Dans ce document, un enseignant rapporte le déroulé d’une séquence d’activités qu’il a menée en classe - réactions des élèves, difficultés rencontrées, conseils aux autres enseignants... Ces témoignages peuvent être utiles à la fois dans le cadre de la préparation d’une séquence ou activité de classe, ou servir de matière aux enseignants pour construire leurs propres activités de classe.
Notions et connaissances travaillées :
Cycle 2 : « Comparer et mesurer la température, le volume, la masse d'un liquide » ; « Comprendre la fonction et le fonctionnement d’objets fabriqués ».
Cycle 3 : « L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température » ; « Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
Disciplines : « Sciences et Technologie » (cycle 3).
Déroulé : Après avoir comparé des thermomètres à alcool, les élèves les utilisent dans différentes situations et s'interrogent sur le rôle des différentes parties qui le composent : le réservoir et la tige.
Message à emporter : Un thermomètre est constitué d'une tige (graduée) et d'un réservoir. Le réservoir a pour fonction de contenir un liquide qui, étant chauffé ou refroidi, varie rapidement de volume. La tige, qui contient un tube fin, permet de mettre en évidence cette variation de volume en l’amplifiant. Les graduations permettent de lire la température sur le thermomètre.
Etape 1 : phase d’exploration de thermomètres
Objectif : Comparer des thermomètres.
Matériel pour la classe : Thermomètres simples (éventuellement appartenant aux enfants)
Veiller à la diversité des thermomètres : Thermomètre de bain, thermomètre médical, thermomètre de cuisson, de congélation, thermomètre intérieur, extérieur
Activités des élèves
• Observation de différents thermomètres apportés en classe.
• Repérer l'utilisation de chacun de ces thermomètres.
• Observation et manipulation pour faciliter le questionnement.
Représentations
Demander aux enfants de représenter les différents thermomètres. Cela permet d'affiner leur sens de l’observation et de leur représentation.
Questionnement
• Phase d’exploration des thermomètres.
• Collecte des questions que se posent les enfants à propos du thermomètre
Questions des élèves
• Que fait le thermomètre quand il ne peut plus "baisser" ?
• Comment il (le thermomètre) sait que c’est la bonne température ?
• Qu’est ce qui fait que ça monte ou descend ?
• Pourquoi peut-il éclater ?
• Pourquoi il y a un " C " sur le thermomètre ?
• Pourquoi il y a des traits ?
• Pourquoi le rouge est toujours en bas ?
• Comment il (le thermomètre) sait s’il fait chaud ou froid ?
Dégager parmi toutes les questions posées celle qui va engager la classe dans un processus de recherche et d’expérimentation. La question " Qu’est ce qui fait que ça monte ou descend ? apparaît très vite comme étant primordiale.
Le mot du maître
Beaucoup d’enfants pensent que le thermomètre " sait " ou " pense ". Nous aurons à cheminer dans les notions de causalité. Demander dès les premiers dessins d’effectuer des remarques sur les façons de représenter. Les enfants commenteront sans problème les différentes représentations (dessins trop chargés, couleurs inutiles ou parasites...).
Etape 2 : Forcer le niveau du liquide à monter ?
Résumé : Les élèves doivent proposer et tester différents moyens pour faire monter le liquide des thermomètres qu'ils ont apportés.
Objectif : Identifier les différentes façons de faire monter le liquide dans le thermomètre
Matériel :
- Thermomètres apportés par les enfants ou achetés par l'école (thermomètre de bain, d'intérieur, de cuisson, médical).
- Récipients simples (pots en verre ou en plastique résistant à la chaleur).
Moyens de chauffage (sèche-cheveux, eau chaude, briquet manipulé par le maître).
Questions des élèves
• Comment faire monter le liquide dans le thermomètre ? • Quelle partie du thermomètre faut-il chauffer pour faire monter le liquide ?
Expériences proposées par les élèves pour faire monter le liquide dans le thermomètre
• Tenir le thermomètre vers le soleil.
• Le chauffer avec le doigt, la main.
• Avec de l’eau chaude.
• Souffler sur le thermomètre.
• Utiliser des allumettes ou le briquet du maître.
• Envelopper le thermomètre avec de la laine
• Approcher le thermomètre de la lumière du tableau.
Expériences réalisées en classe
Expérimentation :
Individuelle ou en petits groupes.
Représentation des expériences faites - Mise en commun - Analyse des expériences et des représentations :
Ces phases sont très importantes, car elles permettent de faire le point sur l’aspect méthodologique de ces premiers travaux. Représentations directement sur le cahier de sciences ou sur feuilles pour faciliter l’analyse des représentations.
Synthèse
Faire une synthèse avec les enfants sur :
• ce qu’ils ont proposé
• ce qu'ils ont fait
• ce qu'ils ont observé
• ce qu'ils pensent avoir vérifié
Le mot du maître
Certains enfants resteront dans cette première phase au stade de l’approche ludique. L’objet réagit, mais pourquoi ? Que peut-on faire pour qu’il réagisse autrement ? La notion de causalité est à travailler. L’enfant aborde le thermomètre comme un objet "entier" (sorte de boîte noire) au début de la séance. Au cours des manipulations, certains enfants pourront remarquer que chauffer le réservoir ou la tige ne provoque pas la même réaction du thermomètre. Il faudra tenir compte de ces observations.
Etape 3 : A quoi servent la tige et le réservoir ?
Cette séance propose d'explorer la fonction de la tige et du réservoir du thermomètre. Les élèves dessinent les expériences qu'ils ont réalisées
Objectif :
Différencier réservoir et tige dans le fonctionnement d'un thermomètre
Le mot de la main à la pâte : cette différenciation, si elle peut être utile, peut apparaître plus tôt, au moment où les élèves se poseront la question de l’emploi du thermomètre.
Situation-problème
Nous faisons la même expérience et nos thermomètres ne réagissent pas de la même façon. Pourquoi ? Que s'est-il passé ? Si je trempe mon thermomètre à l'envers dans l'eau chaude, il ne réagit pas de la même façon. Pourquoi ?
Le mot de la main à la pâte : le fait d’être obligé de mettre le thermomètre à l’envers pour ne chauffer que la tige introduit une différence avec le chauffage du réservoir qui lui, ne peut être chauffé seul qu’à l’endroit. Il serait donc préférable de choisir une autre source de chaleur, sèche-cheveux ou serviette chaude.
Matériel :
Pour la classe :
- Thermomètres variés (thermomètre de bain, d'intérieur, de cuisson...).
- Récipients simples (pots en verre ou en plastique résistant à la chaleur).
- Sources de chaleur (sèche-cheveux, briquet, eau chaude...) / glace.
Emergence du problème scientifique (phase collective) :
• Le thermomètre ne réagit pas de même façon selon la partie que l'on chauffe, pourquoi ?
• Choix des expériences à refaire pour traiter le problème posé.
• Noter les propositions.
• Discussion sur la validité des propositions.
Proposition des élèves
• Chauffer alternativement le réservoir et la tige et observer ce qui se passe.
• Faire les expériences avec de l'eau glacé pour vérifier si le thermomètre réagit également de la même façon.
• Vérifier que tous les thermomètres réagissent bien de la même façon dans une même situation
• On peut lire la température indiquée par les graduations et comparer les résultats.
Expériences réalisées en classe
Analyse des représentations des thermomètres et des expériences, faites dans les séances précédentes pour :
• Obtenir des dessins " scientifiques ".
• Différencier un dessin scientifique d’un dessin libre.
• Un dessin permet de communiquer de se faire comprendre.
• Elaborer collectivement à partir de l'analyse précédente les premiers éléments d'un codage collectif.
Représentation des différents dispositifs expérimentaux :
Représentations directement sur le cahier de sciences ou sur feuilles pour faciliter l'analyse des représentations.
Expérimentation individuelle ou en petits groupes :
Il est important que les enfants chauffent les différentes parties du thermomètre (réservoir, tige) afin de constater que le résultat n’est pas le même. Il faudra peut être utiliser la graduation comme moyen de comparaison. Dans le cas de thermomètres plongés à l'envers dans de l'eau chaude, certains enfants auront du mal à concevoir qu’il faut se mettre dans le bon sens pour lire la température (voir dessins).
Représentation des expériences faites - Mise en commun - Analyse des expériences et des représentations :
Les représentations des expériences montreront la qualité de l'observation et seront importantes pour l'analyse.
Identification des acquisitions :
• Faire une synthèse avec les enfants sur :
• ce qu'ils ont fait
• ce qu'ils ont constaté
• ce qui leur semble "anormal".
Formaliser la conclusion : comment utiliser un thermomètre ?
Le mot du maître
Cette phase doit permettre de comprendre que le réservoir et la tige n'ont pas la même fonction. Phase très importante au niveau des représentations. Le dessin doit refléter avec précision l'expérience et permettre l'analyse de la situation (Ex. Il faut comprendre quelle partie est chauffée, soit en dessinant le thermomètre trempé dans l’eau, soit en faisant une flèche pour montrer quelle partie on chauffe.). Restons modestes ! Cette séquence ne suffira probablement pas pour comprendre ce qui se passe lorsque je chauffe la tige et que le liquide redescend vers le réservoir. La notion de dilatation n'est pas facile à expliciter.
Le mot de la main à la pâte : la fonction du réservoir est de contenir un liquide qui, étant chauffé ou refroidi, varie de volume rapidement ; la tige, qui contient un tube fin, permet de mettre en évidence cette variation de volume en l’amplifiant. La notion de dilatation est hors programme, en particulier parce qu’elle n’est pas facile à expliciter.
Etape 4 : Le thermomètre outil de mesure
Résumé : Les élèves utilisent des thermomètres du commerce pour relever et comparer certaines températures caractéristiques des changements d'état de l'eau (température de fusion, d'ébullition ...).
Objectif : Utiliser le thermomètre à alcool
Pour des lectures de températures dans le cadre d'activités ou de projets comme outil au service des sciences.
Travail autour des mesures, le système décimal, les erreurs possibles lors d'une lecture.
Matériel :
- Thermomètres standards.-
- Thermomètres spécifiques : congélation et c
Pistes de travail avec les thermomètres
Lecture de températures (les mesures). Travail sur le système décimal et utilisation des graduations :
Stations météorologiques :
• Relevés de températures.
• Comparaisons de températures.
• Températures et phénomènes météorologiques.
Des températures particulières :
Relever la température de :
• la glace qui fond ;
• l'eau qui bout ;
• Observer les températures qui se stabilisent (0° et 100°). Lors de ces changements d'état, reporter les températures sur un histogramme (ou effectuer la construction d’une courbe).
Cas particulier : Le mélange réfrigérant :
Refaire l’expérience de la glace qui fond, constater que la température se stabilise à 0°.
• Ajouter du gros sel à la glace et continuer les relevés.(lien avec mélange réfrigérent)
• Constater que la température descend cette fois-ci en dessous de 0° -utiliser un thermomètre de congélation - (environ -15° à -18°). (Le thermomètre est un outil au service des sciences)
Le mot du maître
Certains travaux ou expériences permettent de montrer aux enfants que le thermomètre est un outil de contrôle et d'objectivation. Il permet d’avoir une vue objective et scientifique sur des expériences.
Le mot de la main à la pâte : il conviendra de travailler la lecture des températures, position de l’œil pour la visée (erreur de parallaxe possible), lecture de la graduation (échelle de degré en degré ou de deux en deux degrés, appréciation du demi degré).
