflé sera-t-il plus léger, plus lourd ou pareil qu un ballon gonflé? Pourquoi?» Les élèves émettent des hypothèses oralement. Les hypothèses sont confrontées. Les élèves doivent argumenter leurs réponses. Expérience L enseignant pèse le ballon dégonflé. Il pèse ensuite le ballon après l avoir gonflé. Les élèves observent les masses du ballon dégonflé, puis gonflé et les comparent. Interprétation L enseignant demande aux élèves d expliquer ce qui s est passé : «Le ballon gonflé est plus lourd». Puis, il leur demande d expliquer pourquoi : «C est la masse de l air qui fait la différence car elle a augmenté.» L enseignant fournit le document 1 aux élèves. Chaque élève répond aux questions posées. Les réponses aux questions sont mises en commun. La trace écrite peut être complétée par : «Comme toute matière, l air est pesant.». 5. Séance 5 : un tube bouché est-il rempli d air? L objectif de cette séance est de mettre en évidence la compression de l air. L enseignant présente aux élèves le matériel : un tube transparent et une pomme de terre. Il propose aux élèves de résoudre le problème suivant : «Je bouche les deux extrémités du tube avec deux morceaux de pomme de terre. Que va-t-il se passer si je pousse d un côté?» Recherche individuelle Chaque élève dessine ce qui va se passer selon lui et explique pourquoi. Les propositions des élèves sont mises en commun et répertoriées par l enseignant. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 7 / 9
8 L enseignant réalise l expérience devant le groupe classe. L enseignant demande aux élèves d expliquer ce qui s est passé : «En poussant d un côté, le 2 ème morceau de pomme de terre est expulsé.». Il leur demande d expliquer pourquoi : «C est la colonne d air emprisonnée dans le tube.» Puis, il interroge les élèves sur les instruments auxquels cette expérience peut faire penser. Les propositions possibles sont : une seringue, une pompe, un gonfleur, La trace écrite peut être : «L air peut servir à pousser quelque chose. On dit qu il exerce une pression». Elle est complétée avec le schéma de l expérience (document 2). 6. Séance 6 : gonfler un ballon avec une pompe à vélo L objectif de cette séance est de comprendre le fonctionnement d une pompe. L enseignant présente aux élèves le matériel : une pompe à vélo, des ballons de baudruche, du ruban adhésif, des lanières de ballon, du papier et des élastiques. Il propose aux élèves répondre à la question : «Peut-on gonfler le ballon avec la pompe?». Par groupes de 4, les élèves essaient de gonfler le ballon. Lors de la mise en commun, les élèves constatent : - qu il est impossible de gonfler le ballon ; - qu il se dégonfle instantanément. Il est probable que certains élèves apportent une solution à ce problème : il faut empêcher l air de sortir du ballon en empêchant le retour de l air dans la pompe. Chaque groupe cherche à concevoir un système permettant le retour de l air avec le matériel disponible. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 8 / 9
9 Chaque élève dessine le dispositif expérimental. Chaque groupe réalise l expérience. Chaque groupe explique à la classe le schéma de son expérience et le rôle du clapet. La solution est discutée par le groupe classe. Elle consiste à faire un clapet en prenant une lanière de ballon que l on fixe sur la pompe avec un élastique ou du ruban adhésif et qui obstrue le trou de sortie de l air (document 3). Les groupes qui n avaient pas trouvé de solution peuvent recommencer l expérience. Ils peuvent assistés par les autres élèves. Interprétation L interprétation collective doit permettre de constater que le ballon se gonfle grâce au clapet. L air qui est dans le ballon ne peut retourner dans la pompe. La trace écrite peut être : «Le clapet empêche l air de revenir dans la pompe». Elle est complétée avec le schéma de l expérience. V. Compétences transversales Le travail de groupe, les discussions et les débats collectifs exigent des élèves le sens de l écoute, du respect de la parole et l autre et de la coopération (éducation civique). La maîtrise de la langue est travaillée à l oral (communication, argumentation, explicitation, hypothèses) et à l écrit (schémas, trace écrite). VI. Prolongements Un projet météorologique d observation régulière de variables atmosphériques (température, force et direction du vent, pression atmosphérique ) peut être un prolongement conduisant les élèves à manipuler certaines caractéristiques de l air. La réalisation d un objet technique tel qu une girouette ou une éolienne peut être l occasion d illustrer l articulation entre science (la matérialité de l air, les effets des forces) et technologie (construction d un objet dont on définit les fonctions et l utilité). Les élèves peuvent également aborder le problème de la qualité de l air. Sciences physiques TD n 8 Corrigé 9 / 9
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