L'air

Disciplines
Vivant, matière, objets et Sciences et technologie
Niveaux
CE2, CM1, CM2.
Auteur
M. MONNERET
Objectif
- Mettre en évidence l’existence de l’air par des protocoles expérimentaux pertinents.
- Identifier par l’expérimentation des propriétés qui confèrent à l’air un caractère matériel.
Relation avec les programmes

Cycle 2 - Programme 2020

  • Pratiquer, avec l'aide des professeurs, quelques moments d'une démarche d'investigation : questionnement, observation, expérience, description, raisonnement, conclusion.
  • Connaître l'existence, l'effet et quelques propriétés de l'air (matérialité et compressibilité de l'air).

Cycle 3 - Programme 2020

  • Proposer, avec l'aide du professeur, une démarche pour résoudre un problème ou répondre à une question de nature scientifique ou technologique :.
  • Décrire un échantillon de matière à l’aide du vocabulaire scientifique et des grandeurs physiques : masse, volume.

Socle commun de connaissances, de compétences et de culture

  • Produire et utiliser des représentations d'objets, d'expériences, de phénomènes naturels tels que schémas, croquis, maquettes, patrons ou figures géométriques.
  • Exploiter et communiquer les résultats de mesures ou de recherches en utilisant les langages scientifiques à bon escient.
  • Rendre compte de sa démarche.
Dates
Créée le 26 octobre 2018
Modifiée le 05 novembre 2018
Statistiques
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26 coups de coeur
Licence
CC-BY-NC-SALicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique ?.

Mettre en œuvre des expériences pour montrer la matérialité de l'air.

Déroulement des séances

1

Qu'y a-t-il dans la bouteille ?

Dernière mise à jour le 26 octobre 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
Provoquer le questionnement des élèves.
Durée
15 minutes (1 phase)
Matériel
1 bouteille pleine d'eau
1 bouteille pleine de sable/gravier
1 bouteille vide
Remarques
On peut intégrer cette séance à la séance 2.

1. Questionnement initial

collectif | 15 min. | découverte

Devant les élèves, l’enseignant remplit une petite bouteille avec de l’eau, une autre avec du sable/du gravier et dans une troisième il n’y met rien. Puis il les bouche.
Il demande aux élèves: «Pour chaque bouteille, précisez l’élément qui la remplit. »
Les réponses attendues sont les suivantes :
-« la bouteille 1 est pleine d’eau »
-« la bouteille 2 est pleine de sable/de gravier »
-« la bouteille 3 est vide » ou « la bouteille 3 est pleine de d’air, de gaz »

L'enseignant fait alors remarquer que pour la 3e bouteille, tous ne sont pas d'accord. "Y a-t-il de l’air ou rien du tout dans cette bouteille ? S’il y a quelque chose, c'est-à-dire de l’air comme certains l’affirment, nous allons devoir le prouver et pour cela il va falloir imaginer des expériences qui nous permettront de résoudre notre problème."

Remarque : si tous les élèves sont d'accord pour dire que la bouteille est pleine d'air, l'enseignant demande de le prouver. Si tous les élèves sont d'accord pour dire qu'elle est vide, l'enseignant amène la possibilité de la présence d'air, et le besoin de prouver (ou infirmer) cette hypothèse.

2

Expérimentation : prouver la présence d'air.

Dernière mise à jour le 05 novembre 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
imaginer et mettre en œuvre des expériences visant à prouver la présence d'air dans une bouteille.
Durée
65 minutes (4 phases)
Matériel
Pour chaque groupe :
-1 bouteille en plastique
-1 bouteille en plastique sans bouchon et sans fond
-1 bouteille en plastique sans bouchon avec le fond percé d’un petit trou
-1 bouteille en plastique avec le bouchon percé d’un petit trou
- des ballons de baudruche
- un récipient transparent et profond (aquarium, bocal, vase...) rempli d'eau
Remarques
Il est possible de ne prévoir que 2 ou 3 récipients transparents et profonds remplis d'eau. Attention alors à leur utilisation.

1. organisation des groupes et explication de la consigne

collectif | 10 min. | découverte

L'enseignant constitue des groupes de 3 ou 4 élèves.

Il présente le matériel pour réaliser les expériences.

Il donne la consigne : "Avec le matériel que je vous ai présenté, vous allez imaginer une ou plusieurs expériences qui pourraient prouver la présence de l’air dans la bouteille. Vous ferez un schéma, sur une feuille de brouillon, et vous noterez vos observations et vos remarques. Puis chaque groupe passera au tableau et expliquera les expériences qu’il aura trouvées. Nous mettrons en commun tout ce que vous avez trouvé."

2. expérimentation

groupes de 3 | 15 min. | recherche

L’enseignant laisse les élèves réfléchir et expérimenter, environ un quart d’heure.

L’enseignant passe de groupe en groupe pour vérifier la bonne interprétation des consignes et rappeler si nécessaire le but à atteindre. Il peut aider un groupe en suggérant une expérience (non trouvée par d’autres groupes) ou en précisant un vocabulaire mieux adapté.


Sept expériences sont possibles avec le matériel distribué (cf fiche).
L’objectif est que chaque groupe mette en oeuvre au moins une expérience pertinente même si toutes les expériences listées dans le document ci-dessus ne sont pas trouvées. Par contre il serait souhaitable que les expériences 2 ou 3 et 4 soient faites pour pouvoir aborder la séance 3 plus facilement.

3. Mise en commun

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

Chaque groupe vient présenter à la classe son/ses expérience(s).


Après la mise en commun, la classe retient seulement, avec l’aide de l’enseignant, les expériences pertinentes car certaines peuvent être rejetées parce qu’elles ne prouvent pas l’existence de l’air.


L’enseignant déduit avec les élèves que l’air est présent partout autour de nous, même si on ne le voit pas, et occupe tout l’espace qu’il peut trouver.

Il ressort donc que la troisième bouteille est pleine d’air.
Si un élève dit qu’elle est pleine de gaz, l’enseignant précise que cette réponse est recevable puisque l’air est composé de gaz.

 

4. trace écrite

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

L’enseignant explique aux élèves la nécessité d’avoir un codage pour les différents objets utilisés lors des expériences et d’être très rigoureux dans les observations afin de rendre la trace écrite compréhensible par d’autres.
Ils décident donc tous ensemble d’un codage pour l’aquarium et pour une bouteille.
Pour retranscrire l’observation, l’enseignant donne des explications précises sur le niveau de l’eau dans les bouteilles.

L’enseignant schématise au tableau chaque expérience trouvée. Puis sous la dictée des élèves, il écrit un texte que ces derniers recopient. Et ainsi de suite pour tous les protocoles expérimentaux imaginés.

Puis les élèves recopient le texte suivant :

« L’air se trouve partout autour de nous, il occupe tout le volume dont il dispose. Même si on ne le voit pas il est présent. »

3

L'air est-il de la matière comme l'eau et le sable/gravier ?

Dernière mise à jour le 26 octobre 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
Montrer par l'expérience qu'on peut transvaser, palper et peser l'air.
Durée
60 minutes (4 phases)
Matériel
-une bouteille d’eau
-une bouteille de sable/gravier
-une bouteille vide
-un ballon de baudruche
-un récipient rempli d’eau
-une balance
-un ballon (basket-ball ou volley-ball)
-une pompe avec aiguille

1. Rappel

collectif | 5 min. | réinvestissement

L’enseignant demande aux élèves de rappeler les conclusions de la première séance : « L’air se trouve partout autour de nous, il occupe tout le volume dont il dispose ».

2. Problématique 1

collectif | 10 min. | découverte

L’enseignant présente de nouveau les trois bouteilles (eau, sable/gravier, air) et questionne les élèves :
« L’eau et le sable/gravier remplissent les deux premières bouteilles, nous avons montré et compris que l’air remplit la troisième. L’eau et le sable/gravier sont des matières c'est-à-dire des substances que l’on
peut transvaser, palper, peser … Mais peut-on dire que l’air est une matière comme le sont l’eau et le sable/gravier ? »
Une discussion s’engage et l’enseignant écrit au tableau une série de questions. Celles-ci aideront les élèves à élaborer oralement des protocoles expérimentaux afin de pouvoir répondre à la question « Est ce que l’air est une matière comme le sont l’eau et le sale/gravier ? » :
- question 1 : Peut-on le transvaser, le faire passer d’un récipient à un autre ?
- question 2 : Peut-on le toucher, le palper, le « sentir » sur la peau ?
- question 3 : Peut-on le peser ?

3. Réponses à la problématique 1 bassées sur l'expérimentation

collectif | 30 min. | recherche

L’enseignant demande aux élèves si certaines expériences déjà faites à la séance précédente peuvent les aider à répondre aux questions 1 et 2. Une discussion s’engage, ce qui permet de se remémorer les constats observés après les expériences de la séance précédente.
- Les expériences 1, 2 et 6 permettent de répondre à la question 1. Si ces expériences n’ont pas été proposées, l’enseignant expérimente devant les élèves.
- L’expérience 4 permet de répondre à la question 2. Il faut placer un doigt au-dessus du trou du bouchon, et les élèves sentent l’air qui s’échappe.


Pour la pesée de l’air, l’enseignant montre le matériel disponible (1 ballon de basket, 1 balance, 1 pompe), et demande aux élèves en binôme d'imaginer une expérience avec ce matériel. Laisser un temps de recherche de 5 minutes et procéder à la mise en commun : on peut peser le ballon dégonflé, le gonfler (donc insuffler de l'air à l'intérieur), et le peser à nouveau. Si le ballon est plus lourd, c'est que l'air est pesant.
L’enseignant fait l’expérience devant la classe.
 

4. trace écrite

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Avec les élèves, il modélise et rédige la conclusion de cette expérience.

"L’air est une matière parce que :
- On peut le transvaser d’un récipient à un autre.
- On peut le sentir sur la peau.
- Il a une masse que l’on peut mesurer."

4

D'autres expériences

Dernière mise à jour le 26 octobre 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
Mettre en oeuvre un protocole expérimental pour prouver que l'air est une matière.
Durée
65 minutes (5 phases)
Matériel
- grosses seringues transparentes

1. rappel

collectif | 5 min. | réinvestissement

L'enseignant demande aux élèves de rappeler les conclusions des expériences réalisées sur l'air : l'air est présent partout autour de nous, c'est une matière car on peut le transvaser, le sentir, le peser.

2. Problématique 2

collectif | 10 min. | entraînement

L’enseignant explique aux élèves qu’il y a d’autres expériences pour prouver que l’air est une matière.

L’enseignant donne la consigne suivante, en leur présentant un document au TBI.
« - Je vais vous distribuer un document sur lequel se trouvent trois protocoles sont à mettre en oeuvre et le matériel dont vous aurez besoin.
- Chaque groupe ne fera qu’une seule expérience.
- C’est moi qui vais vous indiquer celle que vous allez faire.
- Sur le document vous avez les explications pour la réaliser.
- Vous n’écrirez rien sur ce document, mais vous noterez vos remarques et votre conclusion dans votre carnet d’expérience sur une feuille de brouillon.
- Quand vous aurez fini votre expérience, nous ferons une mise en commun. Chaque groupe viendra présenter son expérience et sa conclusion.»

3. expérimentations

groupes de 3 | 10 min. | recherche

L’enseignant distribue le document en A4.
Chaque groupe met en oeuvre son protocole expérimental avec le matériel donné par l’enseignant et en suivant les explications du document. Il note ses observations et sa conclusion sur une feuille de brouillon.

4. mise en commun

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

Chaque groupe passe au tableau et explique le protocole expérimental qu’il devait mettre en oeuvre.
Il expose ses remarques et sa conclusion.

5. trace écrite

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves complètent le document avec l’aide de l’enseignant, en rédigeant un texte et la conclusion pour chaque expérience.


Ils recopient ensuite la suite de la leçon :
"- Il exerce une force quand on le met en mouvement (le vent).
- Il peut exercer une résistance sur un autre objet (ex : le parachute)
- Il est compressible, ce qui est une différence avec l'eau."