Une approche integrative du programme du cycle 3 permet d'associer le rôle des feuilles des végétaux, la composition de l’air et les échanges de gaz entre l’air et les plantes.

Compétences mises en oeuvre :

• Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
• Concevoir, créer, réaliser

Connaissances et capacités associées :

Matière, mouvement, énergie, information :

• Mélanges : Rechercher et exploiter des informations relatives à la composition de l’air et citer des gaz qui contribuent à l’effet de serre.

La Terre, une planète peuplée par des êtres vivants

Écosystème : structure, fonctionnement et dynamique

• Concevoir et mettre en œuvre des expériences pour relier la production de matière par les végétaux et leurs besoins (lumière, eau, sels minéraux, dioxyde de carbone).

   

Objectifs de l’activité et sa place dans la démarche

Le programme de sciences en sixième s’articule autour du potager du collège. Les besoins des végétaux ont été vus en amont, excepté le dioxyde de carbone. Dans cette séquence nous nous interrogeons sur le rôle des feuilles des végétaux. Ceci sera un prétexte pour nous intéresser à la composition de l’air, aux échanges de gaz entre l’air et les plantes. L’étude des stomates, structures qui autorisent et régulent les échanges
gazeux sera l’occasion d’observer des cellules végétales et d’illustrer des adaptations au passage de la «mauvaise » saison des végétaux méditerranéens, à savoir l’été.
Au cours de cette séquence nous allons mettre en évidence la présence de dioxygène dans l’atmosphère grâce à sa propriété de comburant.

Description de l’activité

Première séance (2h) :

A la question sur le rôle des feuilles. Les élèves évoquent le fait que les plantes « fabriquent l’oxygène alors que nous fabriquons du gaz carbonique ».On en vient à accepter que l’air qui nous entoure est un mélange de gaz. Les élèves proposent alors de petites mises en évidence de la matérialité de l’air.
A partir de là je propose une observation simple dont ils connaissent le résultat : deux bougies chauffe-plat brûlent, j’enferme l’une des deux dans un petit bocal…
Les élèves proposent ce type d’hypothèses :

« la flamme a consommé tout l’air ».

Cette hypothèse est la plus fréquente, ainsi que la plus admise par les élèves. Il vient alors un travail de démonstration à l’aide d’une seringue : on comprime et on détend l’air qu’elle contient. On montre ainsi quelques propriétés des gaz. On met en lien ces propriétés avec les résultats de notre expérience ce qui permet de souligner que nous n’avons observé, aucune aspiration ou de succion du bocal sur son support : il y a toujours de l’air dans le bocal. Les élèves en viennent alors à l’une des hypothèses suivantes.

« la flamme a consommé quelque chose/un gaz dans l’air. »

« la flamme a consommé tout l’oxygène ».

Je sors un bocal sensiblement plus gros, les élèves me proposent bien souvent spontanément que la bougie brûlera plus longtemps. Ceci nous permet d’obtenir une conséquence vérifiable à notre hypothèse.

« Si cela est vrai la bougie brûlera plus longtemps dans le grand bocal que dans le petit bocal. »

Les élèves construisent individuellement le schéma d’un protocole expérimental permettant de tester l’hypothèse. Le matériel proposé est constitué de deux bougies, deux bocaux de taille différente (de volumes inconnus) et d’un chronomètre. Cela fait l’objet d’une évaluation.
Les élèves s’organisent en 4 groupes de 4 pour tester l’hypothèse avec le matériel proposé. Chaque bocal a une lettre attribuée. Les résultats sont ensuite mutualisés dans un tableau.

Deuxième séance (2h)

Je présente deux bocaux de taille similaire mais aux formes bien différentes. Je leur demande dans quel bocal la bougie restera allumée le plus longtemps. Certains s’appuient sur les résultats qu’ils ont obtenu et se réfèrent au temps de combustion pour déterminer le plus gros bocal. Dans ce cas je mets en doute la fiabilité de nos résultats sur des volumes proches. Si les élèves s’accordent à dire que c’est dans le plus gros bocal, ils ne peuvent le désigner parmi les deux que je leur présente. Certains se basent sur la hauteur de l’un, d’autres sur la largeur de l’autre... On appréhende alors deux variables nécessaires au calcul d’un volume.
Les élèves proposent que pour déterminer le plus gros bocal, il faut comparer les quantités d’eau qu’ils peuvent contenir. Je mets à leur disposition des éprouvettes graduées et je demande à chaque groupe de mesurer les volumes des pots qu’ils ont utilisé. Ceci permettra de vérifier qu’il y a bien une relation de proportionnalité entre le volume d’air contenu dans le bocal et la durée de combustion de la bougie. Les résultats obtenus seront l’occasion de construire un graphique à la main ou sur un tableur et de l’exploiter.

Auteur

Antoine Riffard

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