Glaçon ! Une tournée

Dedans, dehors, sur le corps ou dans une boite… le froid est-il moins froid?

“Tu reviendras cette année faire les glaçons dans notre classe?”

Hors contexte, on pourrait s’imaginer devant le groupe d’enfants qui m’interpellent à la sortie de l’école que, sympa comme une porte de prison, je suis allée surveiller leur classe ou que sais-je? Non, non, ce n’est pas ça… Si on pouvait rajouter dans le texte l’intonation enthousiaste, vous comprendriez qu’ils m’invitent à renouveler l’expérience. Enfin, les expériences! Ils font référence à l’atelier scientifique que j’ai animé dans leur classe l’année dernière lorsqu’ils étaient en 2ème primaire. Oh! Rien de bien spécial, un sujet classique concernant les changements d’état liquide/solide et de l’approche des propriétés de ces états. Je vous livre les étapes de la démarche et quelques brides des réflexions enfantines suscitées par le sujet.

La manipulation libre

Partant du principe plusieurs fois vérifié, que l’enfant ne peut investir les projets de l’instit que s’il a épuisé ses propres idées à propos du matériel qu’on lui présente, nous avons prévu un temps, un lieu de manipulation libre. Au départ, les enfants sont répartis par groupe de six. Sur la table de chaque groupe, il y a des glaçons, des soucoupes pour déposer les glaçons, des récipients de différentes tailles qui peuvent contenir de l’eau, il y a un accès libre à l’évier où ils peuvent se procurer eau chaude ou froide; et le petit matériel habituel de la classe (cuillères, pailles, papier, chiffons,…).

Les enfants touchent les glaçons, les écrasent ou essaient de les casser, les mettent dans un récipient et tournent, le tiennent le plus longtemps possible dans la main, se le passent de main en main, l’emballent dans une serviette. Certains vont mettre leur réserve dehors pour ne pas qu’ils fondent. C’était une belle journée de mai, la température extérieure était identique à celle intérieure. Ils s’en rendent compte, ils veulent un thermomètre, ils comparent.

Et surtout, ils goutent les glaçons, tous essaient de les garder longtemps en bouche. Quand cela devient trop froid, ils le jettent dans l’évier.

Un défi

Trouver un ou plusieurs moyens pour faire fondre un glaçon le plus vite possible!

Après 1/2h, il y a une mise en commun. Chaque groupe devra proposer une ou plusieurs solutions.

Il y a d’abord un temps de discussion entre eux pour décider ce qu’ils vont faire. Ce moment est intéressant car il permet à l’enfant de différer son action et de rendre explicite son hypothèse implicite.

Durant cette période, mon rôle est de passer dans les groupes pour les demandes matérielles, je reste neutre par rapport à leurs propositions. S’il y a lieu, je fais expliciter ou je reformule afin que tous les membres du groupe comprennent l’idée émise. J’observe et détecte ça et là les préconceptions des enfants, je réfléchis aux obstacles sous-jacents, je repère les oppositions dans ce qu’ils expriment entre-eux. Je prends note de tout ça pour orienter la suite de la démarche.

Il y a d’abord les imprécisions prévisibles pour un groupe débutant en activité scientifique. Par exemple, l’utilité de l’expérience témoin. Dans un premier temps, les enfants se contentent en effet de tester leur idée sur un glaçon. L’impression que ça fond vite leur suffit comme résultat. Comprendre l’utilité de comparer à un témoin et de ne faire varier qu’un seul facteur à la fois, sera un objectif pour la suite de la démarche. Cette fois-ci, je voulais vérifier si certains enfants de cet âge arriveraient seuls à la conclusion de la nécessité du témoin lors de leur investigation, je ne suis pas intervenue sur ce sujet jusqu’à la mise en commun. Pour gagner un peu de temps, il y a moyen de traiter de cette utilité avant qu’ils n’entament l’expérience tout simplement en posant la question: “Et comment pourra-t-on savoir que le glaçon dans l’eau fond plus vite que si on ne l’y avait pas mis?

Dans un groupe, les enfants proposent de faire fondre le glaçon dans l’eau chaude. Un enfant rétorque: dans l’eau froide, il fond aussi. Les autres ne sont pas d’accord, l’eau froide c’est froid donc un glaçon n’y fond pas!

Cette manière de voir est intéressante, elle correspond à un obstacle fréquent en sciences: le fonctionnement spontané dual de la pensée. C’est-à-dire: c’est froid ou c’est chaud. Imaginer le plus ou moins froid, le plus ou moins chaud est difficile. L’eau froide du robinet, le glaçon froid, le frigo froid: même affaire! Je note. Je n’avais pas prévu cette manière de voir. C’est une opposition d’idées intéressante à exploiter pour tous dans la suite et concevoir une expérience pour confirmer ou infirmer est à leur portée.

Dans un groupe, ils veulent de la laine! Là j’avais prévu le coup… “Dans le sac de matériel il y a un pull, ça ira?” Ils sont satisfaits. Leur idée? Le glaçon emballé dans le pull aura chaud et va fondre plus vite. Pour eux, un pull donne de la chaleur. Bien entendu, la notion d’isolation thermique n’est pas encore dans leur registre. Étonnement de tous quand ce jour-là, après la récré, le glaçon dans le pull est toujours là alors que tous les autres ont fondu!

Un enfant me demande une boite qui ferme. Je lui donne un genre boite à tartine. Il dit que c’est trop grand. On trouve une petite boite de pellicule photo. C’est ce qu’il faut. Pour lui, s’il met le glaçon dans la boite, il n’aura plus d’air, il va étouffer! Je pense en souriant intérieurement que voilà un beau cas de pensée animiste persistante qui ferait l’affaire des pédagogues “piagétiens”, mais surtout que la découverte du glaçon fondu ne perturbera en rien sa jolie représentation des choses. Pour lui, comme d’autres qui se révéleront plus tard dans la séquence, il semble important de revivre des choses à propos de vivant/non-vivant. Le titulaire de la classe en prend bonne note.

Chaque groupe présente les propositions

C’est le moment d’aborder la nécessité de l’expérience témoin, de trouver un moyen de mesure. De planifier la suite, de répartir le travail dans les groupes. Chaque groupe testera un des facteurs proposés avec témoin et chrono.

Lors de ce premier compte rendu, ils disent qu’ils ont vu que le glaçon fond plus vite s’ils poussent dessus, s’ils le mettent en bouche, s’ils le cassent en petits morceaux, s’ils le mettent dans l’eau chaude, s’ils le déposent dehors au soleil en tenant une loupe, s’ils le laissent dans la boite!, s’ils le tiennent au-dessus de la flamme d’une bougie… Un enfant se demande si avec l’eau fondue, il peut refaire un glaçon. Il dit que ça ne devrait pas marcher parce que l’eau maintenant n’est plus rangée. C’est amusant le rangement comme interprétation. Comme si cet enfant avait déjà une idée intuitive de l’entropie des systèmes.

Faudra que j’aille me replonger dans un livre de thermodynamique des fluides pour discuter de cette histoire de rangement. En attendant, je lui propose d’essayer pour avoir une réponse et de bien nous dire comment il a procédé.

Aucun n’a proposé de comparer à un témoin. Pourtant dès qu’on aborde le sujet, “comment peut-on savoir si le moyen de Xavier (eau chaude) convient mieux que le moyen de John (pousser dessus avec sa main)?”, l’idée de comparer arrive vite à leur esprit. Un enfant propose de mesurer le temps comme ça on pourra comparer toutes les actions d’un groupe à l’autre. Tous sont d’accord. Ils ont aussi envie d’essayer les chronos. Et c’est reparti.

Une synthèse

La séquence se terminera par une mise en commun et note de l’expérience réalisée et des résultats obtenus au cahier de sciences.

On aura abordé pas mal de notions: l’état liquide et solide de l’eau, la notion de changement d’état, la réversibilité des changements d’état de la matière, l’influence de la chaleur, de la pression, de la surface d’échange, la notion d’isolant thermique. Nous avons réalisé et testé un gradient de température de l’eau. Les enfants se corrigent et ne disent plus c’est chaud ou c’est froid mais c’est plus chaud que ou c’est moins chaud que. Tout cela est noté en respectant le niveau de formulation de l’enfant. Les résultats sont synthétisés avec une prudence qui s’impose: “Aujourd’hui, le 15 mai 2002, la classe de deuxième année a conclu que…

Beaucoup de questions sont notées pour une exploitation future.

Leur avis sur la séquence

Nous avons demandé aux enfants leur réaction par rapport à l’activité qu’ils avaient vécue.

Quelques conflits entre membres d’un groupe s’expriment. Certains auraient voulu aussi tenir le chrono, d’autres avaient encore des idées à tester. Tous veulent refaire des expériences car on apprend des choses et on s’amuse. D’autres reparlent du glaçon dans le pull qui fond moins vite.

Nous avons aussi épinglé la réaction suivante qui nous a laissés perplexes:

Moi ce qui m’étonne, c’est que quand il y a le feu, les pompiers mettent de l’eau et là c’est l’eau qui est plus forte que le feu. Et ici, c’est le feu (cfr flamme de la bougie) qui est plus fort puisqu’il fait fondre le glaçon

Cet enfant a vécu quelques mois auparavant l’incendie de la grange mitoyenne à sa maison. La force des éléments, il connait!

Je n’avais jamais vu les choses comme ça! Et je me demande toujours si cette conclusion en est une.