Questions aux experts

Il me semble que la station météo était simplement là comme contexte d'utilisation d'un thermomètre (sachant que les enfants qui regardent les prévisions météo ont toujours des nombres affichés qui indiquent s'il fera chaud ou pas). On partira donc des bulletins météo et de leurs indications, puis on évoquera la station météo qui permet par ses indications, d'émettre des prévisions. Enfin l'on s'interrogera sur les nombres, le chaud....pour introduire des thermomètres dans la classe, les comparer, et permettre aux représentations enfantines de s'exprimer.

Puis, l'on se centrera sur la manière de savoir comment faire pour détecter s''il fait plus ou moins chaud (avec de l'eau, par exemple). D'où l'idée de construire la notion de thermomètre : comment savoir quand il fait plus ou moins chaud. On mènera, à partir de questions, les expériences classiques : relativité des sensations quand on plonge les mains alternativement dans des eaux chaudes ou froides, puis toutes les deux en même temps dans une eau tiède - tenir un thermomètre dit "de cuisine" / car pas cher/ dans la main et observer ce qui se passe au soleil, sur le radiateur, dans le réfrigérateur, etc. pour associer la longueur du "signal rouge" (ou "tige rouge") selon qu'il fait chaud ou froid - puis on commande de "faire monter ou descendre cette tige" et on en déduit collectivement que lorsqu'il fait chaud "ça monte" (attention : ça monte aussi lorsque le thermomètre est retourné = penser au langage et sa signification) et donc que "la chaleur fait augmenter la longueur de la tige" et inversement, d'où le fait de comprendre que les variations de longueur sont corrélées aux variations concomitantes du degré de chaleur ("plus chaud", "moins chaud" = indique la température. Penser à différencier chaleur de température : il y a même température quand le thermomètre est en équilibre avec le milieu dans lequel il est plongé (la tige demeure alors en équilibre et ne varie plus). C'est cette correspondance entre phénomène et lecture qui fait de l'appareil étudié un instrument scientifique permettant de connaître des valeurs de la température.
Il reste à quantifier les valeurs, d'où la nécessité d'une graduation de référence et d'un étalonnage avec points fixes : en option et à installer avec l'étude des changements d'état de l'eau. Tout dépend du niveau de l'élève (tout ce qui précède se traite théoriquement au cycle 2, les points fixes au cycle 3 avec la dilatation). Etude de la graduation d'un thermomètre.

Je ne pense pas qu'à l'école primaire, les autres instruments de la station météo interviennent directement dans la construction du thermomètre. Ils me paraissent cités par souci d'authenticité et peut être pour s'assurer que le candidat les différencie bien.

Il reste à construire une maquette de thermomètre avec le petit pot, la paille et le liquide rouge (attention à rendre bien hermétique, et, si l'on veut faire une bonne analogie, attention à ne pas laisser d'air dans le flacon - établir les correspondances, par exemple, le flacon = le réservoir). Faire des repérages indicatifs (attention : une température n'est pas une grandeur mesurable, n'est pas additive.)
En cycle 3, on propose de réaliser une station météo (dans ce cas on utilise un thermomètre du commerce et non celui fabriqué, trop peu précis compte tenu de la difficulté à avoir un montage bien hermétique, même en cas de chaleur plus élevée).

Mes propositions (certainement incomplètes, mais largement indicatives) ne sont peut être pas exactement celles attendues par l'auteur de la question, mais en tout cas, je pense qu'elles relèvent d'une pratique expérimentale correcte et ne pourraient qu'être acceptées par un jury scientifique et formé à la pédagogie des sciences à l'école élémentaire.

Claudette BALPE
Maître de conférences en didactique des sciences à l'IUFM d'Aquitaine
claudette.balpe@wanadoo.fr

Complément de réponse pour éclairer ce qui transparaît dans l'interprétation de la question.
À l'école élémentaire, il s'agit de faire des sciences de façon qualitative et non quantitative (surtout pas de formules). Donc, privilégier une approche simple, basée sur le questionnement, la manipulation, l'observation. Etablir des relations "qualitatives" du genre : quand on fournit de la chaleur au thermomètre, la tige indicatrice s'allonge.
Il convient de ne pas oublier qu'à l'école, la formation scientifique consiste en une introduction aux phénomènes, aux méthodes et aux outils par le biais de démarche que les enfants mènent pour construire eux-mêmes et collectivement (avec l'aide du maître) leur savoir.

Claudette BALPE

Bonjour,
Il me semble, mais je ne suis pas dans la tête de l'auteur de l'épreuve, que partir de la station météo et de la fonction de chaque instrument dans l'étude du temps qu'il fait serait une démarche qui conviendrait parfaitement à des élèves de primaire (en principe, dans les programmes, le thermomètre figure au cycle 2). C'est ce qui me semble le mieux convenir à ce qui est appelé "notion de thermomètre", le thermomètre étant bien situé par rapport aux autres instruments (mais sans qu'il soit, à mon avis, question de parler de l'influence de la température sur les grandeurs mesurées par les autres appareils).
Pour la construction d'un thermomètre à partir de ce qui est donné dans le texte, je verrais une mise en correspondance des différents objets proposés et des différentes parties observées d'un thermomètre. Il resterait à préciser comment fabriquer une graduation (eaux + ou - chaudes) et repérer les niveaux de liquide dans le tube plus des précautions d'ordre technique comme l'étanchéité du bouchon).
Maintenant, traiter du phénomène de dilatation me semble hors de propos. Ou alors il faut se contenter, à partir de l'existence des joints de dilatation des ponts, de généraliser (très abusivement) aux liquides et à la variation de volume.

Globalement, je vous le voyez, je reste très prudent et modeste.