Comment refroidir rapidement de l’eau chaude ?

Rechercher

Comment refroidir rapidement de l’eau chaude ?

PrintFacebookTwitterLinkedin
Cycle 2
3 séances

Type de ressources

Témoignage d'enseignant

Contributeur(s)

Thème(s) Scientifique(s) 1er degré

Copyright

Creative Commons

Dans cette séquence d'activités, les enfants proposent des dispositifs pour refroidir de l'eau chaude.

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.

Cette séquence est extraite de la version préliminaire d'un ouvrage rédigé par des enseignants participant au programme chinois Learning by Doing dans le cadre d'une coopération établie avec La main à la pâte en 2000. La version française a été  préfacée par Georges Charpak. Il ne s'agit pas d'une séquence directement conçue pour l'enseignement des programmes français. Il est néanmoins évident que les enseignants français constateront que  les objectifs de cette séquence créée par leurs collègues chinois ne sont pas si éloignés des leurs, et qu'ils sauront tirer le meilleur profit des activités proposées.

Matériel

Verres avec graduation, thermomètres, eau à une température suffisante (généralement à 45°C) .

Cycle 2

La séquence présentée ci-dessous a été mise en œuvre après avoir réalisé la séquence sur l’eau intitulée « substance intéressante ».
Cette séquence  a été  réalisée dans le cadre d’un projet de classes d’enfants de l’école maternelle âgés de 6 ans.
La problématique de l’enseignant : comment amener graduellement les enfants à observer le phénomène de transmission de la chaleur par l’expérience.
La problématique des enfants : concevoir une expérience au cours des activités pour prouver que « l’eau chaude se refroidit lentement », et comprendre au travers des tests expérimentaux que « dans la vie quotidienne il existe beaucoup de moyens différents pour refroidir rapidement de l’eau chaude ».
C’est au cours de ces activités que les enfants vont peu à peu construire les notions visées : l’eau chaude laissée de côté peut se refroidir lentement ; la chaleur peut être transférée à l’extérieur ; dans la vie quotidienne il y a de nombreux moyens d’accélérer le refroidissement de l’eau chaude……
Ce document, outre son objectif conceptuel sur la transmission de la chaleur, se propose d’illustrer :
Comment l’enseignant gère la progression et conduit la mise en œuvre des différentes phases de ce type d’activités ;
Comment les enfants réagissent, imaginent, expérimentent et comment se manifestent leurs compétences au cours de l’expérience.

 Le contexte de la séquence

L’eau est une substance naturelle aimée et bien connue des enfants. Autour du thème de « l’eau » l’enseignant peut encourager les enfants à découvrir de nombreux phénomènes intéressants en leur permettant d’en explorer les mystères, stimulant ainsi leur intérêt pour la science.
Au début du semestre, l’enseignant a mis en place deux situations expérimentales pour aider les enfants de 6 ans à construire quelques concepts : la première vise à faire observer et découvrir les caractéristiques de l’eau à des enfants; la seconde vise à leur faire découvrir des relations qui existent entre l’eau et les autres substances environnantes. 
Pour la première partie, l’enseignant avait constitué deux groupes d’expérimentations pour les amener à découvrir quelques caractéristiques de l’eau. A la fin, les enfants ont retenu que « l’eau est transparente » et que « l’eau coule du haut vers le bas ».
Juste au moment où les enfants - pleins d’enthousiasme- sont en train d’explorer et de discuter au sujet de l’eau, l’un d’entre eux demande soudain : « comment l’eau chaude devient-elle rapidement froide ? » La  question soulève l’intérêt de nombreux camarades, et inspire également l’enseignant qui trouve qu’elle mérite d’être explorée. Ainsi l’enseignant décide d’ajourner le plan prévu et de répondre à la question de l’enfant et en reportant à plus tard la troisième situation expérimentale initialement prévue.
L’enseignant commence par analyser tout d’abord attentivement les acquis des enfants et découvre que les enfants ont déjà acquis inconsciemment beaucoup de moyens de « refroidir rapidement l’eau chaude » dans la vie quotidienne. Cependant, ce sont ces simples expériences qui contiennent les principes scientifiques.

Connaissances et savoir-faire que l’on souhaite voir acquis ou en cours d’acquisition par les enfants à l’issue de la séquence

Savoir qu’il y a beaucoup de moyens de refroidir l’eau chaude; être capable de mettre en œuvre des différentes méthodes pour refroidir l’eau chaude ; aimer discuter avec des camarades les questions relatives aux expériences, et explorer les secrets du « refroidissement de l’eau chaude » dans un processus d’investigation commun avec l’enseignant ; proposer ses propres suppositions au cours des activités et les vérifier par l’expérimentation. 
Un déroulement possible de la séquence

Séances

Question de départ

Activités conduites avec les enfants

Connaissances, savoirs et savoir-faire en jeu

Activités langagières

Séance 1

Que devient l’eau chaude mise de côté dans un verre ?

Prévoir le changement de température de l’eau dans le verre et essayer  divers moyens de prouver que « l’eau se refroidit lentement ».

Savoir que l’eau d’un verre peut se refroidir lentement.
Essayer d’utiliser un thermomètre, savoir que dans la vie le thermomètre peut montrer le changement de la température.

Décrire le phénomène « l’eau se refroidit » et lire correctement les indications du thermomètre.

Où la « chaleur » de l’eau est-elle partie ?

Imaginer l’utilisation de divers moyens pour prouver que « l’eau se refroidit lentement » : recouvrir le verre avec la main ou un autre objet et percevoir que la « chaleur » s’en va.

Percevoir la « transmission de la chaleur » au cours de l’expérience et savoir que le résultat de cette transmission est que la chaleur a été transférée aux objets environnants.

En prenant des notes, être capable d’exprimer ses propres opinions.

Séance 2

De quelles méthodes disposons-nous pour refroidir rapidement l’eau chaude?

Inciter les enfants à observer et noter les méthodes utilisées dans la vie courante et les amener au cours de leurs échanges à comprendre les résultats apportés par l’emploi de ces méthodes.

Connaître quelques méthodes utilisées dans la vie courante, savoir qu’il y a de nombreux moyens d’accélérer « la transmission de la chaleur ».

Décrire ce qu’on a noté soi-même, faire connaître ce qu’on a vu et entendu dans la vie, rendre compte des différents résultats obtenus.

Imaginer une expérience pour « faire refroidir rapidement l’eau chaude ».

Rechercher des objets de la vie courante, déterminer les moyens pour accélérer « la transmission de la chaleur » de l’eau.

Verbaliser un protocole d’expérimentation, préciser « comment je pense  faire ».

Séance 3

Quels sont les moyens que nous pensons employer pour refroidir rapidement l’eau chaude ?

En utilisant des objets variés collectionnés par eux-mêmes ou fournis par l’enseignant les enfants mettent en œuvre l’expérimentation « faire refroidir rapidement l’eau chaude » et notent par écrit les processus expérimentaux.

Accélérer « la transmission de la chaleur »  dans diverses expérimentations, noter les protocoles expérimentaux et leurs résultats.

Etre capable de rendre compte de ses expériences, présenter les protocoles expérimentaux, les problèmes rencontrés et leurs résultats.

En fin de compte, comment l’eau chaude refroidit-elle ?

Discuter en commun des problèmes rencontrés au cours des expériences, découvrir durant l’investigation les secrets du «  refroidissement de l’eau chaude ».

Elaborer le principe de « la transmission de la chaleur » au cours des échanges des enfants.

Etre capable d’exprimer avec ses  propres mots les concepts qu’on a compris au travers les expériences.

Séance d'activité : Que devient l’eau chaude mise de côté dans un verre ?

Séance d'activité : De quelles « méthodes » disposons-nous pour refroidir rapidement l’eau chaude

Séance d'activité : Quels sont les moyens que nous pensons employer pour refroidir rapidement l’eau chaude ?

Conclusion

La conception de toutes les activités est adaptée à l’âge des enfants. Au cours de ces activités, le thermomètre, appareil de la vie courante, est utilisé, mais l’enseignant a surtout insisté sur l’expérimentation. Au travers des activités autonomes, les enfants apprennent eux-mêmes à utiliser le thermomètre.
Au cours de l’activité, l’enseignant met en valeur particulièrement l’esprit d’investigation privilégié par La main à la pâte . Il  attache également de l’importance à l’écrit, notamment aux comptes-rendus des expériences et laisse les enfants pleinement s’exprimer. Dans les expérimentations de la  quatrième séance, les enfants qu’ils étaient capables de prendre des notes.
De plus, au cours de toutes les expérimentations, l’enseignant a offert des matériels divers et laissé l’autonomie aux enfants pour  choisir le leur et faire leurs expériences. Ainsi sous la direction de l’enseignant les enfants choisissent leur procédé, la méthode qu’ils ont eux-mêmes imaginé et  construisent ainsi leur propre expérience de la vie

Prolongements possibles

Pour aller plus loin, on peut aussi répondre aux problèmes soulevés par les enfants au cours de leurs expériences. Par exemple :
En mettant le verre d’eau dans l’eau froide, il refroidit rapidement. Mais pourquoi peut-il également se refroidir rapidement dans le réfrigérateur ? 
Pourquoi en versant l’eau chaude dans un récipient plus grand, peut-il se refroidir aussi rapidement ?
En hiver, nous nous réchauffons en soufflant sur nos mains, mais pourquoi le même souffle permet-il à  l’eau chaude de refroidir plus rapidement ?

Objectif

Savoir imaginer puis mettre en oeuvre un protocole expérimental pour répondre à une problématique. Amener les élèves à observer le phénomène de transmission de la chaleur. L'eau chaude, laissée à l'air libre, refroidit lentement ; la chaleur est transférée à l'extérieur. Dans la vie quotidienne, il y a de nombreux moyens pour accélérer le refroidissement de l'eau chaude.

Une sélection de ressources pour enseigner chaque notion scientifique aux programmes scolaires du BO !

En savoir plus

Découvrez L@map, la plateforme de formation en ligne pour les professeurs du premier degré et du collège. 

En savoir plus