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Les Mathématiques, Les sciences et la technologie

La présente section suggère diverses expériences scientifiques à effectuer en classe. Pour favoriser l’acquisition de bonnes habitudes scientifiques, il est bon d’introduire une certaine structure pour l’exécution des expériences. Voici une brève description de la méthode scientifique qui constitue un bon modèle pour l’exécution adéquate d’expériences; elle encourage la résolution de problèmes, ainsi que la notation et l’analyse soigneuses des résultats expérimentaux. (Ces étapes ne doivent pas nécessairement être exécutées par écrit; elles peuvent se faire oralement dans le cas de jeunes élèves.)

Avant chaque expérience, les élèves doivent formuler une question précise à laquelle ils (elles) se proposent de répondre à l’aide de l’expérience. S’il y a lieu, ils doivent d’abord chercher de l’information relative à la question. Puis, ils doivent formuler une hypothèse sur ce qu’ils s’attendent à voir et décider d’une méthode à suivre pour répondre à la question initiale. Ils peuvent écrire leurs idées ou en discuter avec leurs camarades de classe. Demander aux élèves d’inscrire soigneusement leurs observations tout au long de l’expérience (l’utilisation d’un tableau à remplir est une bonne idée). Les élèves peuvent ensuite tirer des conclusions en s’appuyant sur les résultats obtenus. Finalement, on tient une discussion en classe pour partager les résultats.

Le premier exercice est une bonne façon de familiariser les élèves avec la méthode scientifique.

Explorer le monde à l’aide de la méthode scientifique

• En classe, résoudre une énigme en se servant de la méthode scientifique décrite ci-dessus : Les élèves doivent trouver des indices, faire des prédictions, vérifier des hypothèses, effectuer des expériences, observer et formuler des conclusions. Par exemple, on peut présenter à la classe un verre de Kool-Aid au goût salé, une traînée de sel ou de sucre près de l’évier et un chapeau laissé à proximité par une personne. Les élèves doivent mener l’enquête : Qui a fait cela? Où les ingrédients étaient-ils entreposés? Était-ce volontaire ou accidentel?
• Voici une autre expérience qui aidera les élèves à se familiariser avec la méthode scientifique : Dans un contenant transparent, verser une quantité égale d’eau et de vinaigre (100 ml de chaque substance). Ajouter quelques raisons secs au contenu du bocal. Inscrire ce qui se passe. Maintenant, ajouter 15 ml de bicarbonate de soude et inscrire des observations alors qu’on examine le contenu du bocal pendant plusieurs minutes. Répéter l’expérience en remplaçant les raisins secs par du maïs soufflé ou des arachides, et comparer les résultats. Au moment où on mélange le bicarbonate de soude et le vinaigre, des bulles font flotter les raisins secs à la surface; ce sont des bulles de gaz carbonique produites par la réaction entre l’acide acétique (vinaigre) et le bicarbonate de soude (soda à pâte). Une fois qu’un raisin sec monte à la surface du liquide, les bulles de gaz carbonique s’échappent de la solution et le raisin sec retombe jusqu’à ce qu’une plus grande quantité de gaz carbonique se forme à la surface.

Pour continuer à étudier le gaz carbonique, ajouter environ 35 ml de bicarbonate de soude dans le bocal. (Bien vérifier que le contenant est assez grand pour que la solution n’atteigne pas le bord). Après avoir laissé la réaction se dérouler pendant quelques minutes, on constate qu’une couche de gaz carbonique s’est formée à la surface du liquide. Elle ne se mélange pas à l’air de la pièce parce que le gaz carbonique est plus lourd que l’air. Pour prouver la présence de gaz carbonique, pencher légèrement le contenant au-dessus d’une bougie allumée. La flamme devrait s’éteindre. Faire bien attention de ne pas verser de liquide sur la flamme; il s’agit seulement de laisser s’échapper la couche de gaz déposée à la surface du liquide. La flamme s’éteint parce que la bougie a besoin d’oxygène pour brûler. Une fois que le gaz carbonique éteint la bougie, il n’y a plus assez d’oxygène pour alimenter la flamme.

Chimie avec des objets de la cuisine

• Demander aux élèves d’apporter un article de leurs cuisines (nourriture, papier essuie-tout, ficelle, etc.). Faire des expériences en classe pour vérifier la présence d’amidon dans ces articles. Pour ce faire, laisser tomber quelques gouttes d’iode sur la surface de la nourriture ou du papier. Si l’iode produit une couleur bleue-noire ou brune, l’objet contient de l’amidon. On peut acheter l’iode en pharmacie; demander de la « teinture d’iode rouge ». Si possible, faire l’expérience sur des bananes à différents degrés de maturité. À mesure qu’une banane mûrit, l’amidon qu’elle contient se transforme graduellement en sucre. Par conséquent, l’iode donne des résultats différents selon qu’on utilise une banane mûre ou une banane verte. Cela vaut la peine d’essayer!

Pensées électrisantes

• En classe, vérifier la conductivité électrique de divers objets ou matières. Essayer avec des cailloux, une cuillère, la mine de graphite d’un crayon, un crayon de cire, un aimant ou un verre d’eau du robinet. Noter que l’eau distillée (pure) ne conduit pas l’électricité, mais que l’eau du robinet contenant des impuretés la conduit. Un moyen simple de vérifier la conductivité électrique consiste à monter un circuit simple : Fixer un fil électrique isolé à une petite ampoule et relier l’autre extrémité du fil à une pile. Relier une extrémité d’un deuxième fil électrique à la pile, puis l’extrémité d’un troisième fil à l’ampoule. Pour vérifier le bon fonctionnement du circuit, faire se toucher les extrémités libres des deux fils afin de s’assurer que le courant passe dans le circuit et que l’ampoule s’allume. Puis, toucher l’objet à l’étude avec les extrémités libres des deux fils, afin de fermer le circuit. Si l’ampoule s’allume -- même faiblement -- l’objet conduit l’électricité. Dans le cas contraire, l’objet est isolant. Parmi les conducteurs, certains objets produisent une lumière plus vive que d’autres. Cela permettra aux élèves de décider quel objet conduit le mieux l’électricité.

Un petit tour du côté de la science

• Les expériences pratiques avec les gyroscopes constituent un bon moyen d’aider les élèves à comprendre le mouvement de rotation. Demander aux élèves de faire tourner des toupies sur une surface vaste, dure et plane comme le plancher du gymnase. Les élèves doivent faire tourner les toupies et observer ce qui se passe quand ils (elles) les poussent dans certaines directions. Ils peuvent essayer d’appliquer de la force aux toupies placées à différentes hauteurs du sol, afin de voir l’effet que cela produit sur leur mouvement. Tout cela peut être relié aux principes gyroscopiques (comme la précession et inertie gyroscopique), ainsi qu’à leurs applications dans la vie courante (satellites, bicyclettes, etc.). Si vous ne connaissez pas bien le mouvement de rotation, les renseignements de base sur les gyroscopes fournis par le musée peuvent vous être utiles.

Pour inciter les élèves à en apprendre plus sur les corps ayant un mouvement de rotation, poser la question suivante : Qu’est-ce qui tourne le plus vite, un oeuf dur ou un oeuf cru? Pourquoi? À l’aide de la méthode scientifique, les élèves peuvent se servir de ce qu’ils savent sur les gyroscopes pour essayer de deviner la réponse. Ils peuvent ensuite vérifier leur hypothèse et essayer d’expliquer les résultats obtenus. Il serait peut-être bon d’aider les élèves dans ce processus afin de s’assurer qu’ils comprennent bien le principe des gyroscopes et ne se font pas d’idées fausses.

L'individu et la société

Pensées électrisantes

• Si vos élèves sont assez âgés, demandez-leur de découvrir comment fonctionnent les appareils ménagers installés chez eux. Il peut être intéressant d’affecter un appareil différent (réfrigérateur, cuisinière, grille-pain, aspirateur, etc.) à chaque élève ou à de petits groupes d’élèves. Suggérer aux élèves d’aller chercher de l’information ailleurs qu’à la bibliothèque, c’est-à-dire de regarder dans Internet, de téléphoner à un magasin d’appareils ménagers ou à un service de réparation, ou encore de se renseigner auprès d’un parent ou d’un ami qui connaît ce genre d’appareil en raison de son emploi. Les élèves peuvent ensuite présenter les résultats de leur recherche à la classe.
• Demander aux élèves de dresser une liste des appareils qui, chez eux, utilisent l’électricité. Ensuite, avec toute la classe ou en petits groupes, examiner en quoi les habitants d’autres pays vivent différemment, c’est-à-dire, utilisent d’autres appareils ménagers ou n’en utilisent pas du tout. Il serait peut-être bon que l’enseignant ou l’enseignante ou des élèves plus âgés procèdent d’abord à une courte recherche d’information sur des pratiques culturelles et des modes de vie différents. Il pourrait aussi être intéressant de demander aux élèves provenant de cultures différentes de raconter leur propre expérience de vie dans une culture différente ou d’interroger leurs parents sur leur pays d’origine. Les comparaisons pourraient porter sur le transport, la cuisine, la construction et la réparation de maisons, les loisirs. Il serait particulièrement intéressant d’examiner comment les pays ayant un climat complètement différent répondent à leurs besoins -- par l’électricité ou par d’autres moyens.

La langue

La cryogénie ou la science du froid

• La présente activité convient aux élèves qui ont déjà acquis une certaine connaissance de la cryogénie lors de démonstrations présentées dans le cadre des programmes scolaires du musée ou par d’autres moyens. On peut trouver de information sur la cryogénie.

Demander aux élèves de rédiger un récit sur un monde imaginaire où tout est très froid. Les élèves doivent essayer de se rappeler comment les objets présentés dans la démonstration réagissent à l’azote liquide, et appliquer ces observations aux objets et aux événements de leur récit. Par exemple, le caoutchouc serait dur et l’exposition des êtres humains au froid serait très dangereuse. Le récit pourrait aussi se dérouler à la maison, mais par une journée inhabituellement froide. Ce genre de récit pourrait commencer ainsi : « L’hiver dernier, je suis sorti(e) pour me rendre à l’école par une journée très froide. Il faisait si froid que .... ».

Explorer le monde à l’aide de la méthode scientifique

• En classe, mener une discussion sur la méthode scientifique. Demander aux élèves de réfléchir à ses avantages et à ses inconvénients. Les élèves peuvent décrire pourquoi la méthode scientifique mène à des résultats uniformes et compréhensibles. Ils ou elles peuvent aussi examiner comment les scientifiques se servent de la méthode scientifique pour effectuer leurs expériences et pour communiquer leurs idées ou leurs résultats à d’autres chercheurs ou au public.

Les arts

La science par l’invention

Demander aux élèves d’inventer, de concevoir et de dessiner une machine du futur qui faciliterait un peu la vie quotidienne. Cette machine pourrait être utile à la maison, pour le transport ou la fabrication, par exemple. Lors de la conception de la machine, les élèves doivent utiliser les températures froides, les réactions chimiques (vues dans le programme scolaire, par exemple), inertie gyroscopique ou la précession et/ou électricité statique. Cliquer sur les éléments soulignés ou aller à la section des renseignements de base pour en apprendre plus sur ces sujets. Cette activité vise à encourager la créativité. Mettre les élèves au défi de créer la machine la plus farfelue possible.

Un petit tour du côté de la science

• Cette suggestion de plan de cours s’appuie sur une activité tirée du site Internet de Newton's Apple à l’adresse http://ericir.syr.edu/Projects/Newton/. Ce site est une bonne source d’information scientifique et d’idées d’expériences.

Après la démonstration des gyroscopes, les élèves peuvent construire et décorer leurs propres gyroscopes à l’aide d’un morceau de ficelle de 40 cm, d’une tige d’allumette ou d’un cure-dent, et d’un vieux disque 33 tours. Demander d’abord aux élèves de décorer le disque en le peignant ou en collant du papier coloré sur sa surface. Puis, faire un noeud autour du centre de la tige d’allumette avec une extrémité de la ficelle. Enfiler l’extrémité libre de la ficelle dans le trou central du disque de manière que celui-ci soit suspendu à plat sur la tige d’allumette quand on tient l’extrémité libre de la ficelle. Saisir l’extrémité libre de la ficelle et pousser le disque de façon qu’il balance d’avant en arrière comme un pendule. Maintenant faire tourner le disque, puis essayer à nouveau de le faire balancer. Que se passe-t-il? « L’inertie gyroscopique est la propriété que possède un objet en rotation de résister à toute force extérieure qui changerait son axe de rotation. Une fois que le disque commence à tourner perpendiculairement à la ficelle, il résiste à toutes les forces -- comme la gravité -- qui cherchent à modifier cet angle. » (Newton’s Apple)

Les surprises de la science