Ce kit ne se limite pas à apprendre à lire une graduation ou à utiliser une balance. Il permet de construire de véritables situations d'investigation dans lesquelles les élèves observent un phénomène, formulent des hypothèses, réalisent une expérience et confrontent leurs résultats.
Les élèves formulent des hypothèses, construisent un protocole puis expérimentent et interprètent les résultats, conformément aux attentes du nouveau programme des sciences.
Mesurer et comparer des masses
La balance électronique permet de comparer et de mesurer la masse d'objets, de solides et de liquides.
L'élève peut par exemple peser la Smart'Cuv vide, utiliser la fonction tare, ajouter une quantité d'eau puis déterminer directement la masse du liquide.
Il peut ensuite comparer différentes quantités de matière et mettre progressivement en relation les mesures réalisées avec les unités utilisées en sciences et en mathématiques.
Le nouveau programme de Cycle 3 mentionne explicitement, dès le CM1, la comparaison de masses à l'aide d'un dispositif simple ainsi que la mesure de la masse d'un solide ou d'un liquide à l'aide d'une balance.
Mesurer le volume d'un liquide
Les graduations de la Smart'Cuv permettent de mesurer directement le volume d'un liquide.
L'élève peut verser différentes quantités d'eau, prévoir le résultat puis vérifier expérimentalement le volume obtenu.
Cette activité permet de travailler la notion de volume et les unités associées, notamment les millilitres et centimètres cubes.
Déterminer le volume d'un solide par déplacement de liquide
On relève d'abord le volume d'eau contenu dans la cuve. Un objet est ensuite immergé, par exemple une pièce de monnaie, puis le nouveau niveau est relevé.
La différence entre les deux mesures correspond au volume déplacé par l'objet.
Avec une pièce de 2 €, par exemple, l'illustration fournie montre une élévation du niveau d'environ 1 mL, soit environ 1 cm³.
L'élève découvre ainsi expérimentalement comment déterminer le volume d'un solide dont la forme ne se prête pas nécessairement à un calcul géométrique.
Cette approche prend encore davantage de sens en 6e, où le projet de programme fourni demande explicitement de mesurer un volume de gaz par déplacement de liquide et de déterminer des conversions entre unités de masse et de volume.
Observer les changements d'état de l'eau
La forme de la Smart'Cuv permet de visualiser facilement l'évolution du niveau de l'eau lors d'un changement d'état.
Une expérience consiste par exemple à introduire 40 mL d'eau liquide dans la cuve, repérer précisément son niveau puis placer l'ensemble au congélateur.
Après solidification, les élèves observent que le niveau occupé par la glace est supérieur à celui de l'eau liquide. Ils mettent ainsi expérimentalement en évidence que l'eau augmente de volume lorsqu'elle se solidifie.
Avec le thermomètre fourni, l'activité peut être enrichie par des relevés de température.
Les élèvent peuvent étudier les différents états physiques de la matière et les changements d'état.
Expérimenter les mélanges et les dissolutions
Les élèves peuvent ajouter du sel ou du sucre dans l'eau, mélanger et observer ce qui se produit. En ajoutant progressivement davantage de solide, ils peuvent rechercher le moment où celui-ci ne se dissout plus et mettre en évidence le phénomène de saturation.
L'activité peut être menée comme une véritable investigation : quelle quantité maximale de sel peut-on dissoudre dans un volume donné d'eau ? Les différents groupes proposent un protocole, mesurent les quantités utilisées puis confrontent leurs résultats.
Vérifier la conservation de la masse lors d'un mélange
Les élèves pèsent séparément l'eau et le solide destiné à être dissous, puis mesurent la masse obtenue après mélange. Ils peuvent alors comparer leurs mesures avant et après dissolution.
Cette manipulation permet de rechercher si la masse totale se conserve lors d'un mélange, même lorsque le solide n'est plus visible à l'œil nu.
Le programme inscrit explicitement cette expérimentation en CM2 : mettre en évidence que la masse totale se conserve lors d'un mélange d'un solide et d'un liquide.
Récupérer un solide dissous par évaporation
Le plateau de la Smart'Cuv peut servir de surface d'évaporation.
Après avoir préparé une solution saturée d'eau salée, quelques millilitres sont déposés sur le plateau. Celui-ci présente une surface relativement importante exposée à l'air, ce qui favorise l'évaporation.
Après plusieurs heures dans un endroit chaud et aéré, l'eau disparaît progressivement tandis que le sel cristallise et reste visible sur le plateau.
L'expérience permet de comprendre qu'un solide dissous n'a pas disparu et qu'il est possible de le récupérer par évaporation de l'eau, sur un principe comparable à celui utilisé dans les marais salants.
Montrer que l'air occupe un volume
La seringue de 60 mL et son tuyau permettent d'aller plus loin en expérimentant avec une matière invisible : l'air.
Une expérience consiste à emprisonner de l'air dans un récipient puis à le transférer vers la seringue. L'illustration fournie montre par exemple une situation dans laquelle la seringue passe de 40 à 50 mL d'air, tandis que le niveau d'eau du récipient associé passe de 40 à 30 mL.
Les élèves constatent ainsi que 10 mL d'air ont été transférés d'un récipient vers l'autre.
L'air, bien qu'invisible, occupe donc un volume mesurable. Cette manipulation constitue une manière particulièrement concrète d'aborder les propriétés des gaz.
