L'eau et la glace

Discipline
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Niveaux
CE2.
Auteurs
R. LENGRAND, J. GRANDRIE et N. STEVIC
Objectif
- Identifier les trois états de la matière et observer des changements d'états.
- Identifier un changement d'état de l'eau dans un phénomène de la vie quotidienne.
- Comparer et mesurer la température, le volume, la masse de l'eau à l'état liquide et à l'état solide.
- Reconnaitre les états de l'eau et leur manifestation dans divers phénomènes naturels.
- Mettre en œuvre des expériences simples impliquant l'eau et/ou l'air.
- Connaître les états de l'eau (liquide, glace, vapeur d'eau).
- Savoir mener une démarche d'investigation.
- Décrire et questionner ses observations.
- Formuler des hypothèses, les tester et les éprouver.
- Exploiter et communiquer les résultats de mesures ou de recherches en utilisant les langages scientifiques à bon escient.
Relation avec les programmes

Cycle 2 - Programme 2016

  • Identifier les trois états de la matière et observer des changements d'états.
  • Identifier un changement d'état de l'eau dans un phénomène de la vie quotidienne.
  • Comparer et mesurer la température, le volume, la masse de l'eau à l'état liquide et à l'état solide.
  • Reconnaitre les états de l'eau et leur manifestation dans divers phénomènes naturels.
  • Mettre en œuvre des expériences simples impliquant l'eau et/ou l'air.
  • Comprendre les notions de changements d'états de la matière, notamment la solidification, la condensation et la fusion.
  • Connaître les états de l'eau (liquide, glace, vapeur d'eau).

Socle commun de connaissances, de compétences et de culture

  • Savoir mener une démarche d'investigation.
  • Décrire et questionner ses observations.
  • Formuler des hypothèses, les tester et les éprouver.
Dates
Créée le 26 avril 2017
Modifiée le 26 février 2019
Statistiques
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Licence
CC-BY-NC-SALicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique ?.

Comment l'expérimentation peut-elle permettre aux élèves de comprendre un phénomène complexe à savoir les changements d'états de l'eau?

Déroulement des séances

1

Les états de l'eau

Dernière mise à jour le 26 février 2019
Discipline / domaine
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Objectif
Prise de représentations initiales.
Identifier les trois états de l'eau (liquide, solide et gazeux)
Reconnaître des états de l'eau et leurs manifestations dans les phénomènes naturels
Réinvestissement du vocabulaire
Durée
30 minutes (3 phases)
Matériel
Fiche avec différentes images de l'eau sous les trois états + images pièges
Tableau pour compléter les états de l'eau
Schéma des états de l'eau

1. Prise de représentations initiales. Identifier les trois états de l'eau (liquide, solide et gazeux)

collectif | 10 min. | découverte

Évaluation diagnostique ; discussion sur les différents états de l'eau.

Que savez-vous sur les états de l'eau ? Où trouve-t-on de l'eau dans la nature, et sous quelles formes ?

Dans les rivières, dans la mer, dans l'océan, dans les nappes souterraines, dans l'air ...

Noter au fur et à mesure sur une affiche les réponses des élèves.

2. Reconnaître des états de l'eau

collectif | 10 min. | réinvestissement

Exercice individuel : tableau à remplir avec les images d'eau sous différentes formes dans la nature.

Remplir le tableau avec les images. Découper et coller les images dans les bonnes colonnes (tableau à double entrée).

Projeter les images au tableau pour faciliter leur tri 

3. Réinvestissement du vocabulaire et correction

collectif | 10 min. | réinvestissement

Mis en commun et correction

Correction du tableau

Schéma des trois états à compléter : demander aux élèves quels sont les trois états de l'eau ?

Liquide, solide et gazeux

Trace écrite en dictée à l'enseignant.Qu'avons nous appris aujourd'hui ?

2

Comment le glaçon devient de l’eau ?

Dernière mise à jour le 26 février 2019
Discipline / domaine
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Objectif
- Prise de représentations
- Réinvestissement des connaissances
- Découverte du thermomètre
Durée
35 minutes (4 phases)
Matériel
Glaçon
Barquette
Fiche de prise de représentations
Fiche thermomètres

1. Rappel séance précédente

collectif | 5 min. | réinvestissement

Qu'avons nous vu la dernière fois?

Nous avons vu les trois états de l'eau et comment on trouve l'eau dans la nature. 

2. Mise en situation

collectif | 10 min. | recherche

Situation déclenchante :

déposer un glaçon dans une barquette, le montrer à la classe.
Propositions orales sur ce qu'il va se passer si je laisse le glaçon ici.

Qu'est ce que c'est ?

Que va t-il se passer ?

 

Cacher le glaçon pour ne pas qu'ils soient influencés par la vue du glaçon.

Dessiner comment sera le glaçon dans quelques minutes, selon vous.

3. Mise en commun

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Un élève vient montrer à la classe ce que le glaçon est devenu au bout de quelques minutes.

Débat oral sur pourquoi le glaçon a/n'a pas fondu entièrement (selon la température de la classe).

Que s'est-il passé ? Pourquoi le glaçon a/n'a pas fondu entièrement ? Est-ce que vous aviez dessiné cela ? Pourquoi ?

 

Recueillir les propositions des élèves et les noter sur l'affiche pour plus tard.

Est-ce qu'il existe un endroit où le glaçon n'aurait pas fondu ? Comment savoir quand le glaçon fond et ne fond pas ?

Utilisation du thermomètre

4. Le thermomètre

collectif | 10 min. | découverte

Point sur l'utilisation d'un thermomètre : compléter la fiche avec les étiquettes de vocabulaire du thermomètre.

Correction commune.

A quoi sert un thermomètre ? Comment s'appelle les différentes parties du thermomètre ?

Mots écrits au tableau dans le désordre, les élèves doivent les réécrire aux bons endroits sur le schéma.

Compléter la fiche avec les mots manquants. 

Les élèves peuvent directement coller les mots-étiquettes au lieu d'écrire les mots.

Correction commune en projetant le document au tableau. 

Qu'avons nous appris aujourd'hui ?

Ecriture de la trace écrite en dictée à l'enseignant (ajouter le mot fusion pour définir le fait que le glaçon fonde).

3

Mesurer la température de fusion

Dernière mise à jour le 26 février 2019
Discipline / domaine
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Objectif
- Investigation
- Phase d'expérimentation
Durée
40 minutes (4 phases)
Matériel
Barquettes
Glaçons
Thermomètres
Fiches à compléter

1. Rappel séance précédente

collectif | 5 min. | réinvestissement

Qu'avons nous fait la dernière fois ?

Nous avons vu un glaçon fondre, et nous avons vu les différentes parties du thermomètre. 

Rappel expérience proposée par les élèves : utiliser le thermomètre pour savoir à quelle température le glaçon se transforme en eau.

Qu'aviez vous proposé la dernière fois pour savoir à partir de quelle température le glaçon fond ?

2. Expérimentation

binômes | 15 min. | recherche

Travail en binôme. Pour chaque binôme, une barquette avec glaçons, thermomètre, fiche de relevés de température et feuille de dessin. 

Distribution du matériel, mise en binôme, installation de l'expérience. Distribution et lecture de la fiche.

 

Au top départ, vous commencerez tous à mesurer la température, et toutes les deux minutes ensuite, vous mesurerez la température pour trouver à quelle température le glaçon commence à vraiment fondre. Entre temps, remplir le tableau et dessiner l'expérience réalisée sur sa fiche.

A la fin de l'expérience, observer la barquette.

Observer et décrire la barquette au bout de 10 minutes. Que s'est-il passé ? A quelle température le glaçon commence à vraiment fondre ?

 

3. Institutionnalisation

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Chaque binôme vient présenter son tableau de recueil de données, et explique ce qu'il a trouvé comme réponse.

Rangement du matériel.

"Venez expliquer quelle température vous avez trouvé pour la fonte du glaçon."

Dictée à l'enseignant de la trace écrite.

"Qu'avons nous vu/fait aujourd'hui ?"

4. Propositions d'hypothèses

collectif | 10 min. | recherche

Recueillir des idées d'expériences pour avoir un glaçon et les noter.

Proposer de les faire à la maison, et accompagner les élèves dans la salle des maîtres mettre de l'eau dans le congélateur et de l'eau dans le frigo, dehors et au fond de la classe. Chaque barquette d'eau est accompagnée d'un thermomètre.

Comment faire pour avoir un glaçon ?
Nous allons aller tester vos propositions et nous vérifierons la prochaine fois si cela a fonctionné.

4

La solidification

Dernière mise à jour le 26 février 2019
Discipline / domaine
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Objectif
Observer les résultats d'expériences mises en place la veille. Recueillir des données. Recherche de la solution du problème : à quelle température l'eau se transforme-t-elle en glaçon ?
Durée
30 minutes (3 phases)
Matériel
Barquettes
Glaçons
Thermomètres

1. Rappel séance précédente

collectif | 5 min. | réinvestissement

Rappel séance précédente : rappel expérience pour mesurer la température de fusion d’un glaçon.

Qu’avons-nous vu/fait la dernière fois ?

2. Observation des résultats

individuel | 15 min. | recherche

Nous disposons les barquettes disposées la veille dans la classe, dehors, dans le frigo et dans le congélateur alignées sur une table, et chaque élève vient remplir sa fiche d'observation.

Vous viendrez observer les barquettes et vous noterez sur votre fiche ce que vous observez. Pensez à noter les températures correspondantes.

3. Mise en commun et institutionnalisation

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves mettent leurs observations en commun, et nous vérifions leurs fiches d'observations à l'aide des barquettes. Nous comparons les fiches d'observations avec les hypothèses relevées la veille.

Est-ce que les résultats des expériences sont les mêmes que vos hypothèses ? Pourquoi ?

Écriture de la trace écrite : dictée à l'enseignant, (ajouter le mot solidification pour parler de l'eau qui passe de l'état liquide à l'état solide).

Qu'avons nous appris aujourd'hui ?

5

L'évaporation

Dernière mise à jour le 26 février 2019
Discipline / domaine
Explorer le monde du vivant, des objets et de la matière
Objectif
- Investigation
- Phase d'expérimentation
Durée
50 minutes (4 phases)
Matériel
- bouilloire ou casserole d'eau
- chauffe-eau

1. Rappel séance précédente

collectif | 5 min. | réinvestissement

Rappel de la séance précédente 

Qu'avons nous fait la dernière fois ? Questions : Qu’est-ce que la fusion ? la solidification ? 

Réponse attendue : La fusion est le passage de l’eau de l’état solide à l’état liquide. La solidification est le passage de l’eau de l’état liquide à l’état solide. On observe dans les deux cas un palier à 0°C durant lequel il y a un mélange d’eau et de glace. 

2. Situation de départ / conception d'un protocole

collectif | 5 min. | recherche

Expliquer que l’on va réaliser une expérience pour savoir jusqu’à quelle température on peut faire chauffer l’eau liquide.

Question : Jusqu’à quelle température peut-on faire chauffer l’eau liquide ?

Demander aux élèves d’imaginer une expérience permettant de répondre à la question posée. Les propositions sont recueillies au tableau.

Les élèves proposent des réponses.

Utiliser une casserole, une plaque chauffante, un thermomètre pour mesurer la température…

Peut-on utiliser le même thermomètre que la dernière fois, qui va jusqu’à 40°C ?

Non, il faut utiliser un thermomètre qui va plus loin, qui supporte les températures hautes.

Expliquer que l’on va utiliser un récipient transparent plutôt qu’une casserole afin de pouvoir bien observer ce qui se passe à l’intérieur, et un thermomètre de cuisson (spécial pour la cuisine). Expliquer que l’on va faire un trait rouge au feutre sur le récipient pour marquer le niveau de l’eau.

 

A votre avis, que va-t-il se passer ?

L’eau va disparaitre, ça va faire de la vapeur, ça va faire des bulles…

3. Expérimentation

groupes de 3 | 35 min. | recherche

Remplir une « fiche d’expérience ».

Ecrire la question posée : Jusqu’à quelle température peut-on faire chauffer l’eau ?

Ecrire son hypothèse : Je pense que l’eau peut-être chauffée jusqu’à …°C.

Décrire l’expérience à l’écrit : Nous mettons un récipient plein d’eau avec un thermomètre sur une plaque chauffante.

 

Distribuer une fiche de relevés par groupe afin de la découvrir. Puis expliquer le protocole expérimental : Relever la température toutes les 5 min. et dessiner ce qui se passe dans le récipient. Reporter le résultat sur le fiche et faire les schémas correspondants. Chaque groupe viendra à tour de rôle et rendra compte à la classe : température indiquée par le thermomètre + ce qui se passe dans le récipient. Repérer le temps sur la pendule pour démarrer l’expérience. Allumer la plaque chauffante et faire remplir la situation au temps 0 pour le 1er thermomètre.

 

 A tour de rôle, les groupes viennent observer et rapporte au reste de la classe ce qu’ils voient :

- Le niveau de l’eau est plat, puis avec des vagues.

- Il y a de petites bulles au fond au début, puis de grosses bulles partout.

- Il y a du brouillard au-dessus du récipient : toucher avec les mains et sentir que c’est mouillé.

- Il y a de la buée sur le bord intérieur du récipient.

- On entend du bruit lorsque l’eau bout.

- Le niveau de l’eau baisse de plus en plus.

Au bout de 25 min, remarquer que la température ne monte plus.

Augmenter alors la puissance de la plaque chauffante pour voir si ça change quelque chose. (Non, il y a plus de bulles, mais la température ne monte pas.) Au bout de 30 min, arrêter les schémas : ça ne change pas.

A la fin de l’expérience : relier au feutre tous les niveaux des thermomètres pour réaliser le graphique. 

4. Interprétation des résultats et trace écrite

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Amener les E à expliquer les phénomènes de changement d’état de l’eau.

Pourquoi le niveau de l’eau baisse-t-il ? (L’eau part en vapeur, elle s’évapore) 

Voyez-vous la vapeur sortir ? (Oui, on voit la vapeur au-dessus). 

Expliquer qu’on a l’habitude de dire que c’est de la vapeur ce n’en est pas puisque la vapeur est invisible. En réalité c’est du brouillard, comme un petit nuage formé de toutes petites gouttes d’eau liquide : quand les bulles de vapeur (ébullition) sortent de l’eau bouillante, elles ont froid et se retransforment en eau liquide, puis elles se retransforment en vapeur dans l’air (évaporation). La vapeur invisible est au-dessus du brouillard, dans l’air.

Voyez-vous la vapeur d’eau dans la classe ? (Non, elle est invisible.)

D’où viennent les gouttes sur le bord du récipient ? (C’est la vapeur qui se transforme en eau liquide au contact du froid, comme la buée dans la salle de bain, c’est la condensation.)

A votre avis, de quoi sont faites les grosses bulles dans l’eau ? (d’air) 

Expliquer qu’on dirait des bulles d’air mais qu’en réalité ce sont des bulles de vapeur d’eau qui se forment et qui vont partir. Les bulles d’air sont les toutes petites bulles qu’on voit au début de l’expérience au fond du récipient.

Quand le thermomètre indique 102°C, comment est l’eau dans le récipient ? (Elle bout.) 

Que remarquez-vous sur le graphique que vous avez obtenu en reliant au feutre les températures des thermomètres ? (Il y a un palier).

Trace écrite : Les E collent la fiche 5 et complètent la légende du schéma avec le PE.