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Sommaire / Proposition de séquences / Cycle 2 / L'eau







CHANGEMENTS D'ÉTATS ET TEMPÉRATURE
L'eau liquide - la glace de la GS au CE1

mercredi 30 juin 2004


THEMES ABORDES :

Cycle 2

expérimentation

Matière

Motivations


-  Faire vivre une démarche expérimentale en classe,
-  S'appuyer sur les idées des élèves,
-  S'appuyer sur leurs écrits pour structurer la démarche.

Objectifs


-  Savoir reconnaître les substances formées de glace (neige, givre, verglas...).
-  Savoir que la glace s'obtient à partir de l'eau liquide, et que sa formation se fait en dessous d'une certaine température (ou à partir d'un certain degré de froid) : le 0 de nos thermomètres.
-  Acquérir des premiers repères de températures, et (plutôt CE1) savoir faire des comparaisons.
-  -> Pour en savoir plus

Plan de séquence

Situation de départ A l'occasion d'une météo favorable, observer de la neige, des plaques d'eau gelée, du givre... et comprendre que ces substances sont formées de glace.
Problèmes, représentations
-  Pourquoi cette glace s'est-elle formée ?
-  Comment pourrait-on en fabriquer ?
1ère Expérimentation
-  Expériences pour fabriquer de la glace : eau mise dehors, au réfrigérateur, au congélateur...
-  Prise de notes
Analyse des résultats De la glace s'est formée en certains lieux mais pas dans tous.
-  Prise de notes,
-  Recherche d'une explication
Nouvelles expérimentations Test des explications proposées :
-  température pas assez basse (utilisation du thermomètre),
-  temps d'attente insuffisant...
Synthèse et prolongement

-  Etablissement de la relation :

-  Nouveau problème : Qu'est-ce qui fait fondre la glace (à température ambiante) ?

Déroulement

I. Situation de départ

Il est intéressant d'effectuer cette séquence à l'occasion de chute de neige, de formation de verglas, de givre... de les observer, et d'en ramener en classe (dans du polystyrène).

Comparaison :

-  Toutes ces substances sont froides.
-  Certaines sont transparentes et dures, d'autres blanches et plus molles.

On s'interroge à l'oral : Sont-elles toutes formées de glace ?

Les élèves recherchent des arguments, et le maître propose si nécessaire quelques pistes :

-  Toutes ces substances, en se réchauffant donnent de l'eau liquide.
-  Observation à la loupe : la neige est formée de petits cristaux (ou morceaux).
-  Glace pilée : en pilant des glaçons en petits morceaux, on obtient la même chose (idem pour le givre).

Conclusion

Toutes ces subtances sont donc formées de glace.

II. Problèmes et représentations

Les élèves disposant maintenant d'un socle commun d'observations et de connaissances, on s'interroge sur les problèmes suivants :

Problèmes

-  Pourquoi y a-t-il de la glace [aujourd'hui dans la cour] ?
-  Comment pourrait-on en fabriquer ?

Ce travail s'effectue de préférence par écrit individuel (investissement personnel des élèves, évaluation diagnostique précise), ou à défaut (en début de cycle) par petits groupes à l'oral.

Les deux questions sont complémentaires. La seconde est plus concrète (le comment) et permet aux enfants de répondre plus facilement. La première est néanmoins indispensable car elle les pousse à accéder à une pensée plus abstraite (le pourquoi).

Représentations :

Les enfants associent généralement la formation de glace au "froid", et à la présence d'eau (il neige - il pleut). Ils sont rarement plus précis, par manque de repères sur les températures. L'idée qu'il existe différents "degrés de froid" (comme d'ailleurs de "chaud") est justement un objectif de cette séquence.

Ainsi, pour fabriquer de la glace on peut s'attendre à ce que les enfants proposent de mettre de l'eau dans :
-  le réfrigérateur,
-  le congélateur (ou le freezer),
-  dehors la nuit,
-  Autre : dans une glacière...

Les élèves doivent répondre le plus individuellement possible, à l'écrit. Au besoin (GS), ils s'appuieront sur des schémas que le maître légendera. La discussion doit ensuite permettre aux enfants d'argumenter, et faire apparaître les hypothèses fondamentales : rôle du froid, et présence d'eau. Ces deux idées, ainsi que les questions de départ doivent être écrites, par les élèves ou par le maître en GS.

III. Première expérimentation : fabriquer de la glace

Expériences :

Parmi les propositions des élèves, certaines sont réalisables en classe, d'autres non. Certaines pourront aussi être faites à la maison. Le maître, en fonction de la situation, peut aussi faire quelques propositions afin de favoriser la diversité des résultats. Les élèves se répartissent par groupe d'hypothèse commune, et réalisent l'expérience.

Trace écrite :

Dès la GS, l'écriture d'un compte rendu, au besoin à l'aide de schémas ou d'images, est possible. Les enfants peuvent écrire les légendes, coller des mots, ou dicter au maître. Ils rendent ainsi compte de ce qu'ils viennent de faire. Le résultat sera noté plus tard. Ce travail permet aux enfants d'intérioriser et de continuer à réfléchir sur leur action. La proposition d'expérience doit être justifiée (rôle du froid). L'enseignant évalue ainsi en cours d'apprentissage (évaluation formative) la construction de la pensée scientifique.

IV. Analyse des résultats

La classe va observer les résultats obtenus pour chaque expérience. On voit que la glace s'est formée en certains lieux, mais pas dans tous. Les élèves doivent alors noter le résultat de leur expérience, et tenter de l'expliquer :

Pourquoi a-t-on obtenu [ou n'a-t-on pas obtenu] de la glace ?

On essaie de trouver ce qui diffère entre les expériences "qui marchent", et celles "qui ne marchent pas". Chaque élève doit d'abord réfléchir le plus individuellement possible.

Réponses possibles :

-  Rôle de la température. Par exemple, pour le réfrigérateur : "Il n'y avait pas assez de froid".
-  Autre : "On n'a pas laissé le récipient d'eau assez longtemps pour que ça fasse de la glace". Cette hypothèse est raisonnable. Elle peut aussi refléter une difficulté à admettre l'échec et le besoin d'essayer à nouveau. Elle mérite d'être testée.

La mise en commun permet de faire le point sur les idées des élèves et d'écrire les plus cohérentes d'entre elles, qui seront testées.

V. Nouvelles expérimentations

Les idées exprimées précemment peuvent maintenant être testées. On peut laisser l'eau plus longtemps dans certains endroits si les enfants l'ont jugé utile. Pour tester le rôle de la température (ou du "froid"), le maître introduit le thermomètre.

Fonctionnement du thermomètre :

Le maître distribue des thermomètres à des petits groupes. A défaut les élèves se regroupent autour d'un grand thermomètre de démonstration.

Observation des différentes parties : tube, liquide coloré, support gradué. Les graduations ne seront pas utilisées pour éviter le problème des températures négatives.

Utilisation : On se base uniquement sur le niveau du liquide coloré : il monte lorsqu'on place le thermomètre dans un endroit chaud (ex : la main), et descend dans un endroit froid. Sa hauteur permet donc de repérer la température.

Expériences :

Les expériences sont reprises dans chaque lieu en y plaçant le thermomètre. Quelque temps plus tard les résultats sont relevés en notant :

-  la formation ou non de glace,
-  le niveau du liquide dans le thermomètre (trait ou gommette).

Mise en commun :

-  Résultats inchangés par rapport à la première expérience,

-  La glace ne se forme qu'en dessous d'une température suffisamment basse : le 0

VI. Synthèse et prolongement :

Exemple de trace écrite :

La neige, le givre, le verglas et les glaçons sont tous formés de glace. Pour fabriquer cette glace, il faut refroidir de l'eau liquide jusqu'à une température suffisamment basse : le 0 du thermomètre. En dessous du 0 (ex : congélateur, freezer), l'eau liquide se transforme en glace (congélation). Au dessus de 0, elle reste liquide.

Prolongement :

Comme pour tout changement d'état, il est essentiel de travailler sur la réversibilité de la transformation : l'eau liquide se transforme en glace par refroidissement, et la glace se transforme à nouveau en eau liquide par apport de chaleur. C'est cette réversibilité qui permet de construire l'idée que la glace est de l'eau, dans un état particulier (voir changements d'états en cycle 2 ).