Sciences et technologies à l'école

Les états de l’eau

Projet scientifique au C.P.

Patricia CHAMAND, Martine CAHOUR, Véronique GITTON

Circonscription de Saint Louis

Fiche connaissances pour l’enseignant

Programme : Solides et liquides

- Manipuler des solides et des liquides et repérer ce qui permet de les distinguer. Changements d’états de la matière - Observer la fusion et la solidification de l’eau. - Savoir que l’eau, sous forme liquide et sous forme de glace, est une même substance. - Utiliser des thermomètres pour mesurer la température de l’eau placée dans diverses

conditions.

Connaissances : La glace et l’eau sont deux états physiques de l’eau. Lorsqu’on travaille sur l’eau, on met en évidence les caractéristiques des états de la matière:

les solides ont une forme propre, les liquides s’écoulent ou adoptent la forme des récipients qui les contiennent, leur surface libre est alors horizontale.

L’eau gèle (ou reste solide) lorsqu’elle est portée à une température inférieure à 0°C et

réciproquement, la glace fond (ou reste solide) lorsqu’elle est portée à une température supérieure à 0°C.

Le mélange intime de glace et d’eau est à zéro degré. La masse se conserve au cours de cette transformation.

La mise en évidence de la température de fusion-solidification de l’eau pure nécessite un

mélange intime de glace et d’eau en équilibre. Si la quantité de glace est trop faible, la température n’atteindra pas l’équilibre. Si la glace n’est pas pilée (par exemple lorsqu’on utilise un glaçon), la température risque de ne pas être homogène dans tout le récipient.

Difficultés provenant des idées préalables des enfants :

- Pour les élèves, la glace, l’eau et la vapeur d’eau sont trois substances différentes. Cette représentation est renforcée par le vocabulaire usuel (sous chacun de ses trois états, l’eau porte un nom différent) et par certaines habitudes pédagogiques qui consistent à présenter l’eau comme le prototype de l’état liquide.

- Le mot « fondre » est souvent employé à la place de « se dissoudre » : on dit « le sucre fond dans l’eau » au lieu de « se dissout dans l’eau ». Il ne s’agit pas ici d’un changement d’état mais de dissolution

Pour en savoir plus : - Le sable coule, mais la surface libre obtenue n’est pas forcément horizontale ; ce n’est

donc pas un liquide. - Le caractère constant de la température tout au long de la fusion de l’eau est une

propriété générale des changements d’état d’un corps pur ; il en est de même pour la conservation de la masse.

Ce qu'il faut savoir.

« Résumé-type »du cahier de l’élève

Exemple de traces écrites pour les cahiers d’élèves :

Laisse un glaçon dans un gobelet et dessine ce que tu vois comme dans l’exemple :

Qu’a fait le glaçon?................................................... A ton avis, pourquoi ?................................................ Comment la glace devient-elle de l’eau ?....................

Mes conclusions :

Ce que l’élève doit retenir.

Programmation des séances

1ère séance Objectif : évaluation diagnostique : - mettre en évidence les représentations des enfants sur l’eau (eau liquide et eau solide) - savoir où l’on peut rencontrer de l’eau dans notre vie quotidienne

1ère séance : Objectif : évaluation diagnostique : - mettre en évidence les représentations des enfants sur l’eau (eau liquide et eau solide)

- savoir où l’on peut rencontrer de l’eau dans notre vie quotidienne

2nde séance Objectif : - Observer la fusion et la solidification de l’eau : mettre en évidence un changement d’état

de l’eau (fusion) : causes et conséquences - Savoir que l’eau, sous forme liquide et sous forme de glace est une même substance

3ème séance : Objectif : - utiliser des thermomètres pour mesurer la température de l’eau placée dans

diverses conditions. - utiliser des objets techniques simples.

4ème séance : Objectif : - Observer la solidification de l’eau : - Savoir que l’eau, sous forme liquide et sous forme de glace est une même substance - Fabriquer des glaçons et rédiger la recette de fabrication.

Programme : L’élève est capable de :

Compétences: - Percevoir les changements d'états de la matière. - Mettre en place une expérimentation permettant le passage de l’eau de l’état

liquide à l’état solide - Anticiper le résultat d’une expérience Attitudes : Développer : * Compétence 3 :- le sens de l’observation ; - la curiosité pour la découverte des causes des phénomènes

naturels, l’imagination raisonnée, l’ouverture d’esprit ; - l’esprit critique : distinction entre le prouvé, le probable ou

l’incertain, la prédiction et la prévision, situation d’un résultat ou d’une information dans son contexte.ans.

- l’intérêt pour les progrès scientifiques et techniques. - la conscience des implications éthiques de ces changements. - l’observation des règles élémentaires de sécurité dans les

domaines de la biologie, de la chimie et dans l’usage de l’électricité. - la responsabilité face à l’environnement, au monde vivant, à la

santé

Niveau : CP ( cycle2 niveau2)

Nombre de séances : 4

Proposition de programmation

1ère séance Objectifs: évaluation diagnostique: - mettre en évidence les représentations des enfants sur l’eau (eau liquide et eau solide) - savoir où l’on peut rencontrer de l’eau dans notre vie quotidienne

Matériel: - une feuille A3 - une feuille photocopiée avec les différentes images

DEROULEMENT DE LA SEANCE

Durée Déroulement Observations

10min

10min

20min

Nous allons travailler sur l’eau. Nous allons voir où l’on peut trouver de l’eau et ce que l’on peut en faire.

Représentations collectives des élèves sur l’eau : Avant de commencer ce travail sur l’eau, vous allez me dire ce

que vous savez sur l’eau. Noter ce que les élèves disent sur une feuille A3 (on y reviendra à la fin de la séquence pour voir l’évolution de leurs représentations :

les valider, les invalider, les modifier, les compléter). Faire le récapitulatif avec eux pour valider ce qu’ils ont dit et pour voir s’ils ont tout dit.

Représentations individuelles des élèves sur l’eau : Je vais maintenant vous donner une feuille sur laquelle il y a

plusieurs dessins : lorsque vous pensez que ce qui est représenté est de l’eau, vous l’entourez. Sinon, vous le barrez.

Je veux juste savoir ce que vous savez sur l’eau et je sais que vous

savez tout plein de choses. S’assurer que les élèves ont bien compris la consigne et identifient

bien chaque dessin (parapluie, pluie, fumée d’un feu ; glaçons ; igloo, robinet ; bouteille d’eau, rivière, nuage ; fleur ; cire de bougie, lave volcanique, bateau, mer; fer à repasser, marmite à riz).

Maintenant vous allez ranger vos crayons et vos gommes et

vous allez me donner vos réponses pour chaque image en justifiant votre réponse.

On va expliquer le mot justifier, ce mot est un mot qu’ils vont devoir apprendre.

On commence par la première image, on en interroge quelques uns

qui doivent répondre aux questions : - est ce de l’eau ? - pourquoi ? - comment peux-tu faire pour le vérifier, quelle expérience peux-tu

faire pour cela ? Est-ce possible de le vérifier ? Et avec leurs réponses, on remplit le tableau qui sert de récapitulatif

et qu’on ressortira à chaque fois pour valider les réponses ou non. On recommence cette démarche avec chaque image.

En binôme et il y aura un rapporteur

Groupe classe

IMAGES SEANCE 1

2ème séance

Objectifs: Observer la fusion et la solidification de l’eau : Savoir que l’eau, sous forme liquide et sous forme de glace est une même substance - mettre en évidence un changement d’état de l’eau (fusion) : causes et conséquences

Matériel: - 12 gobelets et des glaçons - des petits objets : tissus, lampes, …

DEROULEMENT DE LA SEANCE

Durée Déroulement Observations

10min

15min

10min

5min

Consigne L’autre jour vous m’avez dit que le glaçon c’est de l’eau et pour

le prouver il faut le faire fondre. Donc maintenant, je vais vous proposer un défi : vous devez essayer de faire fondre ce glaçon le plus rapidement possible. Vous devez faire 2 expériences et noter celle qui va le plus vite.

Vous disposerez de 2 gobelets avec un glaçon par groupe. PS : Vous n’avez pas le droit de le mettre dans la bouche. Anticipation : - Vous devez, dans un premier temps, réfléchir avec votre groupe à la

manière dont vous allez relever le défi. - Mise en commun rapide des hypothèses, avec toute la classe.

Ainsi, les élèves prennent conscience que certaines expériences ne sont pas réalisables en classe (ex. mettre dans un four)

Manipulation : - Les élèves utilisent le matériel à disposition pour vérifier leurs

propositions d’expériences: vous disposez de glaçons et de 2 gobelets pour tester vos hypothèses. Faire entrer les enfants en activité.

Confrontation des résultats : Mise en commun des expériences réalisées et des résultats obtenus. Les enfants doivent essayer d’expliquer pourquoi une expérience a

mieux marché qu’une autre. Structuration: pour faire fondre un glaçon, il faut de la chaleur.

Un glaçon fondu donne de l’eau liquide. Un glaçon est donc de l’eau mais à l’état solide.

Dessine les différentes étapes de l’expérience que tu as faite: Mon glaçon au départ, ce que j’ai fait pour qu’il fonde rapidement, mon glaçon à l’arrivée.

Groupes de 4 ou 5

3ème séance Objectifs: - utiliser des thermomètres pour mesurer la température de l’eau placée dans diverses

conditions. - utiliser des objets techniques simples.

Matériel: - 6 thermomètres - 6 gobelets avec de la glace pilée - cahier d’expériences, crayons de couleurs et crayons à

papier

DEROULEMENT DE LA SEANCE

Durée Déroulement Observations

5min

10min

20min

Rappel de la séance précédente : Qu’avons-nous fait la fois précédente ? Nous avons fait fondre des

glaçons le plus vite possible de différentes manières. Qu’avons-nous appris ? Pour faire fondre un glaçon, il faut de la

chaleur. Un glaçon fondu donne de l’eau liquide. Phases de recherche et d’expérimentation

Consigne Comment peut-on savoir à quelle température le glaçon se

liquéfie (devient de l’eau liquide) ? On va utiliser le thermomètre. Leur expliquer comment on lit la température (leur montrer un

thermomètre réel et le schéma d’un thermomètre). Leur demander de lire la température de la classe (thermomètres

dans la classe) et la température extérieure à la classe (thermomètres dehors). La PE note les températures sur le schéma du thermomètre intérieur et du thermomètre extérieur (température chiffrée + mercure). Quelle est la température qui indique qu’il fait le plus chaud? Chaque élève devra lire la température indiquée par le thermomètre de son groupe.

Manipulation : Je vais vous donner un gobelet de glace pilée (c’est la même

chose que le glaçon (eau à l’état solide) mais c’est plus facile pour prendre la température.

Vous allez prendre la température de la glace pilée. Comment ? En mettant le thermomètre dans le gobelet. Vous dessinerez dans votre cahier d’expériences le gobelet avec

la glace pilée, vous collerez le schéma d’un thermomètre colorié avec la température que vous avez mesurée et vous écrirez la température relevée.

Vous allez devoir recommencer la même chose toutes les 5min. A

votre avis pourquoi la glace fond-elle dans la classe? A quelle température n’aurons nous que de l’eau?

Chaque groupe aura en charge de prendre d’autres températures : - l’eau de l’aquarium, - l’eau du seau, - l’eau des plantes,

10min

- l’eau du robinet, - l’eau qui est dans le frigo - l’eau chaude du robinet.

Confrontation des résultats : Bilan des expériences réalisées et des résultats obtenus. Trace

écrite, les élèves complètent les schémas durant l’expérience On fait une mise en commun des résultats : Glace pilée :…..°C ; Au bout de 5 min : ………..°C ; 5 min

après :……..°C ; …… ; Plus que de l’eau :……°C.

Structuration : La glace (eau à l’état solide) est à une température de …….. . La

glace fond avec la chaleur et devient de l’eau à l’état liquide. La glace fondue est à une température de 0°C

4ème séance Objectifs: - Observer la solidification de l’eau : - Savoir que l’eau, sous forme liquide et sous forme de glace est une même substance - Fabriquer des glaçons et rédiger la recette de fabrication

Matériel: - des bouteilles (plastique et verre), des sachets (plastique

et papier), des boites en carton, de la pate à modeler. - bouteille d’eau, plateau

DEROULEMENT DE LA SEANCE

Durée Déroulement Observations

10min

15min

10min

Rappel de la séance précédente : - Qu’est-ce que nous avons fait les fois précédentes ? Nous avons

fait fondre les glaçons le plus vite possible. Comment ? Nous avons pris la température de la glace.

- Qu’est-ce que nous avons appris ? Le glaçon fond à une température supérieure à 0° environ ; plus la température est élevée, plus le glaçon fond rapidement ; le glaçon lorsqu’il fond devient de l’eau liquide. L’eau du glaçon et l’eau liquide représentent donc la même eau mais dans une forme différente : une fois on la retrouve sous forme liquide (eau liquide) et une autre fois on la retrouve sous forme solide (glaçon)

Expérimentation : comment fabriquer un glaçon ?

Consigne - 1ère étape: La dernière fois nous avons transformé nos glaçons

(eau à l’état solide) en eau à l’état liquide. Cette fois, votre mission est de transformer l’eau liquide en eau solide ? Comment allons-nous pouvoir refaire nos glaçons ?

Anticipation : Les enfants soumettent à l’ensemble de la classe leurs idées pour y

parvenir ; conclusion : il faut de l’eau, un moule, un congélateur. Je n’ai pas les moules à glaçons. Comment va t-on pouvoir faire? Les enfants émettent des hypothèses en fonction du matériel dans la

classe, il y aura dans la classe des bouteilles (plastique et verre), des sachets (plastique et papier), des boites en carton, de la pâte à modeler.

Manipulation : - 2ème étape: expérimentation des élèves : Et bien, avec ce

matériel vous devez trouver un moyen de fabriquer un glaçon et un morceau de glace par groupe. Ne pas donner d’indication supplémentaire.

Confrontation des résultats : - 3ème étape: mise en commun: Chaque groupe présente aux

autres groupes son expérimentation : comment il a fait ? pourquoi ? qu’est-ce que ça va devenir ? Les moules en pâte à modeler remplis

Collectif Par groupe

de 4 ou 5

10min

d’eau sont ensuite mis dans un plateau ainsi que tout ce qui doit être mis au congélateur. Le plateau est ensuite placé dans le freezer ou au congélateur.

Combien de temps à votre avis va-t-il falloir laisser nos récipients au freezer?

Un groupe va voir ce qui ce passe tous les ¾ d’heure et l’on dessine ce qui ce passe. On notera l’heure de début ainsi que l’heure à laquelle le glaçon était totalement formé.

On regardera si le temps est le même quelque soit le récipient.

Structuration : Synthèse écrite collective La recette sera rédigée collectivement par les élèves en vue d’une

réalisation par une autre classe.

- Comment économiser l’eau dans notre quotidien ?

- La pollution de l’eau : que faire pour l’éviter ?

Les

PROLONGEMENTS TRANSDISCIPLINAIRES

Annexe 1

PREMIER PALIER POUR LA MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN Compétences attendues à la fin du CE1

Compétence 1 : La maîtrise de la langue française L'élève est capable de : S’exprimer clairement à l’oral en utilisant un vocabulaire approprié.

Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

A) Les principaux éléments de mathématiques L'élève est capable de : lire, nommer des nombres entiers naturels inférieurs à 1000

B) La culture scientifique et technologique L'élève est capable de : - Observer et décrire pour mener des investigations. - Attitudes : Développer : - le sens de l’observation ; - la curiosité pour la découverte des causes des phénomènes naturels,

l’imagination raisonnée, l’ouverture d’esprit ; - l’esprit critique : distinction entre le prouvé, le probable ou l’incertain, la

prédiction et la prévision, situation d’un résultat ou d’une information dans son contexte. - l’intérêt pour les progrès scientifiques et techniques - la conscience des implications éthiques de ces changements - la responsabilité face à l’environnement, au monde vivant, à la santé

Compétence 5 : La culture humaniste L'élève est capable de : S’exprimer par le dessin, le volume.

Compétence 6 : Les compétences sociales et civiques L'élève est capable de : Participer à un échange verbal en respectant les règles de la

communication

Compétence 7 : L'autonomie et l'initiative L'élève est capable de : - échanger, questionner, justifier un point de vue. - travailler en groupe dans un projet. - écouter pour comprendre, interroger, répéter, réaliser un travail ou

une activité.

Annexe 2

SITES INTERNET :

– http://www.inrp.fr/lamap

– http://www.e.n/lozere.free/prest

– http://www.eduscol.education.fr

– http://www.ccsti-grenoble.org

ÉLÉMENTS DE BIBLIOGRAPHIE ET DE SITOGRAPHIE