Sciences - MDI : Matière, mouvement, énergie et information

Présenter trois photos aux élèves et les interroger sur ce qu'ils voient :

• Un chat (matière vivante).
• Un bloc de roche (matière inerte naturelle).
• Une tasse (matière inerte fabriquée).

Etayer la discussion collective pour aboutir au terme global que les 3 sont constitués de matière.

Interroger les élèves sur une définition de matière et aboutir à : "la matière est ce qui forme l'ensemble des objets et des êtres vivants que l'on peut toucher ou peser, c'est à dire tout ce qui a une masse."

Demander si la matière peut se transformer. Demander aux élèves de fournir des exemples du quotidien. (Le chat était un chaton, le bloc de roche peut devenir une sculpture...)

Amener les élèves vers l'exemple de l'eau et de ses différents états.

En profiter pour rappeler les 3 états de la matière : solide, liquide, gazeux.

Compléter la trace écrite de la leçon (exercice 4).

Etayer.

Introduire la notion de matériau en tant que matière entrant dans la réalisation d'un objet fabriqué.

Différencier les matières d'origine naturelle ou artificielle.

Interroger les élèves : Quels sont les usages possibles de la matière ? Dans quels buts l'Homme l'utilise t-elle? (se nourrir, se déplacer, se vêtir...). Qu'est-ce qui peut distinguer les matériaux ? Aboutir à la question de la classification des matériaux.

Leçon :

Nous utilisons chaque jour des matières d'origine naturelle ou artificielle pour de multiples usages (se déplacer, se nourrir, se vêtir, construire, faire une oeuvre d'art...)

Quand on utilise des matières pour fabriquer des objets, on parle alors de matériaux. Ces matériaux peuvent être classés en 4 grandes familles :

• Les matériaux métalliques et les alliages (expliciter la différence entre le deux avec d'une part le fer, le cuivre, l'aluminium et de l'autre l'acier : fer + carbone).
• Les matériaux minéraux (roches, céramiques, verres, porcelaines...)
• Les matériaux organiques : d'origine animale ou végétale, naturelle ou synthétique et notamment les matériaux plastiques fabriqués à partir de pétrole.
• Les matériaux composites formés de plusieurs matériaux juxtaposés.

Leur faire écrire les définitions :

• Matière : ce qui forme l'ensemble des objets et des êtres vivants que l'on peut toucher ou peser, c'est à dire tout ce qui a une masse.
• Matériau : matière d'origine naturelle ou artificielle que l'Homme travaille pour fabriquer des objets.
• Matériau composite : matériau composé de plusieurs composants.
• Alliage : combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments.

Distribuer les fiches d'évaluation

Expliciter les consignes des exercices

Correction collective au tableau en interrogeant les élèves.

Noter la correction au stylo vert.

Interroger les élèves sur les 4 grandes familles de matériaux et leur demander de donner quelques exemples de chaque en revalidant le cas des plastiques.

Leur montrer le fil électrique dénudé et le fil en nylon de la débroussailleuse et leur demander dans quels matériaux ils sont faits et pourquoi ?

- Les fils de cuivre servent à faire passer le courant électrique et le plastique autour à les isoler pour ne pas se faire électrocuter si on les touche. 

- Le fil en nylon ne peut pas casser si il touche un mur ou une pierre et il ne fait pas d'étincelles qui pourraient mettre le feu...

Nommer les propriétés  pour lesquelles ces matériaux sont utilisés :

- Le fil de cuivre est conducteur d'électricité (conductivité du cuivre).

- La gaine de plastique est isolante (non-conductivité du plastique).

- Le fil en nylon est flexible (flexibilité du nylon).

Expliquer aux élèves que la conductivité, la non-conductivité et la flexibilité sont des exemples de propriétés de matériaux, mais qu'il y en a bien d'autres. L'activité de recherche qui suit va leur permettre d'en découvrir un certain nombre.

Etayer et réguler la trace écrite formulée par les élèves :

- Définition de propriétés physiques d'un matériau : ce sont les qualités propres à un matériau d'ordre physique (par opposition aux propriétés chimiques).

- Leçon : Les matériaux possèdent différentes propriétés physiques (la dureté, la densité, la conductibilité thermique ou électrique, l'élasticité, la solubilité...) qui permettent de les classer les uns par rapport aux autres. Ces propriétés sont importantes à connaître lorsqu'on choisit un matériau pour un usage donné.

• Les matériaux métalliques sont souvent utilisés pour leur très grande résistance. Ils peuvent aussi être utilisés pour leur conductibilité, comme le cuivre qui est utilisés dans les fils électriques.
• Les matériaux organiques, lorsqu'elles sont rigides et dures, permettent de fabriquer des objets aux formes complexes (certains plastiques ; lorsqu'elles sont déformables, elles permettent de fabriquer des objets aux formes souples et élastiques (caoutchouc).
• Les matériaux minéraux sont durs mais fragiles. Ils peuvent souvent résister à de très fortes températures.

Réactiver les acquisitions de la séance précédente en rappelant que chaque matériau possède des propriétés qui le caractérise.

Interroger les élèves sur les définitions des différentes propriétés.

Proposer aux élèves d'expérimenter certaines propriétés à l'aide d'expériences simples : 

- La dureté

- La conductivité électrique

- La densité

- La combustibilité (cette expérience sera menée par l'enseignant).

1/ Laisser 10 min aux élèves les plus lents pour terminer leurs schémas et finir de noter leurs résultats.

Pendant ce temps, les élèves rapides aident à ranger le matériel d'expérience.

2/ Etayer et réguler la trace écrite formulée par les élèves:

• Les matériaux métalliques comme le cuivre, le zinc, l'aluminium et le fer sont de bon conducteurs d'électricité. Nous n'avons en revanche pas pu les faire brûler. Certains d'entre eux (le zinc et l'aluminium) peuvent se plier facilement. Ils ne cassent pas si on les frappe d'un coup sec.
• Les matériaux organiques et les plastiques brûlent. Ils ne conduisent pas l'électricité. Ils ne cassent pas si on les frappe d'un coup sec.
• Les matériaux minéraux se cassent facilement, résistent à la chaleur et ne conduisent pas l'électricité.
• Les différents liquides testés possèdent différentes densités. Plus ils sont "épais" et plus ils sont denses et pèsent lourd.

Copier la trace écrite dans le cahier. 

Distribuer l'évaluation aux élèves.

Expliciter les consignes de chaque exercice.

Correction collective au tableau en interrogeant les élèves.

Noter la correction au stylo vert.

Correction collective au tableau en interrogeant les élèves.

Noter la correction au stylo vert.

Rappeler aux élèves les points clés des séances précédentes sur la diversité de la matière et des matériaux.

Ajouter que nous utilisons chaque jour de nombreux produits composés de différents matériaux et qui finissent à la poubelle.

Demander aux élèves de lister ce qu'ils ont jetés à la poubelle depuis la veille et écrire la liste au tableau.

Prendre la fiche élève 1 qu'ils ont rempli à la maison.

Interroger les élèves sur la base de ce qu'il ont renseigné dans la fiche 1 : qu'est-ce qu'un déchet ménager ? Comment peut-on classer les déchets ménagers ? Est-ce qu'ils trient leurs déchets à la maison ?

Etayer et réguler la discussion

Noter au tableau les éléments clés qui vont ressortir de la discussion

- Les déchets ménagers sont les déchets produits par les gens dans leur maison. En France on en produit à peu près 360 kg par an et par habitant.

- Il existe d'autres déchets liés à l'activité des usines et des entreprises.

- On peut classer les déchets ménagers en 4 catégories :

• Les déchets que l'on peut recycler (verre, papier, métaux, certains plastiques...).
• Les déchets verts (on dit aussi compostables) qui peuvent être compostés, c'est à dire transformés en terre riche pour le jardin : le compost.
• Les déchets dangereux (piles, cartouches d'encre, médicaments...) qu'il faut porter dans des lieux de collecte spécifiques.
• Ce qui reste, qu'on appelle le tout venant. Ce sont les seuls déchets qui devraient rester dans notre poubelle pour être incinérés (brûlés) dans une usine d'incinération de déchets ou enfouis dans un centre d'enfouissement.

Etayer et réguler la trace écrite des élèves.

Copier la trace écrite dans le cahier.

Nous produisons chaque jour des déchets, à l'école ou à la maison. Ce sont des déchets ménagers.

On peut les classer en 4 familles :

- Les déchets recyclables : on peut les utiliser pour fabriquer d'autres objets.

- Les déchets verts (on dit aussi compostables) : on peut les composter pour fabriquer du terreau pour le jardin.

- Les déchets dangereux : ils présentent un risque pour l'environnement et pour la santé.

- Le tout-venant : ce sont tous les autres déchets.

Interroger les élèves sur les principaux points de la séance précédente et notamment sur l'intérêt de trier pour recycler et sur les 4 familles de déchets ménagers.

Interroger les élèves sur les circuits des déchets : que deviennent les déchets ? Où vont-ils ? Quels sont les différents circuits possibles en fonction des matériaux ? 

Etayer et réguler la trace écrite des élèves.

Copier la trace écrite dans le cahier.

Les déchets ménagers que nous produisons suivent différents circuits en fonction de leur famille.

Les déchets tout-venant, que l'on ne sait pas recycler, sont collectés par les bennes à ordures ménagères et incinérés dans un incinérateur de déchets ou enfouis dans un centre d'enfouissement des déchets.

Les déchets recyclables suivent des filières qui vont leur permettre d'être utilisés à nouveau pour fabriquer de nouveaux objets recyclés ou pour être valorisés.

Interroger les élèves sur les points clés des 2 séances précédentes.

Interroger les élèves : au final, pourquoi est-il nécessaire de recycler, réutiliser et même réduire nos déchets ? Que peut-on faire dans ce but, chacun à notre niveau ?

Etayer et réguler la discussion.

Noter au tableau les idées des élèves sur la nécessité de trier et de recycler nos déchets ainsi que sur celle de réduire nos déchets et les pistes qui vont avec.

Etayer et réguler la trace écrite des élèves.

Copier la trace écrite dans le cahier.

Pour préserver l'environnement et économiser les ressources de notre planète, il est important de réduire nos déchets ménagers, de les réutiliser et de les recycler. Ce sont les "3R".

En effet, la plupart des matériaux utilisés par l'Homme ne sont pas renouvelables et peuvent polluer l'eau, l'air et les sols.

Chaque jour, chacun peut par des gestes simples, produire moins de déchets et donc moins de pollution.

Copier le lexique dans le cahier :

• Biodégradable : qui peut se décomposer sans dégrader l'environnement.
• Centre d'enfouissement : lieu d'accueil pour le stockage des déchets non-recyclables
• Compost : terreau obtenu par la décomposition des déchets organiques (végétaux ou animaux).
• Déchets ménagers : déchets produits par les particuliers dans leur ménage (maison).
• Filière de tri : chaîne qui va de la récupération d'un déchet à sa valorisation ou son recyclage.
• Recyclage : réutilisation des déchets pour fabriquer de nouveaux objets.

Distribuer l'évaluation aux élèves.

Expliciter les consignes de chaque exercice

Correction collective au tableau en interrogeant les élèves.

Noter la correction au stylo vert.

Questionner les élèves pour faire émerger leurs représentations de la notion de mélange : qu'est-ce qu'un mélange ? Connaissez-vous des exemples de mélanges ? En avez-vous déjà fait ?

Evocation du sirop, de la vinaigrette...

A partir des exemples du sirop avec lequel l'eau se mélange et de la vinaigrette dans laquelle on peut distinguer l'huile du vinaigre, interroger les élèves : Est-ce que tous les liquides se mélangent entre eux ? Est-ce qu'un liquide peut se mélanger avec un solide ?

A partir des exemples du sirop et du sucre dans le café, on voit qu'il est possible de mélanger certains liquides entre eux et certains liquides avec certains solides.

(Rappeler aux élèves les propriétés de solubilités et de miscibilité vues précédemment).

Etayer et réguler la trace écrite des élèves.

Formuler et copier la trace écrite dans le cahier.

- Un mélange est une association de plusieurs éléments ou constituants. Il peut être homogène ou hétérogène.

- Certains liquides se mélangent entre eux comme l'eau et le sirop : ils sont miscibles.

- D'autres mélanges de liquides, comme l'eau et l'huile restent distincts : ils sont non miscibles entre eux.

- Certains solides comme le sucre et le sel sont solubles dans l'eau.

- D'autres solides comme le sable sont insolubles dans l'eau.

- Lorsqu'on ne distingue plus les constituants (par exemple le sirop et le sucre), la substance est soluble dans l'eau  : c'est un mélange homogène appelé solution.

- Lorsqu'on distingue encore les constituants (par exemple l'huile et le sable), la substance ajoutée n'est pas soluble dans l'eau : c'est un mélange hétérogène appelé suspension.

Interroger les élèves sur les points clés de la séance précédente.

Expliquer aux élèves qu'ils vont essayer de séparer les constituants d'un mélange et notamment d'obtenir de l'eau claire à partir d'eau boueuse.

Interroger les élèves : Est-il possible de séparer les constituants d'un mélange ? Comment ? Par exemple, comment pourrait-on procéder pour de l'eau avec de la terre ? Ou de l'eau avec du sable ? Ou avec du sel?

- L'idée du tamis comme sur la plage : le tamisage.

- L'idée du filtre à café pour séparer les constituants : la filtration.

- Laisser reposer le mélange pour que le constituant le plus dense se place en dessous du moins dense : la décantation.

Etayer et réguler la discussion.

Ecrire au tableau les techniques proposées et les positionner dans l'ordre : tamisages de plus en plus fins --> Filtration --> décantation

Etayer et réguler la trace écrite des élèves.

Formuler et copier la trace écrite dans le cahier.

Il est possible de séparer les éléments d'un mélange grâce à diverses techniques.

Le tamisage permet de séparer les plus grosses particules.

La filtration permet de récupérer les éléments solides dans le filtre.

La décantationpermet aux composants les plus lourds de venir se déposer au fond du récipient.

Copier le lexique dans le cahier :

- Décantation : action de séparer deux constituants en suspension dans un mélange hétérogène en laissant celui-ci au repos. Le constituant le plus lourd se dépose alors dans le fond du récipient.

- Dissolution : action de dissoudre (un solide, un liquide ou un gaz).

- Filtration : action de séparer deux constituants d'un mélange hétérogène en faisant passer le mélange dans filtre. La matière solide reste alors dans le filtre.

- Mélange hétérogène : mélange dont on peut voir les différents constituant.

- Mélange homogène : mélange dont on ne peut pas distinguer les différents constituants. 

- Mélange : association d'au moins deux éléments dans le même récipient.

- Miscible : deux liquides qui se mélangent totalement.

- Soluble : matière solide qui se dissout dans un liquide.

- Solution : mélange d'un liquide avec une ou plusieurs matières.

- Tamisage : technique pour séparer les plus grosses particules d'un mélange en les retenant dans un tamis.

Distribuer l'évaluation aux élèves.

Expliciter les consignes de chaque exercice.

Correction collective au tableau en interrogeant les élèves.

Noter la correction au stylo vert.