Sandrine KERN CM2 ECOLE PRIMAIRE LEÏ CIGALOS. MONTEE DES RABINES 83136 PUGET- VILLE 1) Projeter un film pour consolider les connaissances des élèves en fin de séance. Matière Sciences expérimentales et technologie Niveau Cycle 3 CM2 Thème «L eau, une ressource» Point des «Etats de la matière et changement d états» instructions officielles Objectifs généraux des séances : (cf : IO programmes 2008) Socle commun Palier 2 CM2 Fusion, solidification Être capable de mettre en évidence que le mélange intime de glace et d eau à l état liquide est à zéro degré (0 C). Être capable de montrer expérimentalement que la masse se conserve au cours de cette transformation. Ébullition Être capable de mettre en évidence qu à l air libre et dans les conditions usuelles l eau bout à une température fixe, voisine de cent degrés (100 C) et que la valeur de celle-ci n est affectée ni par la durée du chauffage ni par la puissance de la source. État gazeux Savoir que la vapeur d eau présente dans l air ambiant, état gazeux de l eau, est imperceptible à nos sens. Évaporation, condensation Être capable de mettre en évidence qu au cours de l évaporation (ou de la condensation) l eau ne disparaît pas (ou n apparaît pas) mais qu elle est en permanence présente dans l air. Facteurs agissant sur la vitesse d évaporation Être capable de faire subir expérimentalement une succession de transformations à une quantité d eau donnée. Être capable de déterminer expérimentalement les facteurs qui agissent sur la vitesse d évaporation. L eau ne disparaît pas au cours de l évaporation, présente dans l air, elle peut être condensée sur une paroi froide. Attention à la confusion avec la buée ou le brouillard qui appartiennent à l état liquide. La culture scientifique et technique PRATIQUER UNE DÉMARCHE SCIENTIFIQUE OU TECHNOLOGIQUE Pratiquer une démarche d'investigation : savoir observer, questionner Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l'essai plusieurs pistes de solutions Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral MAÎTRISER DES CONNAISSANCES DANS DIVERS DOMAINES SCIENTIFIQUES ET LES MOBILISER DANS DES CONTEXTES SCIENTIFIQUES DIFFÉRENTS ET DANS DES ACTIVITÉS DE LA VIE COURANTE La matière Matériel : Glaçons Eau différents récipients dont certains sont transparents pour voir que l eau est toujours horizontale. Une pompe à vélo pour montrer que l on peut comprimer l air.
Des bouteilles en plastiques Des ballons de baudruche Une bouteille coupée Une bassine Séquence 1 1) Questionnement initial : Introduction du sujet par une discussion collective : - l eau, qu est ce que c est? - où la trouve- t- on? Il est vraisemblable qu au cours de la discussion apparaissent les mots solide, liquide, glace. Les différents états de la matière Avec des élèves de cycle 3, il est vraisemblable qu'est connu le fait qu'eau et glace sont constituées de la même substance. Ceci nécessite cependant une vérification. Une discussion dans la classe devrait permettre de le faire. S'il s'avère que cette notion n'est pas acquise, il faut alors reprendre les expériences des cycles antérieurs : observation et dessin de glaçons qui fondent... Par contre, le fait que la température de fusion soit 0 C n'est sûrement pas un savoir partagé. Par la discussion, arriver au fait que : La glace, l eau liquide et la vapeur d eau sont trois états physiques de l eau. 2) Phase de manipulation du matériel Mettre en évidence par la manipulation les points suivants : - Les solides ont leur forme propre - Les liquides s écoulent ou adoptent au repos la forme des récipients qui les contiennent, leur surface libre étant alors horizontale - Les gaz coulent et prennent la forme des récipients, mais contrairement aux liquides ils en occupent la totalité du volume. 3) Trace écrite : Les différents états de la matière La glace, l eau liquide et la vapeur d eau sont trois états physiques de l eau. 1) les solides L état solide : Un solide a une forme définie qui ne change pas mais qui peut se modifier sous l effet d une force ou de la chaleur. (exemple : du métal) 2) les liquides Faire un dessin de l eau qui coule Faire un dessin de différents récipients et plan inclinés mettant en évidence que la surface de l eau reste horizontale et que l eau prend la forme du récipient. L état liquide : Un liquide est également un corps fluide. Il coule entre les doigts. Il prend la forme du récipient qui le contient. A l inverse du gaz, on ne peut pas le comprimer. (exemple : l eau). Les liquides s écoulent ou adoptent au repos la forme des récipients qui les contiennent, leur surface libre étant alors horizontale
3) les gaz Les gaz coulent et prennent la forme des récipients, mais contrairement aux liquides ils en occupent la totalité du volume. L état gazeux : Un gaz est un corps fluide. On ne peut pas le saisir. Il se répand dans l espace qui lui est offert. On peut le comprimer. (exemple : l air).
Séquence 2 Les changements d états de la matière La solidification de l'eau Objectifs de connaissance : L eau gèle (ou reste solide) lorsqu elle est portée à une température inférieure à 0 c et réciproquement la glace fond ou l eau reste liquide lors qu elle est portée à une température supérieure à 0 c. Le mélange intime de glace et d eau est à 0 C. La masse se conserve au cours de cette transformation - Avoir compris et retenu : la conservation de la matière dans les changements d'état de l'eau - Savoir que la température de solidification ou de fusion de l'eau est 0 Celsius - Percevoir que le changement d'état est progressif. «Comment l'eau se transforme- t- elle en glace?» A l'aide d'un mélange réfrigérant, les élèves étudient la température et la durée nécessaire à la solidification de l'eau. Ils représentent ensuite leurs observations sur une courbe Concepts scientifiques Pendant les changements d'état, il y a de l'eau à l'état liquide et solide. Ce changement d'état se passe à une température constante et égale à 0 C. Termes scientifiques température constante mélange réfrigérant : terme donné à titre indicatif mais qui marque souvent les élèves car il est «source» d'un phénomène extraordinaire Compétences attendues être capable de lire correctement un thermomètre être capable de tracer la courbe temps/ température Matériel : Par groupe de 4 : - 1 thermomètre - 1 pot en verre ou verre en plastique transparent - 1 bocal ou bol pouvant contenir le petit récipient Pour la classe : Mélange réfrigérant fait avec : - environ 500 g de glace cassée avec un marteau dans un torchon - 2 à 3 poignées de gros sel (bien mélanger la glace et le gros sel)
A quelle température, l'eau se transforme- t- elle en glace? Ø Formuler ses prévisions = ce que je pense Sur leur cahier d'expérience, les élèves notent individuellement leur prévision : «La glace, c'est de l'eau gelée, elle devient dure à? degrés.» Ø Mise en commun Les élèves annoncent leur prévision. Il y a discussion, on argumente. On n'a qu'une solution pour savoir qui a raison, on fait une expérience. Ø Problème : Comment observer la transformation d'eau en glace? Ø Proposition immédiate des enfants Mettre de l'eau au congélateur, mais un problème apparaît : «On ne voit rien.» On peut toutefois, si ce problème n'est souligné par personne, laisser les enfants mettre en œuvre cette expérience. On scinde alors la séance en deux phases. Ø Proposition du maître Utiliser un mélange réfrigérant. - Mettre le mélange réfrigérant dans le bol - Mettre un peu d'eau dans un petit pot - Le disposer dans le bol - Le mélange réfrigérant n'est pas de la «magie». Cela fonctionne avec le même principe que pour un congélateur. On va peser chaque récipient et noter le volume au moyen d un trait sur le verre On pourra ainsi mettre en évidence la conservation de la masse et l augmentation du volume Ø Remarques : Comment observer la transformation d'eau en glace? Il faut d'une part que cela soit visible. D'autre part, sachant que l'eau va refroidir, il faut avoir recours à un instrument de mesure, le thermomètre. Expérience Chaque groupe vient chercher son matériel. Ils mettent en œuvre le dispositif expérimental à partir des remarques et explications du maître faites lors de la phase précédente. Ils notent individuellement le dispositif expérimental sur leur cahier d'expériences. Répartition des tâches : - Un élève indique le temps toutes les deux minutes et un autre lit la température sur le thermomètre. - Tout cela est noté par les deux autres élèves. - Celui qui observe signale le moment où l'eau commence à figer et celui où elle l'est complètement. Les relevés sont notés sur le cahier d'expérience.
Construction de la courbe et trace écrite Ø Déroulement Les élèves construisent, individuellement, la courbe T /Temps à partir de leurs données, sur leur cahier d'expériences. Il y a alors un retour sur leurs prévisions Ø Remarques En fonction du niveau de la classe ou des différents groupes, une différenciation aisée consiste à fournir aux élèves la structure des tableaux à remplir et/ ou le repère orthonormé facilitant le tracé de la courbe. Soit à la fin de cette phase, soit le lendemain, un court débat est organisé afin de décider ce que l'on devra retenir de l'expérience. Trace écrite A 0 (zéro degré) l eau se transforme en glace. C est la solidification. Inversement, en se réchauffant, la glace devient liquide. C est la fusion Liquide Solidification Solide Solide Fusion Liquide
Séquence n 3 A quelle température l eau bout- elle? Que se passe- t- il alors? Les élèves notent leurs hypotèses. L ébullition, la condensation, l évaporation Expérience très simple : faire chauffer de l eau dans une casserole et constater la température d ébullition. Au moyen d un couvercle, faire condenser la vapeur d eau et constater que l eau ne disparaît pas Trace écrite : Faire les dessins de l expérience L eau bout à 100 (cent degrés) et se transforme en gaz, la vapeur d eau. C est l évaporation. Inversement, en se refroidissant, la vapeur d eau se transforme en gouttelettes. C est la condensation. ETAT TRANSFORMATION NOUVEL ETAT Gazeux Condensation Liquide Liquide Evaporation Gazeux
Séquence 4 Selon le temps dont on dispose, on peut compléter par les expériences suivantes : Les élèves font sécher un linge mouillé et découvrent quelles conditions (chaleur, vent, surface au contact de l'air) accélèrent l'évaporation. L évaporation Objectif : Sensibiliser les élèves à la notion d'évaporation Notions visées : Changements d'état de la matière Durée : 1 séance de recherche d'hypothèses et d'expériences 5 expériences Les temps d'évaporation sont assez longs (plusieurs heures). Notions abordées chaleur aération (vent et ventilateur) rapport surface/temps d'évaporation Situation déclenchante Comment un vêtement mouillé sèche-t-il sur le fil dehors? Que se passe-t-il? Parfois, il ne sèche pas. Pourquoi? Hypothèses faites par les élèves Le soleil fait sécher le linge Le vent fait sécher le linge L'eau du linge fait des nuages qui font la pluie L'eau disparaît L'eau tombe par terre Ca dépend des tissus (vitesse de séchage) L'eau du linge passe dans la corde à linge Elle devient invisible, elle s'évapore Expériences proposées par les élèves Mettre un linge mouillé au soleil dehors et un autre (le même) à l'ombre dehors. Mettre un linge mouillé en classe avec le ventilateur et le même sans ventilateur. Mettre un linge mouillé dans un seau plein d'eau, ne rien faire ("elle disparaîtra"). Mettre un linge plié et un autre déplié, sans soleil et sans vent (en classe), chronométrer le temps de séchage. Mettre de l'eau dans une bouteille et la même quantité dans une assiette : chronométrer le temps de séchage.
Matériel - réveil - des serviettes de même dimension - 3 cordes à linge (1 dehors dans la cour, l'autre en classe) - pinces à linge - ventilateur - seau Expérience 1: avec soleil / sans soleil Déroulement Une serviette est mise à sécher sur la corde, dehors, au soleil. Une autre serviette est mise à sécher dehors sur la corde, à l'ombre Chronométrer le temps de séchage Constatation Conclusion Le linge sèche plus vite au soleil mais les deux sèchent quand même Expérience 2 : sans vent / avec vent Déroulement Étendre une serviette dans la classe (sans vent) Étendre une serviette dans la classe devant un ventilateur (avec vent) Chronométrer Constatation Expérience 3 : dans un seau Expérience 4: pliée / dépliée
Conclusion Eau liquide Condensation solidification Evaporation fusion Eau sous forme de gaz Vapeur d eau sublimation Eau solide Glace
Photos des expériences en classe :
FILM «Les enquêtes de la luciole, l eau dans tous ses états» Objectifs du film Conduire l enfant à prendre conscience des différents états de l eau et du concept de cycle de l eau. Conduire l enfant à expérimenter à propos des changements d états de l eau. Construire une première approche du concept de propriété, en physique. Sur le site on peut utiliser les fiches pédagogiques associées et mises en ligne. On y trouve les objectifs de chaque film, le découpage du film et les notions abordées afin d arrêter le visionnage et permettre une phase de langage oral, de questionnements, de reformulation par les enfants. Cette phase orale est primordiale pour mieux fixer, comprendre et mémoriser les connaissances. Les difficultés de compréhension du vocabulaire scientifique, ou même du vocabulaire courant de base, empêchent trop souvent une bonne compréhension des notions. Le fait de reformuler la même notion sous différents formes (l élève lis, écris, dis, écoute, vois les mots importants) permet de contourner cet obstacle de compréhension. Intérêt de visionner le film après les expériences en classe : Les expériences menées en classe visant à l acquisition des différentes compétences sont relativement faciles à mener, nécessitent peu de matériel et réussissent presque à chaque fois. Elles sont simples, rapides, réalisables sur une ½ journée de classe. Elles permettent par ailleurs de travailler de nombreuses compétences transversales (émettre des hypothèses, verbaliser une conclusion, lire un thermomètre ) Le fait de visionner le film après avoir acquis les compétences permet de consolider le savoir des élèves. La petite séquence du film sur les molécules permet de compléter les connaissances, en effet il n est pas possible d aborder ce point par la simple expérimentation en classe. D autres points du programme de CM2 ne permettent que peu d expériences en classe, il sera alors intéressants de visionner une vidéo en début de progression pour découvrir la notion après que les élèves aient émis des hypothèses.
2) Projeter un film en début de séquence pour permettre la découverte d une notion. Matière Niveau Thème Point des instructions officielles Objectifs généraux Cf IO Programmes 2008 Sciences expérimentales et technologie Cycle 3 CM2 Le ciel et la Terre Savoir que la Terre présente des phénomènes dynamiques d origine interne Volcans et séismes Comprendre une des manifestations de la vie de la Terre. Différencier montagne et volcan. Découvrir les différents types de volcan. Localiser les volcans sur la carte du monde. Etre capable de localiser des volcans en activité et de comprendre que la connaissance des volcans actuels nous permet de retrouver l histoire des anciens volcans. Montrer que la roche volcanique provient du refroidissement de la lave Définir un volcan et distinguer les deux types d éruption - calme avec la lave fluide. - Explosive avec la lave visqueuse (grosses explosions, nuée ardente Etre capable d exploiter des documents (photos ou films) pour suivre au cours du temps les phases d une éruption volcanique. Socle commun Palier 2 CM2 La culture scientifique et technique PRATIQUER UNE DÉMARCHE SCIENTIFIQUE OU TECHNOLOGIQUE Pratiquer une démarche d'investigation : savoir observer, questionner Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l'essai plusieurs pistes de solutions Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral MAÎTRISER DES CONNAISSANCES DANS DIVERS DOMAINES SCIENTIFIQUES ET LES MOBILISER DANS DES CONTEXTES SCIENTIFIQUES DIFFÉRENTS ET DANS DES ACTIVITÉS DE LA VIE COURANTE Le ciel et la Terre
SEANCE 1 Les Volcans Activités : 1 ) Faire émerger les représentations des élèves en leur demandant de dessiner un volcan. 2 ) Mise en commun des dessins. 3 ) Problématique : Qu est- ce qu un volcan? Prendre en compte les hypothèses des élèves : Ce que je pense : Qu est- ce qu un volcan? Exemple des conceptions des enfants (copie de la trace écrite du cahier de sciences) «Je pense qu un volcan c est une grosse roche avec de la lave dedans. C est pour cela que la roche est noire. La lave c est du feu et parfois ça explose : c est quand le volcan est en éruption. Quand le volcan s énerve cela forme des dégâts» «Je pense qu un volcan c est une montagne avec de la lave dedans. La lave c est du feu» «Je pense qu un volcan c est dangereux parce que ça explose» Je lis des documents : Mettre à disposition des élèves une sélection de textes documentaires sur le thème. Exemple : «que se passe- t- il lorsqu un volcan se réveille?» Hachette livre 2002, les savoirs de l école p 116/117 Je visionne des films documentaires. Visionner plusieurs films : Ø qu est ce qu un volcan : les enquêtes de la luciole Ø Les volcans 1 et 2 ; collection «allo la terre» Le visionnage des différents films à ce stade de la progression permet aux élèves d y trouver les réponses aux questions que l on se pose, mais nécessite de la part de l enseignant une phase de synthèse orale et de reformulation par les élèves des principales connaissances visées. Les images des volcans en activité sont en général très marquantes pour les élèves. La maquette et la modélisation des volcans dans les films permettent une compréhension aisée.
Trace écrite dans les cahiers des élèves : Un volcan peut- être défini comme une cheminée faisant communiquer la couche profonde de roches fondues (magma) avec la surface du globe. Le volcan peut avoir des phases d activités appelées éruptions et des phases de repos. Les produits rejetés lors de l éruption peuvent être : - Gazeux - Liquides (lave plus ou moins fluide) - Solides (blocs, bombes, cendres) Lorsque la pression augmente sous l écorce terrestre, le magma (roche en fusion) gagne la surface en se frayant un chemin à travers les parties fragiles de l écorce terrestre. Par une fissure qui s est ouverte sur le flanc du volcan, une coulée de lave ( roches en fusion dont la température est proche de 1000 )C) descend la pente, brûlant sur son passage la végétation qu elle rencontre. En se refroidissant la roche se solidifie en roche volcanique noirâtre. Il existe 2 types d éruptions volcaniques : Ø Les éruptions «calmes»ou effusives : Elles sont accompagnées de coulées de lave très fluide et se produisent quand le magma est pauvre en gaz. C est le cas du Piton de la Fournaise à l île de la Réunion.
Ø Les éruptions explosives : Elles se produisent lorsque le magma est riche en gaz. L arrivée de ce magma en surface provoque des projections de tailles diverses de gros blocs, de bombes, de gouttelettes qui deviennent des cendres volcaniques en se refroidissant.
3) Les sources Pour la conception des fiches de préparation, j ai utilisé des ressources en lignes ainsi que des manuels : - Le site TV - Le net des cartables : http://cartables.net/index1024.html - Bienvenue chez le professeur Phifix : http://www.professeurphifix.net/ - La main à la pâte : http://www.lamap.fr/ - Les ressources mises en ligne par le SCEREN (CRDP Champagne Ardenne) : http://www.crdpreims.fr/cddp51/sciences/primaire/cycleiii/default.htm - Sciences, Cycle 3, 64 enquêtes pour comprendre le monde, Jean Michel Rolando, Magnard - Le soutien scolaire : http://soutien67.free.fr/varies/varies%2001.htm#sciencesc3