Module pédagogique: Liquide / Solide C2

Dynamique de la séquence: La première séance sera basée sur une approche sensorielle des matières et permettra aux élèves de rentrer par le toucher dans la caractérisation de matières types. Les séances deux et trois seront consacrées à la détermination des substances liquides et non liquides. Le classement initial séparant les poudres des solides « durs », sera remis en question ensuite. Les séances quatre et cinq seront consacrées au passage de l'état solide à l'état liquide, la fusion, et de l'état liquide à l'état solide, la solidification. A partir d’un mélange réfrigérant qui permettra l’observation en temps réel de la solidification, on s’interrogera sur les conditions nécessaires à la formation de glace dans notre environnement,. Une sixième séance pourra être consacrée à la recherche de la température de solidification de l’eau à l’aide de thermomètres. Connaissances à construire: Les connaissances à construire sont de deux ordres :

• Les concepts de liquide et solide • les changements d’état : fusion-solidification

La première partie du module ( séances 1-2-3) aura pour but de consolider le concept de matière. Les élèves devront également affiner le concept de liquide et de solide . Par ailleurs, ils s'interrogeront sur la place des poudres dans cette classification . Ils devront donc déterminer des critères de comportements des solides et des liquides.

Les liquides Les solides Mouillent la peau Ne mouillent pas Peuvent faire des gouttes ( à l’aide du compte goutte, de la seringue)

Ne peuvent pas faire des gouttes ( à l’aide du compte goutte, de la seringue)

Reprennent une surface plane après perturbation

Ne reprennent pas une surface plane après perturbation

Ont une surface horizontale N’ont pas toujours une surface horizontale

Ne tiennent pas en tas (s’étalent) On peut faire des tas Reprennent leur niveau initial après qu’on les ait penchés

Ne reprennent pas toujours leur niveau initial après qu’on les ait penchés

On pourra éventuellement prolonger par la seconde partie du module (séances 4-5-6) où il s’agira de distinguer les différents états possibles: solide / liquide d'une même matière (l'eau) . Il faudra rechercher les conditions de passage de l’état liquide à l’état solide (solidification) et de l’état solide à l’état liquide (la fusion) A terme, il s’agira d’avoir construit la connaissance suivante : L’état de l’eau dépend de la température. Au dessus de 0°, elle est liquid e, en dessous, elle est solide. Les représentations mentales des enfants Spontanément, pour les enfants, le prototype du liquide est l'eau. C’est effectivement ce qu’ils citeront en premier avec le lait. Il est plus difficile pour eux de considérer des matières plus visqueuses telle que la colle blanche comme étant des liquides.

Les poudres aussi leur posent problème car par leur comportement elles peuvent être assimilées par eux à des liquides. On ne peut donc pas se contenter d'une définition du type « un liquide coule et prend la forme du récipient qui le contient»; ce qui est juste mais insuffisant. Pour les élèves, solide s'oppose souvent à fragile ou mou et non à liquide ou gazeux. Le terme solide fait référence pour la plupart, à une matière dure telle que le bois. Les changements d'état sont rarement vécus en direct par les enfants (surtout pour la solidification) et s'opèrent souvent loin de leurs yeux à l'intérieur d'un congélateur. Ils disent alors : l'eau « a fait » de la glace . Ce qui peut laisser penser que ce sont deux substances différentes et non une même matière qui s'est transformée et peut reprendre son état initial. Cette perception est renforcée par le fait que le vocabulaire diffère pour désigner l'eau sous chacun de ses trois états : l’eau, la glace, la vapeur d’eau. Matériel: 3 cartons percés de trous latéraux pour y passer les mains 3 sacs opaques contenant : *de l’eau *de l’air *une brique Une paire de ciseaux Des échantillons de matière blanche afin d’éliminer le critère couleur lors du classement Lait- lait de coco- gouache liquide blanche- savon liquide blanc dans des gobelets plastique Mouchoir en papier- boule en polystyrène x le nombre de groupes - bloc de siporex- Riz- sel- sucre- farine Des gommettes de couleur Huile- lait –eau – lait de toilette Bloc de siporex- pâte à modeler Riz- semoule- gros sel- farine

Compte-gouttes Seringues Buvards Éponges Entonnoirs 3 bacs transparents contenant de la neige, de la glace pilée, des glaçons

une bouilloire électrique un four micro-onde divers moyens de réchauffer des glaçons colorés Du carton et de la laine ( pour réaliser les petits renards de la séance 5) De la glace pilée Du gros sel Des éprouvettes Des saladiers ou cristallisoirs

Sommaire

1ère séance : Approcher de façon sensorielle des états de la mati ère ; différencier ces états par quelques-unes de leurs propriétés : rigide, solide, mou, lourd, léger, conductibilité thermique (sensation de chaud, de froid)… 3 cartons contenant chacun un sac d’air, un sac d’eau ,un sac avec une brique Les élèves touchent, caractérisent, vérifient

2ème séance : Approcher les concepts de liquide et solide Opérer des classements selon ses propres critères , à partir d’échantillons de matière blanche Déterminer des critères, justifier les familles, comparer avec les autres groupes 3ème séance : A l’aide de matériel proposé, permettre de caractériser un liquide par rapport à un solide Modifier des tris initiaux, observer le comportement des poudres, affiner le concept de liquide et de solide 4ème séance : Aborder les différents états de l’eau à partir de neige, glace pilée, glaçon Observer les changements d’état :la fusion Rechercher des moyens d’accélérer cette transformation 5ème séance : Observer « en direct » la solidification Reproduire une expérience Comprendre la réversibilité des états (liquide/solide) de l’eau 6ème séance : rechercher des solutions pour que l’eau se transforme en glace et relever les conditions liées à la température de l’eau

Partie N°1

Séance n°1

Ce qui pilote la séance : Grâce à un jeu sensoriel, amener les enfants à caractériser différentes matières . Matériel : 3 cartons percés de trous latéraux pour y passer les mains 3 sacs opaques contenant : *de l’eau *de l’air *une brique Une paire de ciseaux Déroulement : On aura disposé sur une table 3 cartons percés pour y passer les mains. A l’intérieur de ceux-ci 3 sacs en plastique contenant : *De l’eau *Une brique *De l ‘air Les enfants passeront un à un et devront deviner le contenu des 3 sacs en touchant. Ils devront ensuite caractériser le contenu de chaque sac. Ex : « c’est mou, c’est chaud, c’est léger… » Ils pourront renseigner une fiche individuelle qui sera consignée dans le cahier d’expériences (voir en annexe 1 ) On vérifiera les prédictions en ouvrant les 3 cartons. Pour l’eau et la brique, on verra le contenu. On pourra éventuellement faire remarquer que l’eau épouse la forme du contenant (en boule dans le sac, épousant la forme du bac lors de l’ouverture et du vidage du sac) Pour l’air on ne verra rien en ouvrant le sac mais on pourra sentir l’air s’échapper en approchant le sac près de sa joue et en le pressant.

Séance n°2

Ce qui pilote la séance : Amener les enfants à opérer des classements de matières selon leurs propres critères. Leur demander de justifier leurs « familles » et de comparer avec les classements des autres groupes. Matériel : Des échantillons de matière blanche afin d’éliminer le critère couleur lors du classement Lait- lait de coco-

gouache liquide blanche- savon liquide blanc dans des gobelets plastique Mouchoir en papier- boule en polystyrène x le nombre de groupes - bloc de siporex- Riz- sel- sucre- farine Des gommettes de couleur : *pour marquer les échantillons *pour coller sur la fiche papier = trace des « familles » trouvées par les enfants Déroulement Les matières seront désignées par la couleur de leur gommette et non par leur nom afin d’éviter toute influence dans le classement. Les enfants seront invités à observer les échantillons et à faire des familles. Ils diviseront leur feuille en autant de familles trouvées et colleront dans chaque espace les gommettes correspondants aux matières qu’ils souhaitent regrouper. Pour cela ils devront trouver des critères et justifier leur classement. Par ex : tout ce qui coule ensemble… Ou tout ce qui est « dur » ensemble Probablement, ils associeront les liquides ensemble, la balle en polystyrène et le bloc de siporex, les poudres… mais les poudres pourront former une famille à elles seules ou bien elles seront associées aux liquides ou encore aux autres solides… Des discussions s’engageront entre les enfants dans les groupes L’enseignant organisera un recueil des propositions de familles à l’aide de gommettes sur le tableau récapitulatif : le tableau noir de la classe En alignant les gommettes, il fera apparaître les points communs et les différences (voir doc en annexe) Chaque groupe devra justifier son classement. Une synthèse des propositions pourra être organisée avec un classement provisoire Les liquides / les non liquides Les « mous » les « durs » Rédaction d’une trace écrite (voir annexe 2)

Séance n°3 Ce qui pilote la séance : Les élèves seront amenés à caractériser un liquide à l’aide du matériel proposé . Ils pourront ainsi observer le comportement des poudres avec la seringue ; le compte goutte, l’entonnoir, sur le buvard … et modifier les familles de matières faites lors de la dernière séance. Matériel :

Huile- lait –eau – lait de toilette Bloc de siporex- pâte à modeler Riz- semoule- gros sel- farine Compte-gouttes Seringues Buvards Éponges Entonnoirs Déroulement : A l’aide d’une nouvelle série de matières, les enfants seront invités à faire de nouveaux tris. Comme lors de la séance 2, par petit groupes les enfants classeront sans peine les liquides ensemble ; mais pour les « non liquides » des désaccords se feront jour… Le matériel à leur disposition leur permettra d’expérimenter et classer les échantillons selon qu’ils :

- Coulent ou pas - restent en tas ou s’étalent sur le buvard - font une goutte ou pas - mouillent la peau ou pas - reprennent leur niveau initial après qu’on les ait penchés ou pas - sont élastiques et reprennent une surface plane après qu’on ait plongé un

objet dedans (Playmobil au bout d’une ficelle par exemple) ou pas - sont compressibles (avec la seringue) ou pas - … Une grille récapitulative mettra en évidence que les poudres se comportent comme les solides « durs » plutôt que comme les liquides dont ils sont plus proches pourtant, de part leur aspect. Une trace écrite sera rédigée collectivement à la suite de ces observations. (voir annexe 3)

Partie N°2

Séance n°4

Ce qui pilote la séance : Les élèves seront amenés à observer le passage de l’état solide à l’état liquide :le fusion. Ils devront trouver des moyens expérimentaux d’accélérer cette transformation. Matériel : 3 bacs transparents contenant de la neige, de la glace pilée, des glaçons une bouilloire électrique

un four micro-onde divers moyens de réchauffer

des glaçons colorés

Déroulement : On présentera 3 bacs remplis de neige, de glace pilée, de glaçons et on demandera aux enfants d’imaginer ce qui va se passer si on les laisse longtemps dans la classe. Les élèves devront imaginer des moyens pour que les glaçons fondent plus vite. On collectera au tableau toutes leurs idées: *mettre au soleil *mettre sur le radiateur *mettre dans l’eau chaude *mettre dans un four, sur la plaque chauffante dans une casserole *souffler dessus *approcher d’une flamme Les enfants seront répartis en groupes et expérimenteront toutes les propositions qui peuvent l’être.

Les solutions seront classées selon leur efficacité. On observera la permanence du résultat -> la glace devient de l’eau liquide On pourra faire réinvestir les notions de solide/ liquide pour une même matière , l’eau, dans une autre situation Il s’agira là de mettre en évidence le phénomène inverse : la solidification et de partir de l’eau liquide (colorée) pour obtenir de l’eau solide (un glaçon coloré) Présenter des glaçons colorés- les laisser fondre =>observer l’eau rouge dans l’assiette. Faire émettre des hypothèses sur la fabrication de glaçons colorés : Quand met-on le colorant ? Dans quoi ? En faire réaliser par les enfants

Séance n°5

Ce qui pilote la séance : Permettre aux enfants de visualiser en direct la solidification de l’eau à l’aide d’un dispositif apporté par l’enseignant. Leur permettre également de reproduire eux mêmes cette expérience et d’observer la permanence du phénomène et la réversibilité du changement d’état . En effet une fois la queue prise dans la glace qui se sera formée, on peut délivrer le renard en faisant à nouveau fondre la glace en eau liquide. Matériel :

Du carton pour réaliser des silhouettes de renards Des brins de laine pour faire les queues qui seront fixées sur les silhouettes en carton des renards (la laine est préférable au fil ou à la ficelle pour cette expérience car les cristaux de glace s’y accrochent plus facilement) De la glace pilée Du gros sel Des éprouvettes ou petits récipients étroits (tubes, petits gobelets) Des saladiers ou cristallisoirs Déroulement :

On pourra raconter l’histoire d’ Ysengrin qui se perd dans la forêt, se couche exténué et s’endort au bord du lac. Il se réveille le matin, la queue prise dans la glace. On demandera aux enfants d’expliquer ce qui s ‘est passé et d’imaginer des solutions pour le libérer : *couper les poils de la queue prisonnière *casser la glace *attendre que le soleil chauffe *etc … L’enseignant proposera une expérience qui retrace ce qui est arrivé à la queue d’ Ysengrin. L’enseignant glissera la queue en laine du petit renard dans l’éprouvette remplie d’eau et plongera celle-ci dans un mini-congélateur (réalisé dans un saladier avec en alternance des couches de glace pilée et de gros sel.) En quelques minutes les enfants observeront l’eau liquide se transformer en glace. On pourra aisément tirer ensuite sur l’animal et sortir le glaçon emprisonnant la queue, de l’éprouvette. Cette expérience est spectaculaire et permet d’obtenir rapidement la solidification puis à nouveau la fusion et donc la réversibilité des deux états de l’eau : liquide/ solide. On proposera le matériel à chaque groupe pour qu’il puisse alors réaliser l’expérience. On pourra faire dessiner le dispositif expérimental en fin de séance : voir annexe

Séance n°6

Ce qui pilote la séance : Il s’agira de faire prendre conscience aux élèves qu’il existe une relation entre l’état de l’eau et la température de celle ci. Par diverses expériences et l’utilisation du thermomètre les enfants pourront constater que l’eau se solidifie en dessous de 0°. Matériel :

Glace Congélateur Réfrigérateur Freezer Bacs divers thermomètres Déroulement: Dans un premier temps, on amènera les enfants à réfléchir aux conditions pour que l’eau liquide se transforme en glace. Ils feront appel à leur expérience de la vie courante et feront des propositions :

• Mettre l’eau dans de la glace • La mettre dehors • La mettre au freezer, au réfrigérateur • La mettre au congélateur • Souffler du froid dessus • Etc

Ils seront ensuite invités à faire des essais. A la suite des essais, ils pourront constater que dans certains cas, ils ont bien obtenu de la glace et dans d’autres non. Par comparaison, ils dégageront des liens entre durée, température. Afin de confirmer le rôle de la température, on placera des thermomètres dans les divers lieux d’expérimentation pour vérifier que lorsque la température est inférieure à 0° alors l’eau liquide devient de la glace, et que lorsque la température est supérieure à 0° alors l’eau liquide reste liquide et l’eau sol ide redevient liquide.

ANNEXES

Travaux d'enfants dans le Carnet d'expériences et d'observations

Travaux de groupes (feuille jaune)

exemple de classement provisoire des échantillons

ce classement étant le plus fréquent

certains trouveront plus de 3 familles d'autres seulement 2 familles en mettant les poudres avec les liquides

niveau de formulation provisoire : les gaz seront vus au Cycle 3