Plan de cours développé et mis en place par

David Dubois, Amanda Sanniti, Melanie Sleep, Jasmine Sterle-Contala (membres de l’équipe du Projet Chantier7)

Thème : Masse et Volume

Question essentielle : Existe-t-il un lien entre la masse et le volume?

Idées centrales :

• Les objets qui occupent le même volume n’ont pas nécessairement la même masse.
• Les objets qui ont la même masse n’occupent pas nécessairement le même volume.

Conceptions d’élèves fréquemment rencontrées :

• Les objets de mêmes dimensions ont la même masse
• Les solides sont plus lourds que les liquides, qui sont plus lourds que les gaz
• Le volume est une propriété des solides, mais pas des liquides et gaz
• Les molécules d’eau dans la vapeur sont plus grandes que celles dans la glace
• Toutes les particules (atomes/molécules) ont la même masse

Activités pour promouvoir le changement conceptuel :

• Prendre conscience de ses croyances
• Exposer ses croyances en les partageant au groupe
• Confronter ses croyances en les testant
• Résoudre les conflits entre ses croyances et ses observations
• Élargir ses conceptions en faisant des liens avec d’autres idées connexes

Étapes à suivre pour cette unité

Pré-test: Items tirés de l’outil diagnostique Masse et Volume

Question: Jonathan possède trois cubes (un en liège, un en bois et un en métal). Sachant que ces cubes ont le même volume et qu’ils sont tous pleins, auront-ils la même masse?
A. Oui, ils auront tous la même masse puisqu’ils ont le même volume.
B. Non, ils n’auront pas la même masse, parce qu’ils sont faits de substances différentes.

(Développée par les membres de l’équipe du Projet Chantier7)

• Les forces et les faiblesses des conceptions des élèves peuvent être révélées par le biais d’un sondage.
• Demander aux élèves de chaque groupe de réponse de justifier leur choix. Éviter de confirmer ou d’infirmer leurs conceptions.

Démonstration #1

Montrer deux blocs de métal de densité différentes mais possédant le même volume (idéalement de couleurs différentes, pour expliciter qu’il ne s’agit pas du même métal).

Mettre l’accent sur le fait que les deux blocs ont le même volume : Est-ce que nous sommes tous d’accord sur le fait que ces blocs ont les mêmes dimensions et donc qu’ils occupent le même espace?

Inciter les élèves à faire une prédiction : Est-ce que la masse de ces deux blocs est la même?

Observer: 

• Démonstration — En utilisant les deux blocs et une balance, démontrer que leurs masses sont différentes. Les élèves notent les masses mesurées.
• Experience — Les élèves mesurent la masse de deux autres cubes de même taille et notent leurs masses afin d’observer une tendance dans les données.

Expliquer: Les élèves doivent répondre à 3 questions:

• Est-ce que tous les objets de même masse ont le même volume?
• Comment est-il possible pour deux objets d’occuper le même espace mais d’avoir des masses différentes?
• Dans l’espace prévu à cet effet, dessinez ce que vous croyez que contiennent chacun des blocs.

Résoudre les conflits:

• Choisir 3 modèles parmi les dessins des élèves (1 dessin scientifiquement acceptable et 2 contenant des conceptions erronées susceptibles de générer de bonnes discussions)
• Présenter ces modèles à la classe et discuter ensemble de leurs ressemblances et de leurs différences. Diriger la discussion sur les moyens de se représenter le modèle particulaire de la matière.

Points d’intérêt:

• Plus de particules = plus de masse
• Particules plus grosses = plus de masse (pour un même nombre de particules)
• Les élèves devraient comprendre que différentes particules peuvent avoir différentes tailles

Demonstration #2: 

Deux grandes éprouvettes sont remplies de liquide différents (même masse, mais différents volumes).

Mettre l’accent sur les différents volumes : Sommes-nous tous d’accord pour dire que ces deux éprouvettes contiennent une quantité différente de liquide?

Inciter les élèves à faire une prédiction: Est-ce qu’ils auront également une masse différente?

Observer:

• Démonstration — En utilisant ces éprouvettes et une balance, démontrer que les liquides ont une masse identique. Les élèves notent les masses mesurées.
• Experience — Les élèves mesurent la masse et le volume de différents liquides. Ils notent ensuite les données obtenues et cherchent à y observer une tendance.

Expliquer: Les élèves doivent répondre à 3 questions:

• Est-ce que tous les objets de même masse ont le même volume?
• Comment est-il possible pour deux objets d’occuper le même espace mais d’avoir des masses différentes?
• Dans l’espace prévu à cet effet, dessinez ce que vous croyez que contiennent chacun des liquides.

Résoudre les conflits:

• Choisir 3 modèles parmi les dessins des élèves (1 dessin scientifiquement acceptable et 2 contenant des conceptions erronées susceptibles de générer de bonnes discussions)
• Présenter ces modèles à la classe et discuter ensemble de leurs ressemblances et de leurs différences. Diriger la discussion sur les moyens de se représenter le modèle particulaire de la matière.

Points d’intérêt:

• L’espace entre les particules et la taille des particules peut varier
• Le nombre de particules devrait rester identique

Post-test: Reprendre les items d’évaluation avec les élèves lors du post-test; les réponses devraient ensuite leur être révélées. Il serait également possible d’utiliser plus de questions au besoin.