3. Travail d’investigation sur les transformations irréversibles
Ici, nous consolidons l’acquis des deux premières activités en étudiant de quelles façons la matière peut être transformée. En sciences, il y a deux types de transformations auxquelles les élèves doivent s’intéresser :
- les transformations réversibles – appelées transformations physiques ;
- les transformations irréversibles (transformations qui ne peuvent être inversées aisément) – appelées transformations chimiques.
La cire qui fond sous l’effet de la chaleur et se solidifie à nouveau subit une transformation physique. On peut retrouver le sucre dissous si l’on fait évaporer le liquide, il s’agit également d’une transformation physique. (La Ressource 4 : La course au glaçon qui disparaîtdonne un exemple d’activité illustrant une transformation physique.) Mais le verre ne peut aisément redevenir du sable –, – il s’agit donc d’une transformation chimique. L’Étude de cas 3 montre comment on peut inciter les élèves à réfléchir aux transformations chimiques à travers une série de démonstrations guidées. (Voir la Ressource clé : Utiliser l'explication et la démonstration pour favoriser l'apprentissage [Astuce : maintenez la touche Ctrl enfoncée et cliquez sur un lien pour l’ouvrir dans un nouvel onglet (Masquer l’astuce)] .) Lorsque le fer et l’acier rouillent (transformation chimique), le métal perd sa forme et sa force. Dans l’Activité clé, vous proposez un concours à vos élèves qui les forcera à réfléchir à la manière dont ils pourront ralentir cette transformation chimique.
Étude de cas 3: Démonstration des transformations irréversibles
M. Djonda est un enseignant bénévole non qualifié qui enseigne dans l’école de son village. Il pense que l’apprentissage scolaire doit être à la fois sérieux et ludique. Pour aborder la problématique des transformations irréversibles, il a préparé une série d’activités.
Tout d’abord, il démontre ce qui se passe quand un petit cube de pain au bout d’un fil de fer est réduit en cendres au-dessus d’une flamme. Il demande à ses élèves d’observer avec attention. À la fin, le pain est suffisamment sec pour s’enflammer et brûler. Il demande alors: « A quel moment est-ce que ça a cessé d’être du pain ? » « D’après vous, que s’est-il passé ? » « Quelle substance solide allons-nous obtenir si nous broyons ce qui reste pour en faire une poudre ? » Certains des élèves ont déjà entendu parler du carbone et M. Djonda explique que c’est effectivement ce qui va rester. Il brûle un petit morceau de bois et montre que cela aussi laisse du carbone. Il écoute attentivement leurs réponses et encourage les questions basées sur leurs observations. De cette manière, il voit ce qu’ils ont appris et leur façon de raisonner.
Ensuite, il leur montre une transformation chimique plus évidente. Il mélange de la poudre d’acide tartrique et du bicarbonate de soude et montre qu’aucune transformation ne se produit. Puis il ajoute de l’eau et leur demande d’observer. Cela déclenche de nombreuses questions. Pourquoi tous ces crépitements et toutes ces bulles ? Qu’est-ce qu’il y a dans les bulles ? Quel est le gaz qui s’échappe ? Est-ce que les substances ont changé ? Si nous faisions évaporer l’eau, qu’est-ce que l’on obtiendrait ? Il explique comment les nouvelles substances ont été produites. Pour plus de détails, voir la Ressource 5 : Molécules et atomes.
M. Djonda finit la leçon en demandant à chacun de ses élèves de trouver trois exemples de transformation chimique pour la leçon du lendemain. Il est très satisfait des exemples qu’ils ont donnés – certains des élèves ont même apporté les matériaux prouvant leurs transformations.
Activité clé : Démonstration d’une transformation irréversible
Montrez à vos élèves des objets en métal qui ont rouillé. Posez-leur les questions suivantes: Où ont-ils vu de la rouille ? Qu’est-ce qui fait rouiller l’acier ou le fer ? De quel type de transformation s’agit-il ? Dites-leur que leur défi est de trouver comment empêcher le fer de rouiller.
Divisez votre classe en groupes. Donnez à chacun des groupes deux clous en fer (ou d’autres petits bouts de fer) et demandez-leur de nettoyer les clous avec du papier verre.
Puis demandez-leur de réfléchir à la manière dont ils vont protéger le fer contre la rouille. Ils doivent préparer leur expérience ; ce qu’ils vont faire, le matériel dont ils ont besoin et émettre des hypothèses. Pour quelles raisons leur a t-on donné deux clous ?
Le lendemain, demandez aux groupes de mettre en œuvre leur expérience. Vous devez prévoir des plages horaires pendant lesquelles ils feront leurs observations dans les semaines à venir. Après quelques semaines, demandez à chaque groupe de faire un compte-rendu de ses recherches. La méthode qu’ils ont utilisée a-t-elle fonctionnée ? Pour quels types d’applications pourrait-on l’utiliser ?
2. Mener une investigation sur les propriétés des solides en groupes