¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Domaine: L’univers matériel Thème : La chaleur et la température e Cycles: 2 Durée totale : environ 3 heures et demie Résumé de la problématique : Vérifier comment on peut conserver un glaçon le plus longtemps possible pendant trente minutes. Préalables : aucun Matériel principal pour l’ensemble de la problématique : • Pour chaque équipe : - Objets isolants et objets conducteurs de la chaleur (tasse en métal, gourde, glacière, mitaine, papier d’aluminium, cuillère de bois, fourchette, casserole, poêle, boîte à lunch, Ziploc) - Papier et crayon - Des cubes de glace (glaçons), tous de la même grosseur - Quelques récipients en plastique - Papier blanc de recyclage, papier journal, papier ciré, papier aluminium, papier de construction, pellicule plastique, papier essuie-tout - De la paille de papier - Thermomètre - Cahier scientifique - Pince en plastique - Mot croisé Pistes d’intégration suggérées : • En arts plastiques, cette problématique peut amener les élèves à construire une glacière et à la décorer à leur goût. • En univers social, les élèves peuvent faire une recherche : En quoi la découverte des isolants thermiques a-t-elle influencé le développement des sociétés? Auteurs : Maria Triassi et Liane Bélanger Référence : THOUIN, Marcel (1999). Problèmes de sciences et de technologie pour le préscolaire et le primaire, Québec : Éditions MultiMondes. Compétences en science et ...
¾ Domaine: Lunivers matériel ¾ Thème : La chaleur et la température ¾ Cycles: 2 e ¾ Durée totale : environ 3 heures et demie ¾ Résumé de la problématique : Vérifier comment on peut conserver un glaçon le plus longtemps possible pendant trente minutes. ¾ Préalables : aucun ¾ Matériel principal pour lensemble de la problématique : • Pour chaque équipe : -Objets isolants et objets conducteurs de la chaleur ( tasse en métal, gourde, glacière, mitaine, papier daluminium, cuillère de bois, fourchette, casserole, poêle, boîte à lunch, Ziploc) -Papier et crayon -Des cubes de glace (glaçons), tous de la même grosseur -Quelques récipients en plastique -Papier blanc de recyclage, papier journal, papier ciré, papier aluminium, papier de construction, pellicule plastique, papier essuie-tout -De la paille de papier -Thermomètre -Cahier scientifique -Pince en plastique -Mot croisé ¾ Pistes dintégration suggérées : • En arts plastiques, cette problématique peut amener les élèves à construire une glacière et à la décorer à leur goût. • En univers social, les élèves peuvent faire une recherche : En quoi la découverte des isolants thermiques a-t-elle influencé le développement des sociétés? ¾ Auteurs : Maria Triassi et Liane Bélanger ¾ Référence : THOUIN, Marcel (1999). Problèmes de sciences et de technologie pour le préscolaire et le primaire , Québec : Éditions MultiMondes. ¾ Compétences en science et technologie : Cette problématique permet dacquérir les compétences de 2 e et 3 e cycles du primaire.
-Compétence 1 : Proposer des explications ou des solutions à des problèmes dordre scientifique ou technologique. Composantes de la compétence : • Cerner un problème ou une problématique. • Recourir à des stratégies dexploration variées. • Évaluer sa démarche. -Compétence 2 : Mettre à profit les outils, les objets et les procédés de la science et de la technologie. Composantes de la compétence : Sapproprier les rôles et fonctions des outils, des techniques, • des instruments et des procédés de la science et de la technologie. • Relier divers outils, objets ou procédés technologiques à leurs contextes et à leurs usages. • Évaluer limpact de divers outils, instruments ou procédés. -Compétence 3 : Communiquer à laide des langages utilisés en science et en technologie. Composantes de la compétence : • Sapproprier des éléments des éléments du langage courant liés à la science et à la technologie. • Utiliser des éléments du langage courant et du langage symbolique liés à la science et à la technologie. • Exploiter les langages courants et symboliques pour formuler une question, expliquer un point de vue ou donner une explication.
¾ Savoirs essentiels : -Énergie : La transmission de lénergie • Conductibilité thermique (Conducteurs et isolants) -Techniques et instrumentation • Utilisation dinstruments de mesure simple (thermomètre) -Langage approprié • Terminologie liée à la compréhension de lunivers matériel ¾ Repères culturels : - Il pourrait être question des différentes techniques disolation des murs. Depuis larrivée des premiers colons au Québec, plusieurs techniques ont été utilisées pour fabriquer les murs des maisons. Comme les isolants thermiques nétaient ni variés ni très élaborés à lépoque de nos ancêtres, les maisons étaient beaucoup moins bien isolées que celles daujourdhui.
-Il pourrait être question de Jean Baptiste Joseph Fourier avec sa «Théorie analytique de la chaleur» (1822) qui décrit pour la première fois la conduction de la chaleur à travers une surface conductrice ou isolante ¾ Compétences transversales : -Dordre intellectuel : résoudre des problèmes et mettre en uvre sa pensée créatrice -Dordre méthodologique : se donner des méthodes de travail efficaces -Dordre de la communication : communiquer de façon appropriée ¾ Domaines généraux de formation : -Orientation et entrepreneuriat • Intention éducative : Offrir à lélève des situations éducatives lui permettant dentreprendre et de mener à terme des projets orientés vers la réalisation de soi et linsertion dans la société. (travail déquipe) ¾ Stratégies : -Stratégies dexploration : • Aborder un problème à partir de divers cadres de référence. Discerner les éléments pertinents à la résolution du problème. • • Schématiser ou illustrer le problème. • Émettre des hypothèses. • Explorer diverses avenues de solution. • Faire appel à divers modes de raisonnement. • Recourir à des démarches empiriques. -Stratégies dinstrumentation : • Recourir à des outils de consignation (carnet scientifique) -Stratégies de communication : • Recourir à des modes de communication variés pour proposer des explications ou des solutions (exposé). • Recourir à des outils permettant de représenter des données (réseau notionnel).• Organiser les données en vue de les présenter. • Échanger des informations. • Confronter différentes explications ou solutions possibles à un problème pour en évaluer la pertinence. ¾ Suggestions pour lutilisation des technologies de linformation et de la communication : -Faire une recherche à partir dInternet pour trouver des informations à propos des -chercheurs qui ont travaillé sur les concepts de conductibilité et disolation thermique. Activités fonctionnelles (60 minutes)
¾ But : Amener les élèves à découvrir les concepts de conductibilité et disolation thermique. ¾ Titre et nature des activités : Isolants et conducteurs thermiques (Tour de table , observation, classification, écriture, ) Rôle de lenseignant Rôle des élèves - Animer une discussion sur ce quon - Parler de ce quon utilise pour utilise quotidiennement pour conserver conserver des aliments, pour nous des aliments plus frais et plus protéger du froid et pour réchauffer ou longtemps, sur les matériaux qui nous cuire des aliments. protègent du froid et sur les objets qui nous permettent de réchauffer ou de cuire des aliments. - En équipe, les élèves observent des - Présenter différents objets. (tasse en objets. Ils notent, dans leur cahier métal,gourde,glacière,mitaine,papiershcyipeonttihfèisqeuse,cloenucresronbasnetrlveastioobnjsetestqleuiursdaluminium, cuillère de bois, sont des isolants et ceux qui sont d fourchette, casserole, poêle, boîte à es lunch, Ziploc) Demander aux élèves de conducteurs. trouver ceux qui, selon eux, isolent la chaleur et ceux qui conduisent la chaleur. - Chaque équipe détermine les raisons pour lesquelles les objets sont classés dans telle - Faire un tour de table afin de connaître le ou telle catégorie. (isolants ou conducteurs) classement des élèves. ¾ Matériel : -Des objets isolants : gourde, glacière, mitaine, cuillère de bois, boîte à lunch, Ziploc -Des objets conducteurs : tasse en métal, papier daluminium, fourchette, casserole, poêle -Cahier scientifique et crayon ¾ Sécurité : Rien de particulier à signaler. Activité de résolution de problème ( 90 minutes) Information destinée aux élèves :
¾ Question : Comment peut-on conserver un glaçon le plus longtemps possible pendant 30 minutes ? ¾ Matériel : -Papier et crayon -Des cubes de glace (glaçons), tous de la même grosseur -Quelques récipients en plastique -Papier blanc de recyclage, papier journal, papier ciré, papier aluminium, papier de construction, pellicule plastique, papier essuie-tout -De la paille de papier -Du carton léger Du carton ondulé --Du carton rigide provenant dune boîte -Thermomètre -Carnet scientifique -Pince en plastique Rôle de lenseignant Rôle des élèves - Demander aux élèves de se placer en - Se placer en équipe de quatre. équipe de quatre. - Signaler aux élèves que leur tâche consiste à trouver une façon de pouvoir conserver un glaçon le plus longtemps possible. Mentionner que cest un concours et - Manipuler le matériel. Tenter de trouver que léquipe gagnante est celle qui une façon dempêcher le glaçon de fondre. aura trouvé une façon disoler le mieux Noter leurs tentatives dans leur cahier un glaçon pour le conserver le plus scientifique. longtemps. - Aménager un endroit où les équipes déposent les divers milieux thermiques quelles ont créés. -Dire aux élèves quaprès trente minutes, - Après trente minutes, comparer les le temps sera écoulé et que les solutions glaçons placés dans les différents seront comparées. Demander de trouver matériaux. Signaler léquipe gagnante. léquipe gagnante. -Demander aux élèves décrire leur -Noter leur hypothèse. hypothèse avant de commencer le problème. - Demander aux élèves décrire dans leur Noter leurs observations et leurs solutions -
carnet scientifique leurs observations et dans leur carnet scientifique. leurs solutions au problème posé. - Demander aux équipes déchanger leurs - Les membres de léquipe explicitent aux solutions et de les comparer à celles des autres élèves de la classe leurs solutions. autres équipes. - Ressortir les solutions plausibles au - Noter les définitions des concepts problème. scientifiques dans leur carnet scientifique. - Institutionnaliser les concepts disolation et de conduction thermique. Information destinée à lenseignant : ¾ Conceptions fréquentes chez les élèves : -Les enfants croient que laluminium est un bon isolant thermique puisquils utilisent souvent du papier daluminium pour conserver des aliments frais et plus longtemps. (p.321) -Les enfants pensent que tous les solides conduisent la chaleur de la même façon. (p.321) -Les enfants croient quun thermos contient une source de chaleur. (p.320) ¾ Approches et solutions possibles : -Placer un glaçon dans une seule épaisseur de papier daluminium. Faire de même avec dautres glaçons et du papier construction, ciré, essuie-tout, journal et de la pellicule plastique. Noter vos observations dans votre carnet scientifique. -Placer un glaçon dans plusieurs épaisseurs de papier daluminium. Emballer le glaçon de telle sorte quil y ait le moins dair possible entre les couches de papier. Faire de même avec dautres glaçons et du papier construction, ciré, essuie-tout, journal et de la pellicule plastique. Noter vos observations dans votre carnet scientifique. -Placer un glaçon dans de la paille de papier. Noter vos observations dans votre carnet scientifique. Placer un glaçon dans du carton léger. Faire de même avec dautres -glaçons et du carton ondulé et du carton rigide. Noter vos observations dans votre carnet scientifique.
¾ Concepts scientifiques : -Un conducteur thermique est un solide qui favorise la propagation de la chaleur. -Par exemple, lorsqu'on chauffe un barreau métallique à l'une de ses extrémités, l'autre extrémité s'échauffe progressivement. Si l'on chauffe suffisamment longtemps, l'objet métallique aura la même température en tout point. La chaleur s'est propagée à partir de l'extrémité chauffée dans tout le reste du matériau. Le barreau métallique a "conduit"de la chaleur : cette propriété s'appelle la conduction thermique. -Si l'on arrête subitement de chauffer l'extrémité du barreau métallique, la température diminuera progressivement puis le barreau retrouvera sa température initiale, celle de l'air ambiant. -Un isolant thermique empêche complètement ou en partie la chaleur de se propager. Les isolants thermiques sont donc des matériaux qui conduisent mal la chaleur. -Par exemple, pour éviter la propagation de la chaleur par conduction dans les habitations, on utilise de la laine de verre. Ainsi on réalise une isolation thermique. Le bois, le liège, le plastique, l'air (présent entre les deux vitres d'un double vitrage) sont de bons isolants. -Le papier journal, surtout sil y a de lair entre quelques épaisseurs, est un mauvais conducteur de la chaleur, donc un bon isolant thermique. -Le papier daluminium, par exemple, est un bon conducteur de la chaleur, donc un mauvais isolant thermique. ¾ Sécurité : Éviter les dégâts deau. Activités de structuration ( 60 minutes) ¾ But : Amener les élèves à établir des liens entre certains matériaux et les concepts disolation et de conductibilité thermique. ¾ Titre et nature des activités : Lisolation et la conduction thermique ( mot croisé , écriture, exposé, observation) Rôle de lenseignant Rôle des élèves - Demander aux élèves de faire un mot -En équipe, les élèves font un mot croisé. (voir annexe) croisé. - Demander délaborer un réseau notionnel - En équipe, les élèves mettent à profit leurs à partir des mots clés suivants : chaleur, nouvelles connaissances pour élaborer le isolant thermique, conducteur réseau notionnel. thermique, transmission de chaleur, empêche, permet, matériaux, objets. Dire aux élèves quils peuvent se servir du mot croisé pour saider.
- Une fois le réseau notionnel élaboré, fournir un transparent et un crayon feutre - Transcrire le réseau notionnel sur un aux équipes. transparent et le présenter aux autres. - Par le questionnement, diriger les élèves - Enrichir, si nécessaire, leur réseau vers un réseau notionnel complet. notionnel et le transcrire dans leur carnet scientifique. ¾ Matériel : -carnet scientifique -transparent -projecteur -crayon feutre (à transparent) -papier et crayon -mot croisé ¾ Sécurité : Rien de particulier à signaler. Autres informations utiles ¾ Enrichissement : -Proposer aux élèves un autre problème : Comment certains solides conduisent-ils la chaleur mieux que dautres ? (ustensiles en acier, ustensiles en argent, morceaux de fer, morceaux daluminium, ustensiles en plastiques, baguettes en bois, morceaux de caoutchouc, quelques récipients, beurre ou margarine, chandelles, punaises, etc.) -Proposer aux élèves un autre problème : À quoi servent le duvet des oiseaux et la fourrure des animaux? -Proposer aux élèves dexpliquer comment les vêtements dhiver nous protègent du froid. -Proposer aux élèves de faire une recherche sur lisolation des bâtiments au Québec. -Découvrir les multiples usages des isolants dans la vie quotidienne. -Construire une petite glacière. ¾ Moyens dévaluer les apprentissages des élèves :
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-Grille dobservation : • Lenseignant dispose dune grille dobservation par équipe pour évaluer le travail coopératif. Cette grille comporte une échelle numérique. • Lenseignant dispose dune grille dobservation servant à évaluer, pour chaque élève, une composante de la compétence 3 : Utiliser des éléments du langage courant et du langage symbolique liés à la science et à la technologie. Grille dobservation pour évaluer le travail coopératif (une grille par équipe) Comportements à observer 0 1 2 3 1-L e s t des es membres de léquip e donnen rôles. 2-Tous les élèves contribuent à la tâche. 3-Léquipe fait la tâche demandée en respectant les consignes. 4-Léquipe démontre une attitude positive. Légende : 0=insatisfaisant; 1=passable; 2=bon; 3=excellent -Fiche dappréciation du carnet scientifique avec une échelle numérique : • Lenseignant évalue les compétences 1 et 3, soit Proposer des explications ou des solutions à des problèmes dordre scientifique ou technologique et Communiquer à laide des langages utilisés en science et en technologie. - Les critères dévaluation sont les suivants : Fiche dappréciation du carnet scientifique avec une échelle numérique (Évaluation des compétences 1 et 3) Critères dappréciation 0 1 2 3 Compétence 1 : Proposerdesexplicationsoudessolutionsàdesproblèmesdordrescientifiqueou technologique1-Lélève laisse des traces de ses tentatives. 2-Lélève écrit ses observations. 3-Lélève élabore des solutions pertinentes.
4-Lélève justifie ses solutions. Compétence 3 : Communiqueràlaidedeslangagesutilisésenscienceetentechnologie.1-Lélève utilise des termes propres aux sciences. 2-Le carnet est présenté de façon claire. 3-Lélève explique clairement les solutions. Légende : 0=insatisfaisant; 1=passable; 2=bon; 3=excellent -Autoévaluation de lélève par une grille dobservation avec une échelle numérique : • Lélève sévalue en vue daméliorer son autonomie. Les critères dévaluation sont les suivants : Autoévaluation de lélève Comportements Oui 1-Jai bien écouté les consignes. 2-Jai participé au travail déquipe. 3-Jai pris soin du matériel mis à ma disposition. 4-Jai présenté des solutions logiques dans mon carnet scientifique. 5-Mon carnet scientifique est propre. 6-Ma démarche est bien détaillée dans mon carnet scientifique. ¾ Bibliographie :
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-THOUIN, Marcel. Problèmes de sciences et de technologie pour le préscolaire et le primaire , Québec : Éditions MultiMondes, 1999, 429 pages THOUIN, Marcel. Enseigner les sciences et la technilogie au préscolaire et au -primaire , Québec : Éditions MultiMondes, 2004 -THOUIN, Marcel. Notions de culture scientifique et technologique , Québec : Éditions MultiMondes, 2001 -BEUGGER, Yore. Sciences en marche , Les Éditions de la Chenelière, Montréal, 1991, 370 pages -Y. LEROUX, Denis, RHÉAUME, Claude et Guylaine GOSSELIN. Science-tech (Guide pédagogique des cahiers dapprentissage) , Éditions HRW, 2004
¾ Glossaire : -Conducteur : Transmet la chaleur ou lélectricité. -Isolant : Qui soppose à la propagation du son de lélectricité ou de la chaleur. -Thermique : Qui a rapport à la chaleur, à lénergie calorifique. -Température : Mesure de la chaleur en degré Celcius ou en kelvins. -Thermomètre : Instrument qui mesure la température. -Chaleur : Forme dénergie qui élève la température, dilate, fait fondre ou décompose les corps.