Identifier les trois états de la matière et observer des changements d’états





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date de publication09.02.2017
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Inscription du cycle 3 dans la scolarité de l’élève à l’école et au collège.

CYCLE 2-Questionner le monde

CYCLE 3 –Sciences et technologie

CYCLE 4-Physique-Cimie

Thème 1-Questionner le monde du vivant, de la matière et des objets

1-Qu’est-ce que la matière ?

Attendus de fin de cycle :

  • 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.



Connaissances et compétences associées

Exples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève.

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.

» Quelques propriétés des solides, des liquides et des gaz.

» Les changements d’états de la matière, notamment solidification, condensation et fusion.

» Les états de l’eau (liquide, glace, vapeur d’eau).

» Existence, effet et quelques propriétés de l’air (matérialité et compressibilité de l’air).

Observer des processus de solidification et de fusion de l’eau.

Relier des états liquide et solide de l’eau dans la nature en relation avec certains phénomènes météorologiques observés (nuages, pluie, neige, grêle, glace).

Mettre en mouvement différents objets avec le vent pour prendre conscience de l’existence de l’air.

Mettre en œuvre des dispositifs simples (seringues, ballons, pompes à vélo, récipients de formes variées, etc .) visant à éprouver la matérialité de l’air .

2-Comment reconnaitre le monde vivant ?

3-Les objets techniques. Qu’est ce que c’est ? A quels besoins répondent –ils ? Comment fonctionnent-ils ?

Attendus de fin de cycle :

  • Comprendre la fonction et le fonctionnement d’objets fabriqués.

  • Réaliser quelques objets et circuits électriques simples, en respectant des règles élémentaires de sécurité.

  • Commencer à s’approprier un environnement numérique.

Identifier les propriétés de la matière vis-à-vis du courant électrique.

Différencier des objets selon qu’ils sont alimentés avec des piles ou avec le courant du secteur.

» Constituants et fonctionnement d’un circuit électrique simple.

» Exemples de bon conducteurs et d’isolants .

» Rôle de l’interrupteur

» Règles élémentaires de sécurité .

Réaliser des montages permettant de différencier des matériaux en deux catégories : bons conducteurs et isolants.




Thème 1-Matière, mouvement, énergie, information.

Attendus de fin de cycle 

  • Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.

Connaissances et compétences associées

Exples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève

Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière.

» Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes…

» L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température.

» Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple: densité, solubilité, élasticité…)

» La matière à grande échelle : Terre, planètes, univers

» La masse mesure une quantité de matière. Identifier à partir de ressources documentaires les différents constituants d’un mélange.

Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants d’un mélange.

» Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de la matière (changements, d’états, mélanges, dissolution)

» La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux), résultat d’un mélange de différents constituants (oxygène, hydrogène, azote, carbone, métaux…)

Observer la diversité de la matière, à différentes échelles, dans la nature et dans la vie courante (matière inerte –naturelle ou fabriquée-, matière vivante).

La distinction entre différents matériaux peut se faire à partir de leurs propriétés physiques (par exemple : densité, conductivité thermique ou électrique, magnétisme, solubilité dans l’eau, miscibilité avec l’eau…) ou de leurs caractéristiques (matériaux bruts, conditions de mise en forme, procédés, …)

L’utilisation de la loupe et du microscope permet : l’observation de structures géométriques de cristaux naturels et de cellules.

Des activités de séparation de constituants peuvent être conduites : décantation, filtration, évaporation.

Observation qualitative d’effets à distances (aimants, électricité statique).

Richesse et diversité des usages possibles de la matière: se déplacer, se nourrir, construire, se vêtir, faire une œuvre d’art.

Le domaine du tri et du recyclage des matériaux est un support d’activité à privilégier.

Les mélanges gazeux pourront être abordés à partir du cas de l’air.

L’eau et les solutions aqueuses courantes (eau minérale, eau du robinet, boissons, mélanges issus de dissolution d’espèces solides ou gazeuses dans l’eau…) représentent un champ d’expérimentation très riche. Détachants, dissolvants, produits domestiques permettent d’aborder d’autres mélanges et d’introduire la notion de mélange de constituants pouvant conduire à une réaction (transformation chimique).

Informer l’élève du danger de mélanger des produits domestiques sans s’informer.



  • Observer et décrire différents types de mouvements

Décrire un mouvement et identifier les différences entre mouvements circulaire ou rectiligne.

» Mouvement d’un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres de grandeur).

» Exemples de mouvements simples : rectiligne, circulaire.

Élaborer et mettre en œuvre un protocole pour appréhender la notion de mouvement et de mesure de la valeur de la vitesse d’un objet. Connaitre quelques unités de vitesse usuelles

» Mouvements dont la valeur de la vitesse

(module) est constante ou variable (accélération, décélération) dans un mouvement rectiligne.

L’élève part d’une situation où il est acteur qui observe (en courant, faisant du vélo, passager d’un train ou d’un avion), à celles où il n’est qu’observateur

(des observations faites dans la cour de récréation ou lors d’une expérimentation en classe, jusqu’à l’observation du ciel -mouvement des planètes et des satellites artificiels à partir de données fournies par des logiciels de simulation-).

L’élève décrit le mouvement d’un objet, sa vitesse et sa variation éventuelle, et s’interroge sur les causes de ce mouvement.



  • Identifier différentes sources d’énergie et connaitre quelques conversions d’énergie 

Identifier des sources d’énergie et des formes.

» L’énergie existe sous différentes formes (énergie associée au mouvement, énergie thermique, électrique…).

» L’énergie se conserve même si elle se transforme d’une forme dans une autre.

» Énergie associée à un objet en mouvement.

» Notion de chute des corps sous l’effet de la gravitation.

Prendre conscience que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer…

Reconnaitre les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée. La fabrication et le fonctionnement d’un objet technique nécessitent de l’énergie.

» Exemples de sources d’énergie utilisés par les êtres humains : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, eau et barrage, pile,…

» Notion d’énergie renouvelable.

» Identifier quelques éléments d’une chaine d’énergie domestique simple.

» Quelques dispositifs visant à économiser la consommation d’énergie.

L’énergie associée à un objet en mouvement apparait comme une forme d’énergie facile à percevoir par l’élève, et comme pouvant se convertir en énergie thermique.

Le professeur peut privilégier la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux analysés sous leurs aspects énergétiques : éolienne, circuit électrique simple, dispositif de freinage, moulin à eau, objet technique…

On prend appui sur des exemples simples (vélo qui freine, objets du quotidien, l’Homme lui-même) en introduisant les formes d’énergie mobilisées et les différentes consommations (par exemple : énergie thermique, énergie associée au mouvement d’un objet, énergie électrique, énergie associée à une réaction chimique, énergie lumineuse…).

Exemples de consommation domestique

(chauffage, lumière, ordinateur, transports)



  • Identifier un signal et une information

Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux, radio…).

» Nature d’un signal, nature d’une information, dans une application simple de la vie courante

Introduire de façon simple la notion de signal et d’information en utilisant des situations de la vie courante : feux de circulation, voyant de charge d’un appareil, alarme sonore, téléphone… Élément minimum d’information (oui/non) et représentation par 0,1.



Thème 1-Organisation et transformation de la matière

Attendus de fin de cycle 

  • Décrire la constitution et les états de la matière

Connaissances et compétences associées

Exples de situations, d’activités et de ressources pour l’élève

Caractériser les différents états de la matière

(solide, liquide et gaz).

Proposer et mettre en oeuvre un protocole

expérimental pour étudier les propriétés des

changements d’état.

Caractériser les différents changements d’état

d’un corps pur.

Interpréter les changements d’état au niveau

microscopique.

Proposer et mettre en oeuvre un protocole

expérimental pour déterminer une masse

volumique d’un liquide ou d’un solide.

Exploiter des mesures de masse volumique pour

différencier des espèces chimiques.

»» Espèce chimique et mélange.

»»Notion de corps pur.

»»Changements d’états de la matière.

»»Conservation de la masse, variation du

volume, température de changement d’état.

»»Masse volumique : Relation m = .V

Dans la continuité du cycle 2 au cours duquel

l’élève s’est initié les différents états de la matière,

ce thème a pour but de lui faire découvrir la

nature microscopique de la matière et le passage

de l’état physique aux constituants chimiques.

Mise en oeuvre d’expériences simples montrant la

conservation de la masse (mais non conservation

du volume) d’une substance lors d’un

changement d’état.

Si l’eau est le principal support expérimental

sans en exclure d’autres – pour l’étude des

changements d’état, on pourra exploiter des

données pour connaître l’état d’un corps dans

un contexte fixé et exploiter la température de

changement d’état pour identifier des corps purs.

L’étude expérimentale sera l’occasion de mettre

l’accent sur les transferts d’énergie lors des

changements d’état.

L’intérêt de la masse volumique est présenté

pour mesurer un volume ou une masse quand

on connaît l’autre grandeur mais aussi pour

distinguer différents matériaux. Un travail

avec les mathématiques sur les relations de

proportionnalité et les grandeurs-quotients peut

être proposé.

Concevoir et réaliser des expériences pour

caractériser des mélanges.

Estimer expérimentalement une valeur de

solubilité dans l’eau.

»» Solubilité.

»»Miscibilité.

»»Composition de l’air.

Ces études seront l’occasion d’aborder la

dissolution de gaz dans l’eau au regard

de problématiques liées à la santé et

l’environnement.

Ces études peuvent prendre appui ou illustrer

les différentes méthodes de traitement des eaux

(purification, désalinisation…).



  • Décrire et expliquer les transformations chimiques

Mettre en oeuvre des tests caractéristiques

d’espèces chimiques à partir d’une banque

fournie.

Identifier expérimentalement une transformation

chimique.

Distinguer transformation chimique et mélange,

transformation chimique et transformation

physique.

Interpréter une transformation chimique comme

une redistribution des atomes.

Utiliser une équation de réaction chimique

fournie pour décrire une transformation

chimique observée.

»»Notions de molécules, atomes, ions.

»»Conservation de la masse lors d’une

transformation chimique.

Associer leurs symboles aux éléments à l’aide de

la classification périodique.

Interpréter une formule chimique en termes

atomiques.

»»Dioxygène, dihydrogène, diazote, eau,

dioxyde de carbone.

Cette partie prendra appui sur des activités

expérimentales mettant en oeuvre différent types

de transformations chimiques : combustions,

réactions acide-base, réactions acides-métaux.

Utilisation du tableau périodique pour retrouver,

à partir du nom de l’élément, le symbole et le

numéro atomique et réciproquement.

Propriétés acidobasiques

Identifier le caractère acide ou basique d’une

solution par mesure de pH.

Associer le caractère acide ou basique à la

présence d’ions H+ et OH-.

»» Ions H+ et OH-.

»»Mesure du pH.

»»Réactions entre solutions acides et basiques.

»»Réactions entre solutions acides et métaux.

Ces différentes transformations chimiques

peuvent servir de support pour introduire ou

exploiter la notion de transformation chimique

dans des contextes variés (vie quotidienne,

vivant, industrie, santé, environnement).

La pratique expérimentale et les exemples de

transformations abordées sont l’occasion de

travailler sur les problématiques liées à la sécurité

et à l’environnement.



  • Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers

Décrire la structure de l’Univers et du système

solaire.

Aborder les différentes unités de distance et

savoir les convertir : du kilomètre à l’année lumière.

»»Galaxies, évolution de l’Univers, formation

du système solaire, âges géologiques.

»»Ordres de grandeur des distances

astronomiques.

Connaitre et comprendre l’origine de la matière

Comprendre que la matière observable est

partout de même nature et obéit aux mêmes lois.

»» La matière constituant la Terre et les étoiles.

»» Les éléments sur Terre et dans l’univers

(hydrogène, hélium, éléments lourds :

oxygène, carbone, fer, silicium…).

»»Constituants de l’atome, structure interne

d’un noyau atomique (nucléons : protons,

neutrons), électrons.

Ce thème fait prendre conscience à l’élève que

l’Univers a été différent dans le passé, qu’il

évolue dans sa composition, ses échelles et son

organisation que le système solaire et la Terre

participent de cette évolution.

L’élève réalise qu’il y a une continuité entre

l’infiniment petit et l’infiniment grand et

que l’échelle humaine se situe entre ces deux

extrêmes.

Pour la formation de l’élève, c’est l’occasion

de travailler sur des ressources en ligne et sur

l’identification de sources d’informations fiables.

Cette thématique peut être aussi l’occasion d’une

ouverture vers la recherche, les observatoires et la

nature des travaux menés grâce aux satellites et

aux sondes spatiales.



Thème 2-Questionner l’espace et le temps

1-Se situer dans l’espace

Attendus fin de cycle

  • Se repérer dans l’espace et le représenter.

  • Situer un lieu sur une carte, un globe, ou sur un écran informatique

Savoir que la Terre fait partie d’un univers très vaste composé de différents types d’astres.» De l’espace connu à l’espace lointain :

la Terre et les astres (la Lune, le Soleil, …)

Cartes du système solaire ; repérage de la position de la Terre par rapport au Soleil.

Saisons, lunaisons, à l’aide de modèles réduits (boules éclairées).


2-Se situer dans le temps

Attendus fin de cycle

  • Se repérer dans le temps et mesurer des durées.

  • Repérer et situer quelques évènements dans un temps long

Identifier les rythmes cycliques du temps.

Lire l’heure et les dates.

» L’alternance jour/nuit.

» Le caractère cyclique des jours, des semaines, des mois, des saisons.

» La journée est divisée en heures.

» La semaine est divisée en jours.

Comparer, estimer, mesurer des durées.

» Unités de mesure usuelles de durées: jour, semaine, heure, minute, seconde, mois, année, siècle, millénaire .

» Relations entre ces unités.

Ce travail est mené en lien avec les mathématiques. Utiliser un sablier, des horloges et des montres à aiguilles et à affichage digital, un chronomètre.



Thème 2-Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent.

Thème 2-Mouvement et interaction

Attendus de fin de cycle :

  • Caractériser un mouvement

    Caractériser le mouvement d’un objet.

    Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée

    dans le cas d’un mouvement uniforme.

    »»Vitesse : direction, sens et valeur.

    »»Mouvements rectilignes et circulaires.

    »»Mouvements uniformes et mouvements dont

    la vitesse varie au cours du temps en direction

    ou en valeur.

    »»Relativité du mouvement dans des cas

    simples.

    L’ensemble des notions de cette partie peut être

    abordé à partir d’expériences simples réalisables

    en classe, de la vie courante ou de documents

    numériques.

    Utiliser des animations des trajectoires des

    planètes, qu’on peut considérer dans un

    premier modèle simplifié comme circulaires et

    parcourues à vitesse constante.

    Comprendre la relativité des mouvements dans

    des cas simples (train qui démarre le long d’un

    quai) et appréhender la notion d’observateur

    immobile ou en mouvement.


  • Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur.

Identifier les interactions mises en jeu (de contact

ou à distance) et les modéliser par des forces.

Associer la notion d’interaction à la notion de

force.

Exploiter l’expression littérale scalaire de la loi de

gravitation universelle, la loi étant fournie.

»»Action de contact et action à distance.

»» Force : point d’application, direction, sens et

valeur.

»» Force de pesanteur et son expression P=mg.

L’étude mécanique d’un système peut être

l’occasion d’utiliser les diagrammes objet interaction.

Expérimenter des situations d’équilibre statique

(balance, ressort, force musculaire).

Expérimenter la persistance du mouvement

rectiligne uniforme en l’absence d’interaction

(frottement).

Expérimenter des actions produisant un

mouvement (fusée, moteur à réaction).

Pesanteur sur Terre et sur la Lune, différence

entre poids et masse (unités). L’impesanteur n’est

abordée que qualitativement.



Thème 3-Explorer les organisations du monde

Thème 3-Matériaux et objets techniques

Thème 3-L’énergie et ses conversions

Attendus de fin de cycles :

  • Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie.

  • Utiliser la conservation de l’énergie

Identifier les différentes formes d’énergie.

»»Cinétique (relation Ec = ½ mv2), potentielle

(dépendant de la position), thermique,

électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.

Identifier les sources, les transferts et les

conversions d’énergie.

Établir un bilan énergétique pour un système

simple.

»» Sources.

»»Transferts.

»»Conversion d’un type d’énergie en un autre

»»Conservation de l’énergie.

»»Unités d’énergie.

Utiliser la relation liant puissance, énergie

et durée.

»»Notion de puissance

Les supports d’enseignement gagnent à relever de

systèmes ou de situations de la vie courante

Les activités proposées permettent de souligner

que toutes les formes d’énergie ne sont pas

équivalentes ni également utilisables.

Ce thème permet d’aborder un vocabulaire

scientifique visant à clarifier les termes souvent

rencontrés dans la vie courante : chaleur,

production, pertes, consommation, gaspillage,

économie d’énergie, énergies renouvelables.

  • Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité

Élaborer et mettre en oeuvre un protocole

expérimental simple visant à réaliser un circuit

électrique répondant à un cahier des charges

simple ou à vérifier une loi de l’électricité.

Exploiter les lois de l’électricité.

»»Dipôles en série, dipôles en dérivation.

»» L’intensité du courant électrique est la même

en tout point d’un circuit qui ne compte que

des dipôles en série.

»» Loi d’additivité des tensions (circuit à une

seule maille).

»» Loi d’additivité des intensités (circuit à deux

mailles).

»»Relation tension-courant : loi d’Ohm.

»» Loi d’unicité des tensions.

Mettre en relation les lois de l’électricité et les

règles de sécurité dans ce domaine.

Conduire un calcul de consommation d’énergie

électrique relatif à une situation de la vie

courante.

»» Puissance électrique P= U.I.

»»Relation liant l’énergie, la puissance électrique

et la durée.

Les exemples de circuits électriques privilégient

les dispositifs rencontrés dans la vie courante :

automobile, appareils portatifs, installations et

appareils domestiques.

Les activités proposées permettent de sensibiliser

les élèves aux économies d’énergie pour

développer des comportements responsables et

citoyens.





Thème 4-La planète Terre, l’action humaine sur son environnement.

Attendus de fin de cycle :

  • Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre.

Situer la Terre dans le système solaire. Caractériser les conditions de vie sur Terre (température, présence d’eau liquide).

» Le Soleil, les planètes, les exoplanètes.

» Position de la Terre dans le système solaire.

» Histoire de la Terre et développement de la vie.

Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons).

» Les mouvements de la Terre sur elle-même et autour du Soleil.

» Représentations géométriques de l’espace et des astres (cercle, sphère)






Thème 4-Des signaux pour observer et communiquer.

Attendus fin de cycles :

  • Caractériser différents types de signaux (lumineux, sonores, radio….)

  • Utiliser les propriétés de ces signaux.

Signaux lumineux

Distinguer une source primaire (objet lumineux)

d’un objet diffusant.

Exploiter expérimentalement la propagation

rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle

du rayon lumineux.

Utiliser l’unité « année lumière » comme unité de

distance.

»» Lumière : sources, propagation, vitesse de

propagation, année lumière.

»»Modèle du rayon lumineux.

L’exploitation de la propagation rectiligne de

la lumière dans le vide et le modèle du rayon

lumineux peut conduire à travailler sur les

ombres, la réflexion et des mesures de distance.

Les activités proposées permettent de sensibiliser

les élèves aux risques d’emploi des sources

lumineuses (laser par exemple).

Les élèves découvrent différents types de

rayonnements (lumière visible, ondes radio,

rayons X …)

Signaux sonores

Décrire les conditions de propagation d’un son.

Relier la distance parcourue par un son à la durée

de propagation.

»»Vitesse de propagation.

»»Notion de fréquence : sons audibles,

infrasons et ultrasons.

Les exemples abordés privilégient les

phénomènes naturels et les dispositifs concrets :

tonnerre, sonar...

Les activités proposées permettent de sensibiliser

les élèves aux risques auditifs.

Signal et information

»»Comprendre que l’utilisation du son et de la

lumière permet d’émettre, de transporter un

signal donc une information.






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