Programmes: Cycle 1-2 : prendre aussi conscience de réalités moins visibles comme l'existence de l'air








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date de publication30.10.2016
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L’existence de l’air et ses propriétés

 cycle 2 – cycle 3




Programmes: - Cycle 1-2 : prendre aussi conscience de réalités moins visibles comme l'existence de l'air.

                • Cycle 3 : l'air et les pollutions de l'air

Séquences :

- Représentations initiales, Ou trouve t-on de l'air?

- Mise en évidence de l'air

- Transvaser l'air

- L'air chaud se dilate , l'air froid se rétracte.

- L'air chaud monte

- L'air sert à la combustion

- L'air exerce une force

- L'air a une masse

- L'air est compressible

Séquence 1 : Représentations initiales

Objectif : - Déterminer les représentations mentales des élèves sur l'existence de l'air.

Questionnement initial et quelques réponses entendues d'élèves :

L'enseignant consigne toutes les réponses des élèves sur une affiche

  • Qu'est-ce que l'air? ( l'air c'est du vent , l'air vient des arbres , ...)

  • Où peut-on trouver de l'air? ( dehors , près des arbres , dans la classe...)

  • Peut-on le voir? Peut-on le sentir? Peut-on l'entendre?( l'air est invisible , on le voit quand les feuilles bougent, on sent le vent sur la peau , on entend le bruit du vent dans les feuilles...)

  • Chercher des expressions où on entend le mot air ( prendre l'air , faire un courant d'air , ne pas manquer d'air ...)

  • Pour les C III : Qu'est-ce qu'un gaz? Qu'est-ce que le vide? ( un gaz on ne le voit pas , c'est de la vapeur d'eau, le vide c'est quand il n'y a rien , le vide on ne voit rien ...)

  • Peut-on capturer de l'air? ( avec un sac , dans sa bouche , dans ses poumons ...)

Ce dernier questionnement sera suivi d'expériences à faire par groupes.

Il s'agira de capturer de l'air en utilisant différents matériels ( sacs plastique , ballons de baudruche , bouteilles plastique)

Beaucoup d'enfants penseront que pour capturer de l'air il faut aller dehors ou ouvrir la fenêtre , certains penseront à utiliser des sacs plastique. L'enfant fait un mouvement avec le sac puis ferme celui-ci. Il se rend alors compte que le sac est « dur » et donc qu'il y a quelque chose à l'intérieur. De même avec la bouteille en plastique ou le ballon de baudruche , il sent une résistance.

Par ces manipulations l'enfant prend conscience que le sac ou la bouteille ne sont pas vides même si l'on ne voit rien à l'intérieur. Ces expériences seront alors faites également en classe afin de voir que le résultat est le même.

Défi 1(cycle 2) : «  J'ai placé à la place du bouchon de la bouteille un ballon de baudruche. Comment allez-vous faire pour que le ballon se gonfle? ».

Beaucoup d'enfants penseront naturellement à presser la bouteille pour faire gonfler le ballon , d'autres penseront que le fait de mettre la bouteille « tête en bas » va faire en sorte que l'air descende dans le ballon et le gonfle( ce qui ne fonctionne pas ).

Il faudra alors questionner les élèves sur les raisons qui font que le ballon gonfle. On fera alors constaté qu'il y a quelque chose dans la bouteille même si on en le voit pas et que lorsque l'on presse sur la bouteille on le force à aller dans le ballon.




Cahier d'expérience : dessiner l'expérience et pour les plus grands argumenter.

Séquence 2 : Mise évidence de l'air
Objectifs : - Montrer que l'air nous entoure même s'il est invisible

- Être capable de réaliser une expérience répondant à une problématique.
Matériel : bacs remplis d'eau , mouchoirs , verres en plastique transparents.
Pour les plus jeunes , on les laissera réfléchir sur le matériel que l'on pourrait utiliser afin de faire des bulles d'air sous l'eau .

«  Quel matériel pouvez-vous utiliser pour faire des bulles sous l'eau ».

L
es enfants penseront à la bouche , une paille , une bouteille , on pourra alors proposer d'autres matériels comme une seringue avec tuyau , des pipettes etc...












Problématique 1 : «Comment faire pour plonger un mouchoir sous l'eau sans le mouiller?».

Cette expérience est un véritable défi pour les enfants à la limite de la magie , car il leur paraît inconcevable que cela puisse être réalisable.
Cahier d'expériences :

Les enfants dessinent l'expérience qu'ils pensent réaliser sur leur cahier d'expériences. Il peuvent imaginer 2 expériences différentes , ce temps de réflexion est très important car il permet d'éliminer certaines expériences dont l'issue est prévisible ( jeter le mouchoir dans l'eau , mettre le mouchoir dans sa main).






AIR

MOUCHOIR









EAU







Après cette expérience , on questionnera les enfants pour trouver une explication scientifique à cette expérience :



  • Pourquoi le mouchoir reste sec?

  • Pourquoi l'eau ne monte t-elle pas dans le verre?

  • Comment faire pour que l'eau monte dans le verre? Faire réaliser l'expérience après une phase de recherche.


Conclusion : Le verre n'est pas vide , il est rempli d'air . L'air empêche l'eau de monter dans le verre , le mouchoir reste donc sec.

Pour que l'eau monte dans le verre , il faut faire sortir l'air du verre.

Problématique 2 : «Vous allez remplir d'eau un verre et le tenir à l'envers dans le bac . Comment faire pour avoir de l'air à la place de l'eau dans le verre? ».
Il s'agira ici pour les élèves d'imaginer le matériel nécessaire à la réussite de cette expérience. Ils penseront notamment à un deuxième verre , à un ballon de baudruche , à une paille. On pourra alors leur proposer également l'utilisation d'une seringue avec un tuyau ce qui sera l'occasion de connaître son fonctionnement ( piston ).


Souffle ou seringue














Les enfants constatent que si le tuyau est mal placé sous le verre , les bulles remontent à la surface et éclatent .

On pourra faire remarquer que les bulles d'air remontent dans l'eau , on pourra alors expliquer que l'air est plus léger que l'eau.

De plus on utilisera pour les CIII le terme «  transvaser » pour expliquer que l'air passe d'un récipient à un autre.
Conclusion : L'air est plus léger que l'eau donc les bulles remontent dans le verre et chasse l'eau .
Problématique 3 : «  Vous tenez dans le bac un verre rempli d’eau , à l’aide d’un deuxième verre vous devez transvaser l’air dans le verre rempli d’eau. »
Faire dessiner au préalable l’expérience sur le cahier de sciences.




AIR











AIR








BULLES

D’AIR


EAU




Cette expérience permet d’appréhender la conservation de la matière , en effet la quantité d’air se conserve si l’élève fait attention de ne pas en perdre lors de la manipulation. Cette expérience pourrait donc se répéter à l’infini.
Conclusion : Le 1er verre rempli d’air se remplit peu à peu d’eau et le verre rempli d’eau se remplit d’air.

Séquence 3 : Le bateau qui descend
Cette séquence va servir de réinvestissement à ce qui a été vu auparavant. En effet les élèves vont devoir imaginer où va se retrouver un petit bateau lorsque l'on va descendre au dessus de lui une bouteille coupée dans un bac rempli d'eau .

La plupart des enfants penseront que le bateau va se retrouver en haut de la bouteille c'est à dire au même niveau que la surface de l'eau du bac.
Objectif : - anticiper les résultats d'une expérience en réinvestissant les connaissances antérieures.
Matériel : - bouteille de 1,5 l dont le fond est découpé préalablement , le goulot est obstrué par le bouchon en plastique.

- 1 bac d'eau

- 1 petit bateau fabriqué par les enfants.

Problématique 1 : «  Vous allez faire descendre la bouteille dans le bac avec le bateau à l'intérieur. A votre avis , où va se retrouver le bateau dans la bouteille ? »
Cahier d'expérience : L'expérience sera dessinée au préalable afin que chaque enfant puisse exprimer son hypothèse , en effet pour cette expérience peu d'enfants font la bonne hypothèse et n'ose pas l'exprimer face à l'avis des autres élèves.
Réalisation en groupe de l'expérience( on peut utiliser de l'eau colorée)









Observations : Le bateau est en bas de la bouteille car il flotte sur l'eau.

Questionnement : Pourquoi l'eau ne monte t-elle pas dans la bouteille ?

L'eau ne monte pas dans la bouteille car il y a de l'air qui l'empêche de monter.

Problématique 2 : «Comment peut-on faire pour que le bateau monte dans la bouteille?»

Cette recherche peut se faire oralement et les hypothèses sont notées au tableau .

L'enfant doit ici imaginer que pour que l'eau monte dans la bouteille ( et donc le bateau également ) il faut que l'air s'échappe .

Cahier d'expériences : Dessiner l'expérience avec explication en texte ou en schéma.

Plusieurs hypothèses peuvent être émises par les enfants :

- Pencher la bouteille afin que l'air s'échappe et donc que l'eau monte.

- Extraire l'air à l'aide d'une seringue et d'un tuyau( ou d'une paille) , l'enfant place le tuyau à l'intérieur de la bouteille et aspire l'air en tirant sur le piston .

- Percer la bouteille afin que l'air puisse s'échapper , cette expérience est très intéressante notamment avec les plus grands car elle permet de voir le niveau d'eau dans la bouteille en fonction de l'emplacement du trou.

- La dernière hypothèse , si elle n'est pas trouvée par les enfants, pourra être donnée par l'enseignant . Il s'agit d'ouvrir le bouchon de la bouteille afin que l'air s'échappe de la bouteille par le biais de la pression de l'eau.

Voici le schéma de cette dernière expérience :


Bouchon enlevé




Il sera très intéressant avec les CIII de constater l'équilibre entre le niveau de l'eau dans le bac et le niveau de l'eau dans la bouteille .L'eau à l'intérieur de la bouteille ne peut monter au-dessus du niveau extérieur. On peut donc refaire cette expérience dans des bacs ayant des niveaux d'eau complètement différents.

Elle peut être également complétée par des expériences sur la distribution de l'eau par le château d'eau pour les plus grands.

Séquence 4 : L'air chaud et l'air froid

Objectifs: - Connaître d'autres propriétés de l'air

- Comprendre que l'air chaud se dilate et que l'air froid se contracte.

- Observer que l'air chaud monte.

Dans cette partie on va travailler sur les propriétés de l'air et il s'agira de chercher des explications à l'observation d'une expérience .

Objectifs : - Mettre en œuvre un protocole expérimental

- Observer une expérience et chercher des explications possibles

Matériel : - bacs transparents , bouteilles 1,5 l , ballons de baudruche , eau chaude à 40 °C maxi .

Présentation du protocole expérimental:

«  Tout d'abord nous allons mesurer la température de l'air dans la bouteille et la température de la classe. Vous voyez que l'air dans la bouteille est à la même température que dans la classe. C'est la température ambiante. A présent nous allons chauffer l'air qui est dans la bouteille. Comment peut-on faire pour chauffer l'air qui est dans la bouteille? ».

Les élèves penseront à mettre la bouteille au soleil mais ont parfois du mal à imaginer qu'en chauffant l'extérieur de la bouteille cela chauffe également l'intérieur . On pourra le prouver en utilisant des thermomètres , et en prenant l'exemple de la maison que l'on ne chauffe plus lorsqu'il fait chaud à l'extérieur.

Après avoir déterminé avec les enfants que l'on peut chauffer l'air intérieur en mettant de l'eau chaude à l'extérieur ,on présente l'expérience à réaliser aux enfants.

«Après avoir retirer le bouchon de votre bouteille , vous allez mettre à la place un ballon de baudruche. Vous allez placer la bouteille dans votre bac et verser autour l'eau chaude. Observez alors ce qui se passe »




Eau

chaude






Cahier d'expérience : l'enseignant demande de dessiner cette expérience dans le cahier de sciences et de noter des hypothèses pour expliquer cette observation .

Hypothèses avancées par les enfants : il y a de la vapeur dans la bouteille , de l'eau monte dans la bouteille ( même si on ne l'observe pas ) , l'air est monté dans la bouteille ( mais si on retourne la bouteille le ballon reste gonflé donc l'hypothèse est fausse )...

Pour aider à la recherche de la bonne hypothèse on demande aux enfants de placer la bouteille dans de l'eau très froide ( eau +glace ) et ils constatent que le ballon se dégonfle et même se gonfle à l'intérieur de la bouteille.


Eau

très froide













Conclusion par l'enseignant : L'air chaud prend plus de place on dit qu'il se dilate , il trouve donc de la place dans le ballon c'est pourquoi il se gonfle .

Au contraire l'air froid prend moins de place on dit qu'il se rétracte , le ballon se dégonfle puis se gonfle à l'intérieur car l'air extérieur à la bouteille pousse pour entrer.

On peut reprendre l'exemple choisi par mon collègue de Langres qui consiste à prendre l'exemple de la colonie de pingouins qui se resserre lorsqu'il fait froid et qui s'écarte lorsqu'il fait chaud.

Cette notion peut être complétée par deux autres expériences sur l'air chaud et air froid. Il s'agira ici pour les élèves d'imaginer le résultat de l'expérience en réinvestissant les propriétés de l'air chaud et de l'air froid.

C
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