conception, planification et pilotage d’une saÉ en science

Conception, planification et pilotage

d’une SAÉ en science et technologie Rapport écrit (équipe)

Travail présenté au Professeur Pierre Chastenay

DDD3511, 40, Hiver 2015 Didactique de la science et de la technologie au préscolaire et au primaire

par Myriam Beaudette BEAM25549307 Coralie Charron CHAC02609204

Mathilde Marquis-Gobeille MARM09549306 Baccalauréat en éducation préscolaire et enseignement primaire

16 avril 2013

Did. S&T Préscol. Primaire – Attention décongélation ! /35 Myriam Beaudette, Coralie Charron et Mathilde Marquis-Gobeille MÀJ 22 novembre 2015

Attention décongélation !

Buts pédagogiques

Les élèves seront en mesure de découvrir les propriétés isolantes de certains matériaux afin de conserver un glaçon le plus longtemps possible.

Niveau scolaire visé [Pour cocher une case, double-cliquez et cochez Case activée dans le menu contextuel]

Préscolaire Premier cycle Deuxième cycle Troisième cycle

Domaines généraux de formation

Santé et bien-être Orientation et entrepreneuriat Environnement et consommation Médias Vivre ensemble et citoyenneté

Compétences transversales D’ordre intellectuel Exploiter l’information Résoudre des problèmes Exercer son jugement critique Mettre en œuvre sa pensée créatrice D’ordre méthodologique Exploiter les TIC Se donner des méthodes de travail efficaces D’ordre personnel et social Coopérer Structurer son identité D’ordre de la communication Communiquer de façon appropriée

Compétences disciplinaires en science et technologie Préscolaire Agir avec efficacité dans différents contextes sur le plan sensoriel et moteur Affirmer sa personnalité Interagir de façon harmonieuse avec les autres Communiquer en utilisant les ressources de la langue Construire sa compréhension du monde Mener à terme une activité ou un projet Premier cycle Explorer le monde de la science et de la technologie Deuxième et troisième cycles Proposer des explications/solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique Mettre à profit les outils, objets et procédés de la science et de la technologie Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et en technologie

Savoirs essentiels en science et technologie 1. Univers matériel → Énergie → Transmission de l’énergie → conductibilité thermique. 2. Univers matériel → Matière → Les propriétés et les caractéristiques de la matière sous différents états (solide,

liquide, gazeux).

Contenu notionnel

Pour faire cette situation d’apprentissage et d’évaluation (SAÉ), plusieurs termes et informations sont à connaître afin d’être en mesure de bien diriger les élèves. Premièrement, il est important de savoir ce qu’est la conservation de la chaleur. Cette notion fait partie de la thermodynamique, qui est une « branche de la physique et de la chimie liée à l’étude du comportement thermique des corps ».1 La thermodynamique

1 Futura. (2013). Thermodynamique. [En ligne]. http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dico/d/physique-thermodynamique-3894/


comporte plusieurs notions théoriques, mais dans le cadre de cette SAÉ, le travail portera sur le concept de la conservation de la chaleur.

Il faut faire la distinction entre le terme chaleur et le terme température. Le premier est « un transfert d’énergie thermique d’un objet à un autre lorsqu’il y a une différence de température entre les deux objets ». 2 Le second « mesure le degré d’agitation des particules (atomes ou molécules) : plus les molécules d’un objet sont agitées, plus la température de cet objet est élevée alors que moins elles bougent, plus la température de cet objet est basse. »3 Tous les objets sont formés de molécules et d’atomes. Ces derniers sont invisibles à l’œil nu. Ils sont formés de protons, d’électrons et de neutrons qui sont des particules encore de plus petite taille. Lorsque les atomes s’associent, ils forment les molécules.4 Tous sont constamment en mouvement à l’intérieur de l’objet, c’est ce qui définit l’agitation thermique. Plus les molécules et les atomes sont agités dans le corps de l’objet, plus la température est élevée. Dans le cas contraire, moins il y a d’agitation thermique, moins la température est élevée.

L’agitation des molécules et des atomes dépend de l’état de la matière : solide, liquide ou gazeux. Lorsque la matière est à l’état solide, l’agitation des molécules et des atomes est relativement faible. Celle-ci augmente lorsque la matière est à l’état liquide, car les molécules et les atomes sont plus espacés entre eux. L’espace entre ceux-ci augmente encore plus lorsque la matière est à l’état gazeux. Par conséquent, l’agitation entre les molécules et les atomes augmente également.5

Les états de l’eau

L’eau peut avoir plusieurs états : solide, liquide ou gazeux. L’eau à l’état solide représente la glace. Nous parlons d’état solide lorsque « les molécules d’eau sont parfaitement organisées de façon à former quelque chose de dur et solide ».6 L’eau à l’état liquide représente l’eau des rivières, l’eau que l’on boit, etc. Les molécules d’eau « sont un peu dans tous les sens, mais près les unes des autres ».7 Le dernier état de l’eau est l’état gazeux, ce qui représente la vapeur d’eau. « Les molécules d’eau sont désordonnées et surtout très espacées les unes des autres ».8 Il est à noter que la vapeur d’eau est parfaitement invisible. Contrairement à ce que plusieurs pensent, les nuages et la vapeur blanche qui sort de la bouilloire sont formés de fines gouttelettes d’eau et non de vapeur d’eau.

Voici les différents états de l’eau selon la température lorsque la pression atmosphérique est normale. Lorsque la température est en dessous de 0 °C, l’eau est en phase solide, c’est-à-dire qu’elle est sous forme de glace. Entre 0 °C et 100 °C, l’eau est dans sa phase liquide. Ce n’est qu’à une température supérieure à 100 °C que l’eau est sous sa forme gazeuse, ce que l’on appelle la vapeur d’eau.

La condensation liquide est le passage de l’état gazeux à l’état liquide. La transformation inverse se nomme la vaporisation. La fusion est le passage de l’état solide à liquide. Puis, la solidification est le passage de l’état liquide à solide. La sublimation est le passage direct de l’état solide à l’état gazeux sans la phase

2 ALLÔ-PROF. (2013). La température et la chaleur. [En ligne]. http://bv.alloprof.qc.ca/s1006.aspx 3 Ibid. 4 RHETT, Allain. (2014) Andry birds : furieusement savant! : la physique est un jeu. Éditeur National Geographic. Page 70 5 ALLÔ-PROF. (2013). La température et la chaleur. Op. cit.

6 ALOIS. (2014). Les trois états de l’eau. [En ligne]. http://sciencejunior.fr/chimie/les-trois-etats-de-leau

7 Ibid.

8 Ibid.

http://bv.alloprof.qc.ca/s1006.aspx


liquide, tandis que la condensation solide est la transformation de l’état gazeux à l’état solide sans passer par la phase liquide.9

L’eau sous la forme de glace possède une forme propre. Par exemple, un glaçon de forme cubique conservera sa forme même si l’on le met dans un contenant de forme différente. Sous la forme liquide, l’eau prend la forme de son récipient, peu importe la forme de celui-ci puisqu’elle ne possède pas de forme propre. L’eau dans un état gazeux n’est pas perceptible à l’œil nu (tel que mentionné plus haut) puisqu’elle est invisible. Par conséquent, elle ne possède pas de forme propre. Toutefois, elle est expansible et compressible. 10

Voici quelques définitions qui permettront de bien comprendre les changements de phases de l’état gazeux à solide et vice versa. Dans les deux cas, le changement de phase se fait sans passer par la phase liquide.

Définition de la pression : une force qui s’exerce sur une surface. Par exemple, la pression d’air dans les pneus d’un vélo. Lorsque l’on met de l’air dans un pneu, la pression de l’air va dans toutes les directions. Cela fait gonfler le pneu.

Définition du volume d’un objet : la mesure d’un espace occupé par un objet.11

Définition de compressibilité : « caractéristique d'un corps à pouvoir réduire son volume sous une pression donnée. »12

Définition d’expansibilité : « caractéristique d'un corps à pouvoir occuper l'espace qui lui est attribué. »13

Pour illustrer la compression et le principe de la sublimation (changement d’état de gazeux à solide sans passer par l’état liquide), voici l’image d’une seringue. Celle-ci est remplie de gaz et ses extrémités sont bloquées. Lorsque l’on exerce une force sur le piston (pièce de la seringue qui glisse dans le tube), l’espace volumique dans la seringue diminue. Cela fait en sorte que les molécules de gaz qui étaient dispersées dans l’espace de la seringue doivent se rapprocher. Si l’on

comprime le piston à assez grande vitesse, cela fait en sorte que le gaz peut passer directement à l’état solide14.

Lorsqu’il y a un changement d’état, peu importe lequel, cela signifie que les molécules présentes dans l’objet changent la façon dont elles bougent, c’est-à-dire qu’elles peuvent accélérer, ralentir, qu’elles peuvent se disperser, se rassembler ou se reconfigurer. Cependant, il faut savoir que peu importe les

9 ALLÔ-PROF. (2013). Les états de la matière et les changements de phase. [En ligne]. http://bv.alloprof.qc.ca/s1009.aspx

10 Lîle des sciences physiques. (2015). Les changements d’état de l’eau : approche phénoménologique. [En ligne]. http://www.ilephysique.net/chimie_5-changement-etats-eau-phenomenes.php 11 ALLÔ-PROF. (2013). Le volume et ses unités de mesure. [En ligne] http://bv.alloprof.qc.ca/s1005.aspx

12 Lîle des sciences physiques. (2015). Op. cit.

13 Ibid. 14 Ibid.

http://bv.alloprof.qc.ca/s1009.aspx


molécules présentes, la masse de l’objet ne change pas avec le changement d’état. Ainsi, lorsqu’un glaçon fond, les molécules passent de très ordonnées, rapprochées et liées à désordonnées, rapprochées, mais peu liées. La pression joue aussi un rôle quant aux déplacements ou non des molécules

Transfert de chaleur

Il faut savoir que lorsque deux corps de température différente sont isolés l’un de l’autre, ils sont en état d’équilibre, c’est-à-dire que la température de chaque corps ne varie pas. Mais lorsqu’il y a un contact entre les deux, la température de ces deux corps va changer pour atteindre une nouvelle température d’équilibre qui sera la même pour chacun des corps.15 Voici un exemple : nous déposons un glaçon dans un verre d’eau à température ambiante et un glaçon sur une table. L’air autour du glaçon sur la tab le est à la même température que l’eau. Dans les deux cas, il y aura un échange de chaleur entre les glaçons, l’eau et l’air jusqu’à que tous les trois atteignent la même température d’équilibre. La vitesse à laquelle les glaçons fondront dépendra toutefois de l’efficacité du transfert de chaleur entre les éléments, dans ces cas-ci entre le glaçon et l’eau ou entre le glaçon et l’air. Le transfert de chaleur se fait mieux dans l’eau, qui est un bon conducteur de chaleur, que dans l’air, puisque ce dernier est un bon isolant thermique. Le glaçon et l’eau trouveront ainsi un équilibre mutuel plus rapidement que la glace et l’air. Par conséquent, la glace dans l’eau fondra plus rapidement que la glace posée sur la table.

Matériaux isolants

Il existe plusieurs matériaux différents qui permettent de bien conserver la chaleur. Les isolants thermiques peuvent être classés en trois grandes familles, c’est-à-dire les produits à base de minéraux (les laines par exemple), les produits à base de fibre végétale (le bois) et les produits de synthèse (le polystyrène ou le polyuréthane).16 Ces trois matériaux utilisent les propriétés de l’air, puisqu’ils possèdent des bulles d’air à l’intérieur ce qui les rend très isolants. Il y a également une technologie que nous utilisons très fréquemment qui permet de bien conserver la chaleur : la bouteille isotherme, communément appelée le « Thermos ». Celle-ci est un bon moyen pour conserver la chaleur puisqu’elle est composée de deux parois séparées par un vide ou par de l’air très peu dense (l’air dont on a enlevé de la pression). En effet, l'absence de matière solide ou liquide (donc de l’air) « empêchant la conduction de la chaleur, les pertes thermiques à travers la paroi sont très faibles. »17 Ainsi, la bouteille isotherme est l’une des technologies les plus efficaces pour conserver la chaleur. Parmi les meilleurs isolants thermiques, il y a le bois, la laine, le plastique et l’air. L’air est un très bon isolant parce qu’il emmagasine très peu d’énergie. Par conséquent, il ne peut en transférer une grande quantité. Ces matériaux permettent de bien conserver la chaleur (annexe 3).

15 Claude SAINT-BLANQUET. (2004). Chapitre 3 : la variable d’état Température. [En ligne]. http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/claude_saintblanquet/thermo2005/03_temperature/03_temperature.htm 16 Voizo. (2011). Isolation à l’uréthane. [En ligne]. http://www.voizo.fr/isolation/isolation-thermique 17 Université en ligne. (2009). Calorimètre et calorimétrie. [En ligne]. http://uel.unisciel.fr/chimie/chimther/chimther_ch03/co/apprendre_ch3_05.html

http://uel.unisciel.fr/chimie/chimther/chimther_ch03/co/apprendre_ch3_05.html


Conceptions d’élèves attendues et exemples de questions à poser

Le glaçon fondra-t-il plus rapidement à l’air libre ou dans un verre d’eau?

Le glaçon fondra plus rapidement à l’air libre que dans un verre d’eau.

D’après vous, y a-t-il des moyens de conserver des glaçons sans utiliser un congélateur?

Certains élèves pourraient penser qu’il n’est pas possible de conserver des glaçons pendant une longue durée, si ceux-ci ne sont pas réfrigérés. Leur conception serait basée sur le fait que c’est les glaçons qui peuvent conserver les aliments. Ex. : dans leur boîte à lunch, les élèves ont un « ice pack » pour conserver leurs aliments aux frais.

Certains élèves pensent que le papier d’aluminium est un bon isolant thermique, car c’est ce qui semble recouvrir l’intérieur de leur boîte à lunch.

Matériel requis

Activité fonctionnelle

□ Tableau et craies, tableau blanc interactif ou grandes affiches blanches avec crayons.

□ Verre d’eau

□ 2 glaçons

□ Plusieurs chronomètres

NB : Il faut prévoir une période de minimum une heure pour réaliser l’activité fonctionnelle et l’activité de résolution de problème, car certains matériaux font en sorte que le glaçon fond très lentement.

Activité de résolution de problème

□ Lettre du militaire

□ Boite de conserve

□ Cahier de l’élève

□ Chronomètre

□ Crayon et efface

□ Copeaux de bois

□ Minis dinosaures et glaçons (une demi-douzaine par équipe)18

□ Morceau de coton

□ Morceau de laine

□ Morceau de polyester

□ Paille de papier

□ Papier ciré

□ Papier d’aluminium

□ Papier essuie-tout

□ Papier journal

18 Les minis dinosaures se retrouvent chez Omer de Serres. Ceux-ci seront placés dans les moules à glaçons pour qu’ils soient figés à l’intérieur des glaçons.


□ Quelques verres en carton ou en plastique

□ Quelques verres en mousse de polystyrène avec couvercle

□ Récipient en plastique

□ Thermomètre

□ Thermos

N. B. L’enseignant peut choisir le matériel qu’il désire mettre à la disposition des élèves. Toutefois, il est important de laisser les copeaux de bois et le thermos, puisque ce sont les matériaux qui permettent de conserver le glaçon le plus longtemps.

N. B. Il faut prévoir des glaçons supplémentaires.

Activité de structuration

□ Feuille activité

□ Crayons

Activité fonctionnelle

Rôle de l’enseignant Rôle de l'élève Durée

□ L’enseignant questionne les élèves pour connaître leurs hypothèses au sujet de l’expérience suivante : entre un glaçon placé sur une table et un glaçon dans un verre d’eau de température ambiante, lequel fondra le plus lentement? Il note les réponses des élèves quant à leurs hypothèses. Celles-ci seront notées au même endroit où seront inscrites les conceptions relevées.

□ L’enseignant fait l’expérience avec les élèves puis nomme différents responsables : responsable des chronomètres, responsable des glaçons dans le verre d’eau, responsable des glaçons dans l’assiette.

□ Une fois le glaçon fondu, l’enseignant relève d’autres conceptions des élèves sur la conservation de la chaleur. (voir tableau des conceptions).

□ Simultanément, il anime une carte conceptuelle pour récolter les connaissances antérieures des élèves. Il les questionne au sujet des techniques de conservation de la chaleur et de différents isolants. Les élèves peuvent reproduire la carte conceptuelle dans leur cahier de l’élève. (Annexe 2)

□ L’élève observe ce qu’il se passe quant aux changements des glaçons, celui dans le verre d’eau et celui sur la table.

□ L’élève reçoit une responsabilité et la respecte.

□ L’élève partage ses conceptions scientifiques.

□ L’élève répond aux questions de l’enseignant quant à la conservation de la chaleur.

Environ 45 min*.


*Il faut prévoir plus d’une heure pour que le glaçon sur la table fonde complètement. Il faudra compter sur des responsables pour que l’expérience se poursuive.

Activité de résolution de problème


□ L’enseignant amorce l’activité scientifique en lisant la lettre du militaire expliquant la problématique (annexe 1).

□ L’enseignant présente le matériel à la disposition des élèves pour réaliser l’expérimentation.

□ L’enseignant explique les consignes pour résoudre cette problématique et fournit un carnet scientifique à chaque élève (annexe 2).

□ Consignes : 1. Choisis ton coéquipier et installe-toi à

ses côtés. 2. Inscris ton nom sur ton carnet

scientifique. 3. Élabore ton hypothèse quant au matériel

idéal pour conserver le glaçon. Inscris ta réponse dans ton carnet scientifique.

4. Parmi la liste des matériaux, cochez en équipe les 6 matériaux que vous utiliserez. N’oubliez pas que vous en avez trois obligatoires.

5. Maintenant, vous devez aller chercher le matériel dont vous aurez besoin pour résoudre la problématique. Chaque personne dans l’équipe est responsable d’aller chercher 3 matériaux différents.

6. Une fois que tu es installé avec tes matériaux, je te distribuerai les glaçons dans lesquels il y a les dinosaures.

7. Utilise le matériel choisi pour résoudre la problématique du militaire.

8. Lis attentivement chaque étape de ton carnet scientifique.

9. Remplis ton carnet scientifique au fur et à mesure de tes découvertes.

10. Entre tes observations, vous pouvez faire le mot caché du carnet scientifique. Il vous permettra de vous familiariser

□ L’élève est attentif lors de la lecture de la lettre du militaire et lorsque l’enseignant explique les consignes.

□ L’élève se place en équipe avec un coéquipier.

□ L’élève et son coéquipier se partagent les tâches (prise du matériel).

□ L’élève complète son carnet scientifique tout au long de la résolution de problème.

120 min.*


avec le vocabulaire scientifique. Vous avez accès au corriger, puisque le mot caché n’est pas à l’évaluation.

□ L’enseignant fait un retour sur les résultats obtenus de chaque équipe. Il les inscrit au tableau, puis aborde le sujet plus en détail.

□ L’enseignant classe avec les élèves un palmarès des trois meilleurs matériaux, qui sont inscrits dans le carnet de l’élève.

□ L’enseignant présente la fiche d’activité. Celle-ci est un petit problème concernant l’isolation des maisons. Il présente quatre maisons différentes. Chacune a des caractéristiques d’isolation différentes. (annexe 7) L’enseignant peut lire les questions avec les élèves et répondre aux questions au besoin.

□ L’enseignant demande aux élèves de choisir la maison qui conservera le mieux la température en été comme en hiver et de justifier leur réponse.

□ L’enseignant compose une lettre au militaire avec les élèves. En groupe, ils font le plan de la lettre et la rédige. L’enseignant peut également demander aux élèves d’écrire leur lettre en équipe à partir du plan qu’ils ont dressé en classe. La lettre est composée des résultats obtenus des élèves et de leurs recommandations.

□ L’enseignant explique certains aspects du contenu notionnel afin d’expliquer aux élèves les raisons des résultats trouvés.

□ L’élève donne ses résultats à l’enseignant en levant sa main.

□ L’élève inscrit le palmarès des trois meilleurs résultats dans son carnet scientifique.

□ L’élève participe à la rédaction de la lettre à envoyer au militaire.

□ L’élève écoute les explications de l’enseignant quant aux résultats obtenus.

* Il faut prévoir plus d’une heure pour que certains glaçons fondent complètement. Les élèves pourront faire un mot caché sur la thermodynamique pendant qu’ils attendent. Le mot caché permet aux élèves de se familiariser avec le vocabulaire scientifique de manière ludique. Nous suggérons à l’enseignant de prévoir des activités ou des travaux pour occuper les élèves pendant le temps des observations. Le choix des activités et des travaux est à la discrétion de l’enseignant.


Activité de structuration


□ L’enseignant présente la fiche d’activité. Celle-ci est un petit problème concernant l’isolation des maisons. Il présente quatre maisons différentes. Chacune a des caractéristiques d’isolation différentes. (annexe 7) L’enseignant peut lire les questions avec les élèves et répondre aux questions au besoin.

□ L’enseignant demande aux élèves de choisir la maison qui conservera le mieux la température en été comme en hiver et de justifier leur réponse.

□ L’élève écoute les présentations des maisons et les consignes de l’enseignant.

□ L’élève observe toutes les caractéristiques des maisons. Il note laquelle sera la mieux isolée et justifie sa réponse. L’élève propose des idées de rénovations qui aideront à conserver la température de la maison.

30 min.

Évaluation

Carnet scientifique

Le carnet scientifique permet à l’élève de laisser des traces de sa démarche scientifique, de son raisonnement (hypothèse, expérimentation, observations, validation de l’hypothèse, conclusion) et de l’évolution de ses conceptions (annexe 2). Il peut se référer à l’annexe 3 pour avoir un exemple de fiche d’observation. L’enseignant évalue le carnet scientifique par une grille d’évaluation. (Annexe 4)

Grille d’évaluation (annexe 3)

L’enseignant évalue le carnet scientifique avec une grille d’évaluation.

Grilles d’observation de l’enseignant (annexe 5)

La grille d’observation permet à l’enseignant de noter rapidement ses observations lorsque les élèves sont en action. La grille d’observation permet d’évaluer les compétences transversales : résoudre un problème et coopérer.

Autoévaluation

Pour conclure la situation d’apprentissage et d’évaluation, l’élève complète une fiche d’autoévaluation (annexe 6). Celle-ci lui permet de réfléchir sur ses habiletés à travailler en équipe et sur les efforts qu’il a fournis tout au long de la situation d’apprentissage et d’évaluation. L’élève peut également écrire des commentaires constructifs et son appréciation personnelle dans la fiche d’évaluation, afin que l’enseignant puisse ajuster l’activité.


Références

ALLÔ-PROF. La température et la chaleur, [En ligne], 2013. [http://bv.alloprof.qc.ca/s1006.aspx] (Page consultée le 25 mars 2015)

ALLÔ-PROF. Les états de la matière et les changements de phase, [En ligne], 2013. [http://bv.alloprof.qc.ca/s1009.aspx] (Page consultée le 25 mars 2015)

ALOIS. Les trois états de l’eau, [En ligne], 2014. [http://sciencejunior.fr/chimie/les-trois-etats-de-leau] (Page consultée le 25 mars 2015)

FUTURA-SCIENCE. Thermodynamique, [En ligne], 2013. [http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/dico/d/physique-thermodynamique-3894/] (Page consutlée le 25 mars 2015).

ÎLE DES SCIENCES PHYSIQUE (L’), (2015). Les changements de l’état de l’eau : approche phénoménologique. [En ligne], 2015. [http://www.ilephysique.net/chimie_5-changement-etats-eau-phénomenes.php] (Page consultée le 25 mars 2015)

RHETT, Allain. (2014). Andry birds : furieusement savant ! : la physique est un jeu. Éditeur National Geographic. Page 70 (Consultée le 25 mars 2015)

SAINT-BLANQUET, Claude. Chapitre 3 : la variable d’état Température, [En ligne], 2004. [http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/claude_saintblanquet/thermo2005/03_temperature/03_temperature.htm] (Page consultée le 25 mars 2015).

Thouin, M. (2008). Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique. Québec : MultiMondes. (Page consultée le 19 mars 2015)

Thouin, M. (2009). Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire (édition revue et augmentée). Québec : MultiMondes.(Page consultée le 19 mars 2015)

UNIVERSITÉ EN LIGNE. Calorimètre et calorimétrie, [En ligne], 2009. [http://uel.unisciel.fr/chimie/chimther/chimther_ch03/co/apprendre_ch3_05.html] (Page consultée le 25 mars 2015)

VOIZO. Isolation à l’uréthane, [En ligne], 2011. [http://www.voizo.fr/isolation/isolation-thermique] (Page consultée le 25 mars 2015)

Notes personnelles « pour la prochaine fois »


Liste des annexes

Annexe 1 : Lettre du militaire ....................................................................................................................... 13

Annexe 2 : le carnet scientifique ................................................................................................................. 14

Annexe 3 : Exemples de fiches d’observations du carnet scientifique ....................................................... 27

Annexe 4 : Grille d’évaluation du carnet scientifique .................................................................................. 30

Annexe 5 : Grille d’observation ................................................................................................................... 31

Annexe 6 : Grille d’autoévaluation ............................................................................................................... 32

Annexe 7 : La maison de la famille Thermodynamique .............................................................................. 33

Annexe 8 : Corrigé pour la maison de la famille Thermodynamique .......................................................... 35

Annexe 1 : Lettre du militaire

Base militaire de Valcartier

Canada, Québec

G0A 4Z0

2015/03/12

Madame, Monsieur,

L’heure est grave! Comme vous le savez, les dinosaures ont disparu de la Terre depuis 65

millions d’années. Toutefois, lors d’une mission spéciale par les marines de l’armée canadienne,

des bébés dinosaures ont été retrouvés dans des blocs de glace dans l’océan Arctique. Nous les

avons déplacés dans nos congélateurs au sous-sol des services secrets canadiens. Cependant, hier

à 11 h 37 et 42 secondes nos congélateurs ont eu un bris mécanique majeur. Nous avons besoin

de votre aide et de votre créativité afin de conserver les bébés dinosaures dans la glace. Nous

voulons éviter une véritable catastrophe. Si les dinosaures venaient à décongeler, leur cœur

battrait à nouveau et en grandissant ils pourraient reconquérir la Terre et éliminer l’espèce

humaine. Voilà, je vous ai transmis toutes les informations à ma disposition. Nous attendons de

vos nouvelles le plus rapidement possible… Vous pouvez nous envoyer vos résultats à l’adresse

écrite sur l’enveloppe. Merci les jeunes scientifiques.

Commandant, M.S. K.

Attention décongélation ! – Carnet scientifique /35 Myriam Beaudette, Coralie Charron et Mathilde Marquis-Gobeille MÀJ 22 novembre 2015

Annexe 2 : le carnet scientifique

Carnet scientifique

Attention décongélation !

Nom :

Date :

Annexe 2 Attention décongélation!

1- Carte conceptuelle

Techniques de conservation de la chaleur et de différents isolants

2- Le problème

Quel est le problème que tes coéquipiers et toi devez résoudre?


3- Mon hypothèse

Avec quel matériel le glaçon fondra-t-il le plus lentement?

4- Les matériaux

Tu dois faire l’expérience avec 6 matériaux, dont 3 obligatoires : les copeaux de

bois, le papier aluminium et le thermos. Coche les 3 autres matériaux que tu

utiliseras.

□ Boite de conserve

Copeaux de bois

□ Morceau de coton

□ Morceau de laine

□ Morceau de polyester

□ Paille de papier

□ Papier ciré

Papier d’aluminium

□ Papier essuie-tout

□ Papier journal

□ Verres en carton ou

en plastique

□ Verres en mousse de

polystyrène avec

couvercle

□ Récipient en plastique

Thermos

Tu ne dois utiliser qu’un seul matériel à la fois, tu ne peux

pas combiner plusieurs matériaux.

N’oublie pas de prendre un chronomètre.

Annexe 2 Attention décongélation !


5- Résolution de problème

Dans chaque encadré des 6 fiches suivantes, inscris le matériel utilisé, tes observations après

10 minutes, 30 minutes, 60 minutes et plus. Inscris le temps total que le glaçon a mis pour

fondre.

Fiche 1

Matériel :

Explique la disposition de ton matériel et de ton glaçon :

Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :

Après 60 minutes et plus :

Temps total :

Conclusion :



Fiche 2

Matériel :


Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :


Temps total :

Conclusion :



Fiche 3

Matériel :


Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :


Temps total :

Conclusion :



Fiche 4

Matériel :


Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :


Temps total :

Conclusion :



Fiche 5

Matériel :


Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :


Temps total :

Conclusion :



Fiche 6

Matériel :


Observations

Après 10 minutes :

Après 30 minutes :


Temps total :

Conclusion :



6- Retour sur l’hypothèse

Ton hypothèse était-elle vraie ou fausse? Explique ta réponse.

7- Complète la phrase suivante :

Le matériel qui a conservé le glaçon le plus longtemps

est ______________________________________. Le glaçon a pris

________ minutes à fondre.

8- En ordre…

Classe les matériaux que tu as utilisés en

ordre, du plus isolant au moins isolant.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Après le retour en grand groupe,

inscris les trois meilleurs matériaux

isolants :

1. _______________________________

2. _______________________________

3. _______________________________


Activité optionnelle

9- À vos crayons! Rédaction !

À partir du plan fait avec ta classe, écris une courte lettre au militaire.


10- Mot caché

Pendant que tes glaçons fondent, amuse-toi avec un mot caché. Tu dois trouver tous les

mots étiquettes écrits sous la grille.


11- Mot caché - corrigé

Attention décongélation ! – Exemple de fiches d’observation du carnet scientifique /35 Myriam Beaudette, Coralie Charron et Mathilde Marquis-Gobeille MÀJ 22 novembre 2015

Annexe 3 : Exemples de fiches d’observations du carnet scientifique

Exemple d’hypothèse Le papier d’aluminium sera le meilleur isolant. En effet, la glace s’y conserva bien longtemps, car nous avons remarqué que l’aluminium est souvent utilisé comme isolant. Nous pensons que le plat de pastique avec couvercle est en 2e position des matériaux de conservation de la chaleur. Nous pensons que la température du glaçon refroidira le pot en plastique au complet, donc permettra de conserver le glaçon dans son état solide. Ensuite, nous pensons que le papier essuie-tout sera le 3e meilleur isolant. Il absorbera l’eau du glaçon, ce qui permettra au glaçon d’être dans un matériel froid et facilitera la conservation de sa température. Nous pensons que le papier journal sera en 4e position des meilleurs matériaux de conservation de la chaleur. Nous pensons que ce n’est pas un très bon isolant, car ce matériel n’est pas très flexible et il sera difficile de recouvrir le glaçon au complet. Nous pensons qu’en 5e position ce sera le thermos, car il ne conserve pas la chaleur très longtemps. Lorsque nous mangeons dans un thermos, la nourriture se refroidit rapidement. Nous pensons qu’en 6e position ce sera la laine parce que c’est un matériel qui permet de réchauffer. Par exemple, une tuque de laine permet de garder la tête au chaud ou encore une couverture de laine nous réchauffe l’hiver.

Plat de plastique avec couvercle

Observations

30 minutes : La taille du glaçon est plus petite, l’eau s’accumule dans

le pot. Le plastique est plus froid.

52 minutes : 5 mm d’eau se sont accumulés

74 minutes : la glace est à peine perceptible

76 minutes : la glace est fondue.

Conclusion : Nous n’avons pas ouvert de couvercle tout au long de l’expérience. Nous avons remarqué que

l’eau s’est rapidement accumulée dans le fond de notre pot dont la base est carrée (10 cm de chaque côté)

et la hauteur est d’environ 7 cm. Nous avons comme hypothèse que le glaçon aurait pris encore plus de

temps à fonde si notre pot avait eu une plus grande superficie, car lorsque le glaçon serait passé à l’état

liquide, l’eau aurait été plus étendue, donc le reste de glaçon à l’état solide aurait été moins immergé. Le

glaçon a pris 76 minutes ou 1h et 16 minutes à fondre.

Papier essuie-tout

Observations

30 minutes : le papier est assez imbibé (plusieurs épaisseurs). Par le

toucher, la taille du glaçon est moyenne.

60 minutes : le papier est assez imbibé des deux côtés.

90 minutes : Le glaçon est à peine perceptible.

105 minutes : Le glaçon est fondu.


Conclusion

Contrairement à notre hypothèse de départ, le papier essuie-tout n’est pas un bon isolant. Relativement

rapidement, le papier devient imbibé et froid, et ce malgré les nombreuses couches. Le glaçon a fondu

après 105 minutes ou 1 heure et 45 minutes.

Papier journal

Observations

30 minutes : le papier commence à être imbibé.

52 minutes : le papier est assez imbibé sur le dessus.

90 minutes : le papier journal est complètement imbibé. La taille du glaçon a

rapetissé, toutefois il est encore plus gros que celui dans le papier essuie-

tout et plus petit que celui dans la laine.

150 minutes : Le glaçon est fondu.

Conclusion

Nous sommes étonnées de constater que le papier journal est un meilleur isolant que le papier essuie-tout.

Le glaçon a fondu après 150 minutes ou 2h et 30 minutes.

Laine

Observations

30 minutes : Au toucher, elle n’est pas mouillée. La taille du glaçon

semble encore grosse.

52 minutes : La laine à l’intérieur est mouillée. Toutefois à l’extérieur elle

ne l’est pas. Nous sentons uniquement que le matériel est plus froid. La

taille du glaçon est relativement grosse.

120 minutes : Observations similaires

180 minutes : Le glaçon est toujours perceptible.

200 minutes : le glaçon est fondu.

Conclusion

La laine est un bon isolant. C’est un matériel qui conserve bien la

température. Le glaçon a pris 200 minutes à fondre. Nous avons remarqué que la laine n'était pas mouillée

à l’extérieur de la tuque. Toutefois, elle est très mouillée à l’intérieur de la tuque.

Le papier d’aluminium

Observation

10 minutes : Le glaçon n’est pas mouillé et encore très gros.


30 minutes : Au toucher, le papier d’aluminium est plutôt froid, mais le glaçon est encore gros. Le papier

d’aluminium perd de l’eau.

40 minutes : La taille du glaçon est plus petite et il y a plus d’eau qui coule du papier d’aluminium.

75 minutes : Au toucher, le glaçon semble presque inexistant.

83 minutes : Le glaçon est fondu et l’aluminium est rempli d’eau.

Conclusion

Le glaçon a pris 83 minutes à fondre ou 1h23. Le papier d’aluminium contenait

de l’eau, mais une grande quantité d’eau s’en est échappée

Le thermos

Observation

10 minutes : le glaçon n’a pas fondu du tout.

30 minutes : le glaçon a fondu un tout petit peu. Il y a un peu d’eau dans le thermos.

60 minutes : dans le thermos, il y a un petit fond d’eau, mais le glaçon est encore présent.

120 minutes : le glaçon est fondu à moitié.

160 minutes et plus : le glaçon est fondu.

Conclusion

Durant cette expérience, le couvercle n’a été ouvert en aucun cas, sauf lorsque je

devais regarder à quoi celui-ci ressemblait. Par contre, pour le début de l’expérience,

j’ai remarqué (après environ une dizaine de minutes) que l’ouverture dans le

couvercle pour boire était ouverte. Cela a donc dû certainement jouer dans la fonte du

glaçon, étant donné qu’il y avait de l’air qui est passé. Tout de même, le glaçon a pris

plus de trois heures à fondre. On peut donc conclure que le thermos est un matériel

très isolant.

*N.B : À noter que chaque thermos est différent. Le temps peut différer de quelques minutes selon le

thermos choisi.

Attention décongélation ! – Grille d’évaluation du carnet scientifique /35 Myriam Beaudette, Coralie Charron et Mathilde Marquis-Gobeille MÀJ 22 novembre 2015

Annexe 4 : Grille d’évaluation du carnet scientifique19

Date :

Nom de l’élève :

Sciences et technologie

Compétence 1 : des explications ou des solutions à des problèmes de sciences et de technologie.

Critères d’évaluation Note Commentaires de l’enseignant

L’élève a compris le problème

initial. A B C D E

L’élève n’a utilisé qu’un seul

matériel à la fois. (Il a isolé ses

variables).

A B C D E

L’élève est capable de formuler

une hypothèse réaliste. A B C D E

L’élève est capable de formuler

des conclusions logiques basées

sur ses observations.

A B C D E

L’élève fait un retour sur son

hypothèse de départ. A B C D E

L’élève comprend les concepts

de la conservation de la chaleur. A B C D E

Légende

A : L’élève répond au-delà des attentes.

B : L’élève atteint les attentes.

C : L’élève répond minimalement aux attentes.

D : L’élève a de la difficulté à atteindre les attentes.

E : L’élève ne répond pas aux attentes.

19 Il est à noter que ni la rédaction de la lettre pour le militaire, ni le mot caché ne sont à l’évaluation quant aux apprentissages scientifiques.


Annexe 5 : Grille d’observation

Nom :_______________________________________ Date :___________________

Compétences transversales évaluées :

Résoudre un problème

Coopérer

Critères d’évaluation Note Commentaires de l’enseignant

L’élève tente plusieurs pistes

pertinentes de solutions. A B C D E

L’élève reconnait ce qui

fonctionne de ce qui ne

fonctionne pas.

A B C D E

L’élève contribue au travail

d’équipe. A B C D E

L’élève semble bien

collaborer avec son

coéquipier.

A B C D E

L’élève a une attitude positive

face au travail d’équipe. A B C D E

Légende

A : L’élève répond au-delà des attentes.

B : L’élève atteint les attentes.

C : L’élève répond minimalement aux attentes.

D : L’élève a de la difficulté à atteindre les attentes.

E : L’élève ne répond pas aux attentes.


Annexe 6 : Grille d’autoévaluation

Nom :_______________________________ Date :_________________

Pour chacun des critères, trace un x dans la colonne appropriée.

Critère d’évaluation

Je suis très

satisfait(e) et

je suis très

fier/fière de

moi

Je suis

satisfait(e)

Je peux

faire mieux.

C’est mon

prochain

défi.

J’ai mis des efforts constants tout

au long de la démarche

scientifique.

J’ai complété avec sérieux mon

carnet scientifique.

J’ai fait ma responsabilité.

J’ai écouté mon coéquipier.

J’ai participé au travail d’équipe.

Commentaires.

As-tu aimé faire l’expérience? Qu’est-ce que ferais différemment si tu devais la refaire?


Annexe 7 : La maison de la famille Thermodynamique

Monsieur et madame Thermodynamique aimeraient acheter une maison qui possédera le

meilleur isolant pour conserver la température de la maison. Voici les propriétés à vendre.

Aide-les à faire un choix. N’oublie pas de justifier ta proposition.

Cabane de bois

Les façades de la maison sont construites en bois. Chaque façade possède deux épaisseurs de bois. L’intérieur des murs est isolé par de petits morceaux de bois concassés. Les fenêtres sont formées de deux épaisseurs de verre. Entre ces verres, il n’y a aucun matériel.

Palais en verre

Toutes les façades de la maison et le toit sont construites de deux épaisseurs de verre. Celui-ci est coloré en bleu. Entre les épaisseurs de verre, il n’y a aucun matériel. Les escaliers extérieurs de la maison sont fabriqués de deux épaisseurs de plastique.

Écologie 101

Cette maison est construite de matériaux recyclés. Les façades de la maison sont construites de trois épaisseurs de plastique recyclé. Entre chaque épaisseur, il y a du papier aluminium en petites boules. La porte est faite d’une épaisseur de bois recyclé.

Conserve

Les façades de la maison sont construites avec des boites de conserve. Dans celles-ci, il y a de la ouate et de la laine. Les planchers de la maison sont formés de deux épaisseurs de verre. Entre les verres, il y a des petits copeaux de bois.

Atelier 5 La maison de la famille Thermodynamique


Selon toi, quelle est la maison la mieux isolée pour conserver la température

intérieure de la maison? Justifie ton choix.

Propose une rénovation que monsieur et madame Thermodynamique pourraient

faire afin d’avoir la meilleure isolation possible dans leur nouvelle maison.


Annexe 8 : Corrigé pour la maison de la famille Thermodynamique

Réponses attendues pour la question : Quelle est la maison la mieux isolée pour conserver la

température intérieure de la maison? Justifie ton choix.

Le palais en verre : La technique la plus isolante est la bouteille thermique. Alors, l’ensemble de

l’isolation de cette maison suit cette technique d’isolation qui consiste à mettre deux épaisseurs

d’un matériel en gardant un espace vide entre les deux.

Étant donné que la deuxième technique conservant mieux la chaleur est avec les copeaux de bois,

la « cabane de bois » pourrait avoir quelques éléments de bonnes réponses. Par exemple, les

façades sont construites par deux épaisseurs de bois (ce qui rappelle la technique de la bouteille

thermique) et des morceaux de bois sont le deuxième meilleur isolant. Ainsi, en remplissant

l’espace par ceux-ci, cela pourrait sembler une bonne logique, mais pas il doit rester des bulles

d’air entre les murs pour favoriser l’isolation. De plus, l’élève pourrait répondre que les fenêtres de

la maison suivent la technique de la bouteille thermique, puisqu’il n’y a aucun matériel entre les

épaisseurs de verre.

La maison écologie 101 pourrait être une piste de réponse, car les trois épaisseurs de plastiques

fait un double effet de bouteille isotherme. Cependant, il y a des boules de papier d’aluminium qui

conduisent la chaleur entre les couches, mais si celles-ci étaient remplacées par de la laine, cela

serait vraiment plus isolant.

Réponses attendues pour la question : Propose une rénovation que monsieur et madame

Thermodynamique pourraient faire afin d’avoir la meilleure isolation possible dans leur nouvelle

maison. Les réponses peuvent différer en fonction de la maison choisie par l’élève. Voici quelques

exemples :

Ils pourraient construire une maison avec la technique de la bouteille isolante : deux

épaisseurs de plastique, de bois et du vide entre les deux. Il pourrait y avoir même plus que

deux épaisseurs, car plus il y en a mieux c’est.

Toutes réponses impliquant comme éléments le bois, le plastique ou la laine.

conception, planification et pilotage d’une saÉ en science

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