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Fil rouge n 1 : Préparer un gâteau

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Academic year: 2022

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1 Fil rouge n°1 : Préparer un gâteau

Ce document est un guide, une ressource pour aider les professeurs à construire les activités. Aucune activité proposée n’est ici un modèle. Le professeur adaptera, modifiera, combinera, complètera les ressources, suivant ses objectifs, sa progression et ses contraintes.

SOMMAIRE

Comment préparer un gâteau au chocolat ? ………..… 2 Pourquoi ajouter de la levure chimique à un gâteau ? ………..…. 4 Comment savoir si la pâte a complètement levé ? ……….……….. 6 Pourquoi un soufflé gonfle-t-il sans ajouter de levure ?

Pourquoi mon gâteau (ou mon soufflé) s’affaisse-t-il en le sortant du four ? ………. 8

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Académie d’Aix-Marseille – Avril 2022

2 Comment préparer un gâteau au chocolat ?

À partir d’une recette de cuisine et d’ingrédients (beurre, chocolat, farine, sucre, lait), les élèves sont amenés à préparer un gâteau au chocolat.

Extrait du programme de cycle 3 concerné : Extrait du programme de cycle 4 concerné : Décrire les états et la constitution de la

matière à l’échelle macroscopique

Décrire la constitution et les états de la matière Connaissances et compétences associées

- Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière.

- L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température.

- Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (approche qualitative).

- Tout objet matériel possède une masse qui lui est propre et qui peut être mesurée.

- La matière qui nous entoure (à l’état solide, liquide ou gazeux) résulte souvent de l’association de différents constituants.

- Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz).

- Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état.

- Interpréter les changements d’état au niveau microscopique.

- Corps pur et mélange.

- Changements d’états de la matière.

- Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d’état.

- Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges.

- Solubilité - Miscibilité.

Matériel disponible : - balances,

- verrerie graduée ou verre-doseur, - thermomètres

- ustensiles de cuisine (bol ou saladier, fourchette ou fouet) - bain-marie.

Recette du gâteau au chocolat

Ingrédients pour 8 personnes

 Beurre 250 g

 Chocolat noir 250 g

 Sucre 200 g

 Farine 70 g

 Oeufs 4

Préparation

 Préchauffer le four à 180°C.

 Faire fondre le chocolat et le beurre au bain marie.

 Dans un saladier, battre les œufs avec le sucre jusqu'à ce que le mélange mousse et blanchisse.

 Incorporer le mélange chocolat/beurre puis la farine.

Une fois la pâte homogène, la verser dans un moule beurré et fariné de 24/25 cm de diamètre.

 Faire cuire 25 minutes environ.

 Déguster à température ambiante.

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3 Scénario pédagogique possible :

- Afficher au vidéoprojecteur ou distribuer la recette (lecture inaugurale par le professeur puis lecture individuelle silencieuse par les élèves),

- Faire émerger les questions qui peuvent se poser par un dialogue avec la classe, Questionnement possible :

Ces questions ne sont ni prescriptives, ni exhaustives. Elles peuvent être formulées différemment et seule une partie d’entre elles peut être retenue.

 Quel est le rôle d’un bain-marie ?

 Peut-on chauffer un bain-marie à plus de 100°C ?

 Peut-on chauffer le bain-marie aussi longtemps que l’on veut ?

 Que se passe-t-il quand on chauffe le beurre et le chocolat au bain-marie ?

 Que devient le sucre lorsqu’on bat le mélange œufs-sucre ?

- Mettre les élèves en groupes et répartir les questions parmi les groupes : demander à chaque groupe de proposer une ou des hypothèses pour répondre à la question assignée et de concevoir une expérience pour la ou les tester.

- Après validation par le professeur, mettre en œuvre les protocoles,

- Un rapporteur de chaque groupe expose oralement l’hypothèse testée, l’expérience mise en œuvre, l’observation et la conclusion.

- Le professeur prend en note les synthèses pour les diffuser à l’ensemble de la classe.

- Construction collective d’une trace écrite décontextualisée, parmi :

 Selon leur nature, tous les solides ne fondent pas à la même température.

 L’eau bout à 100 °C, on ne peut pas chauffer de l’eau liquide au-delà de cette température.

 Lorsque l’eau bout, sa température reste constante.

 Pendant l’ébullition l’eau liquide s’évapore progressivement.

 La masse d’un mélange est égale à la somme de celles de ses constituants.

Compétences mises en œuvre par les élèves : Pratiquer des démarches scientifiques

- Identifier des questions de nature scientifique.

- Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question scientifique. Concevoir une expérience pour la ou les tester.

- Mesurer des grandeurs physiques de manière directe ou indirecte.

- Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant.

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Pratiquer des langages

- Utiliser la langue française, à l’écrit comme à l’oral, en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

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Prolongement possible selon la place dans la progression (cycle 4 seulement) : - Amorce de modélisation microscopique

 Solide – liquide

 Changement d’état liquide – gaz

 Mélange homogène / hétérogène

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Académie d’Aix-Marseille – Avril 2022

4 Pourquoi ajouter de la levure chimique à un gâteau ?

Extrait du programme de cycle 4 concerné :

Décrire et expliquer des transformations chimiques Connaissances et compétences associées

- Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie.

- Identifier expérimentalement une transformation chimique.

- Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes.

- Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée.

- Notions de molécules, atomes, ions.

- Conservation de la masse lors d’une transformation chimique.

- Interpréter une formule chimique en termes atomiques.

Document à destination du professeur :

https://www.mediachimie.org/actualite/pourquoi-la-levure-chimique-fait-elle-lever-les-g%C3%A2teaux

Proposition de documents à destination des élèves : Document : La levure chimique

L’objectif de la levure chimique est de libérer un gaz, le dioxyde de carbone, lors de la cuisson afin de faire gonfler la pâte du gâteau. Ce gaz est obtenu par une transformation chimique une fois que la levure est humidifiée.

La levure chimique peut être composée de trois types d’ingrédients solides en poudre :

 Un acide (de l’acide tartrique* ou du pyrophosphate disodique*),

 Du bicarbonate de sodium* qui joue le rôle d’une base,

 De l’amidon de blé ou de maïs qui permet la conservation du mélange avant usage en limitant la réaction chimique entre les deux autres constituants et en absorbant l’humidité.

Si on est en panne de levure chimique, il est possible d’utiliser du bicarbonate de sodium et d’ajouter du jus de citron.

* Selon le niveau et les objectifs, les formules chimiques peuvent être données : - l’acide tartrique C4H6O6 ;

- le pyrophosphate disodique Na2H2P2O7 ;

- pour simplifier la modélisation, ces acides peuvent aussi être noté AH.

Scénario pédagogique possible :

- Lecture individuelle du document par les élèves, Questionnement possible :

Ces questions ne sont ni prescriptives, ni exhaustives. Elles peuvent être reformulées, une partie d’entre elles peut être retenue, une seule, voire aucune selon les objectifs du professeur. Le questionnement peut également émaner des élèves. Il ne précède pas nécessairement le travail expérimental mais peut survenir au cours de l’activité. Les questions peuvent aussi être à la base d’une différenciation pédagogique.

 Le dioxyde de carbone est-il présent dans les sachets de levure chimique ?

 Pourquoi peut-on affirmer qu’une transformation chimique a lieu lorsqu’on mélange de la levure chimique avec de la pâte à gâteau ?

 Pourquoi la pâte à gâteau gonfle-t-elle en présence de levure chimique ?

 Pourquoi faut-il conserver la levure chimique au sec ?

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5 - Plusieurs protocoles expérimentaux peuvent être mis en œuvre selon la classe, la place dans la progression, les objectifs d’apprentissage. Selon le cas, le protocole peut être donné et le travail des élèves peut être centré sur l’observation et l’interprétation de l’expérience conduite.

 Mise en œuvre d’un protocole expérimental pour vérifier qu’en présence d’eau, la levure chimique produit du dioxyde de carbone gazeux (identification du dioxyde de carbone).

 Mise en œuvre d’un protocole expérimental pour vérifier qu’une solution d’acide tartrique (ou le jus de citron) est un acide, qu’une solution de bicarbonate de sodium est une base et que leur mélange produit une transformation chimique (mise en évidence de produits différents des réactifs : dioxyde de carbone et solution de pH différent).

 Mise en œuvre d’un protocole expérimental pour vérifier la conservation de la masse au cours de la transformation chimique.

- Selon la nature du protocole expérimental mis en œuvre, la modélisation de la transformation chimique peut se faire à différents niveaux :

 Acide + bicarbonate de sodium  dioxyde de carbone + autres produits (pH du produit différent de celui des réactifs)

 Interpréter la conservation de la masse comme la conservation des atomes et une transformation chimique comme une redistribution des atomes. L’équation chimique sous une forme simplifiée ou non est obligatoirement donnée.

 Cette approche pourra s’appuyer sur l’usage de modèles (modèles moléculaires, puzzle, biques de type « Légo », …) pour matérialiser la redistribution des atomes.

Par exemple : AH + NaHCO3  CO2 + H2O + NaA

- Réponse à la question contextualisée : Pourquoi la pâte à gâteau gonfle-t-elle en présence de levure chimique ? Le dioxyde de carbone gazeux se forme dans des cavités déformables de pâte à gâteau. Le gaz occupe tout l’espace disponible dans ces cavités élastiques. Les bulles de gaz dans la pâte font gonfler la pâte.

- Construction collective d’une trace écrite décontextualisée, parmi :

 Au cours d’une transformation chimique des espèces disparaissent et d’autres apparaissent.

 Un gaz est expansible, il n’a pas de forme ni de volume propre, il prend la forme de la cavité qui le contient.

 Au cours d’une transformation chimique la masse totale se conserve.

 Au cours d’une transformation chimique les atomes constituant les réactifs se retrouvent dans les produits.

 Une transformation chimique peut être interprétée comme une redistribution des atomes.

Compétences mises en œuvre par les élèves : Pratiquer des démarches scientifiques

- Mesurer des grandeurs physiques de manière directe ou indirecte.

- Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant.

- Développer des modèles simples pour expliquer des faits d’observations et mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

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S’approprier des outils et des méthodes

- Planifier une tâche expérimentale, organiser son espace de travail, garder des traces des étapes suivies et des résultats obtenus.

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Pratiquer des langages

- Lire et comprendre des documents scientifiques.

- Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

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Académie d’Aix-Marseille – Avril 2022

6 Comment savoir si la pâte a complètement levé ?

Il s’agit de réaliser et d’interpréter le « test au flotteur » pour la pâte levée.

Ressource pour le professeur : https://www.homebaking88.com/comment/519961

Extrait du programme de cycle 4 concerné :

Décrire et expliquer des transformations chimiques Connaissances et compétences associées

- Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un solide.

- Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

- Masse volumique : relation m = .V Situation déclenchante :

Pâte non levée Pâte levée

Pourquoi la pâte non levée coule-t-elle dans l’eau tandis que la pâte levée flotte ?

Scénario pédagogique possible :

1ère étape - problématisation : cette étape peut émerger d’un travail de groupes ou d’un dialogue avec la classe => de quel(s) paramètre(s) dépend la capacité d’un objet à flotter ou à couler dans l’eau ?

2ème étape – élaboration et test d’hypothèses. Aucune « fiche d’activité » n’est distribuée pour ne pas orienter la réflexion des élèves.

Les paramètres qui peuvent être évoqués par les élèves :

- La masse (l’objet « plus lourd que l’eau » coule / « plus léger que l’eau » flotte).

- Le volume, la quantité d’eau dans le bécher.

- Le volume, la forme de l’objet immergé.

3ème étape – émergence du critère « masse volumique » : les expériences précédentes montent que ni la masse seule, ni le volume seul ne sont des paramètres suffisants.

Émission de l’idée de comparer la masse d’un même volume de pâte levée, de pâte non levée, d’eau.

Possibilité d’apporter dans cette étape des objets différents de même volume et de masses différentes (ex : balles de ping-pong remplies de différents liquides ou solides) pour faire émerger le critère de flottabilité.

4ème étape – Définition de la masse volumique d’un objet  = m/V (rapport de sa masse et de son propre volume) ; critère de flottabilité (comparaison masse volumique de l’objet immergé avec celle du fluide dans lequel il est immergé). Trace écrite décontextualisée.

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7 Réponse à la question contextualisée :

Pourquoi la pâte non levée coule-t-elle dans l’eau tandis que la pâte levée flotte ? - Commenter la phrase du site https://www.homebaking88.com/comment/519961

« Mais plus il [le levain ou la pâte levée] monte longtemps, plus le gaz est piégé jusqu'à ce que la pâte finisse par devenir plus légère que l'eau et flotter. »

- Dans la pâte levée, des bulles de gaz se sont formées dans la pâte. Pour un même volume de pâte, la pâte levée a une masse plus faible puisque du gaz a remplacé une partie de la pâte. La masse volumique de la pâte levée est plus faible que celle de l’eau, c’est pourquoi elle flotte. Tandis que la masse volumique de la pâte non levée est supérieure à celle de l’eau, c’est pourquoi elle coule.

Compétences mises en œuvre par les élèves : Pratiquer des démarches scientifiques

- Identifier des questions de nature scientifique.

- Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question scientifique. Concevoir une expérience pour la ou les tester.

- Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant.

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Concevoir, créer, réaliser

- Concevoir et réaliser un dispositif de mesure ou d’observation.

4 5 Pratiquer des langages

- Utiliser la langue française, à l’écrit comme à l’oral, en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

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Prolongement : Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques.

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Académie d’Aix-Marseille – Avril 2022

8 Pourquoi un soufflé gonfle-t-il sans ajouter de levure ?

Pourquoi mon gâteau (ou mon soufflé) s’affaisse-t-il en le sortant du four ?

Extrait du programme de cycle 4 concerné :

Décrire et expliquer des transformations chimiques Connaissances et compétences associées - Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz).

- Interpréter les changements d’état au niveau microscopique.

- Changements d’états de la matière.

- Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d’état.

Document 1 : Le secret du soufflé bien gonflé Le secret du soufflé réside dans la fermeté des blancs montés en neige. En effet, l’eau liquide contenue dans la pâte se transforme en gaz (vapeur d’eau) lors de la cuisson au four.

La vapeur d’eau piégée dans les cavités de la préparation, constitue des bulles qui enflent à la chaleur du four tant que la pâte est fluide. Celle-ci durcit progressivement à la cuisson, donnant au soufflé son aspect bien gonflé.

Cependant, lors du refroidissement, la vapeur se rétracte et, si la croute n’est pas assez ferme, le soufflé retombe.

Document 2 : Les états de l’eau à l’échelle microscopique L’eau est constituée de particules.

La disposition de ces particules dépend de l’état physique de l’eau.

• À l’état solide, les particules sont très proches les unes des autres et ne bougent pas les unes par rapport aux autres. C’est la raison pour laquelle un solide garde sa forme.

• À l’état liquide, les particules sont très proches les unes des autres mais peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres. L’eau liquide prend la forme du récipient qui la contient.

• À l’état gazeux, les particules sont espacées les unes par rapport aux autres et se déplacent librement.

Elles occupent tout l’espace qui leur est proposé.

Activité proposée : utiliser un logiciel de dessin et un logiciel de création d’images animées pour modéliser à l’échelle microscopique des situations décrites à l’échelle macroscopique.

Pour certaines situations statiques, l’usage d’un logiciel (sur ordinateur) ou d’une l’application (sur tablette) de dessin suffit. Le logiciel de dessin utilisé doit permettre de créer des images au format gif, de sélectionner, copier, coller, déplacer, faire pivoter les dessins. Sur ordinateur Windows, le logiciel de dessin peut être Paint 3D.

Pour modéliser les situations dynamiques (liquide, gaz), l’usage d’un logiciel ou d’une appli de création d’images animées à partir d’une série d’images est nécessaire. Sur ordinateur, le logiciel de création de gif animés peut être UnFREEz 2.1 http://www.whitsoftdev.com/unfreez/. Ce logiciel est téléchargeable

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9 gratuitement et très simple d’utilisation : il suffit de faire glisser la série d’images à enchaîner pour générer une animation. Sur tablettes, il existe aussi de nombreuses applications dont des applications en ligne.

Cahier des charges : les molécules d’eau sont représentées par des triangles

Exemple de situations macroscopiques à modéliser : - Un glaçon a une propre forme.

- L’eau liquide stagne au fond du verre qui la contient.

- L’eau liquide peut couler.

- La vapeur d’eau occupe tout l’espace proposé.

- Quand on chauffe de l’eau liquide, elle devient vapeur d’eau.

- Lorsque de l’eau liquide devient vapeur dans un récipient fermé, la masse reste la même.

- Les cavités molles d’un soufflé qui contiennent de l’eau liquide grossissent quand l’eau devient vapeur.

- Les cavités molles d’un soufflé qui contiennent de la vapeur d’eau grossissent quand la température augmente.

- Si le soufflé n’est pas assez cuit, les cavités qui contiennent de la vapeur d’eau s’effondrent quand la température diminue.

- …

Scénario possible :

- Les élèves sont mis en équipes. Les propositions peuvent être réparties entre plusieurs équipes, elles peuvent être diffusées progressivement au fur et à mesure de l’avancée des projets des équipes.

- Chaque groupe doit proposer une illustration statique ou animée modélisant à l’échelle moléculaire la situation proposée, en s’appuyant sur le document 2. Avant de composer l’illustration, une description du projet doit être élaborée collectivement et proposée au professeur qui fait expliciter les choix et émerger, par un questionnement, les éventuelles incohérences.

- Lorsque les situations sont modélisées, chaque équipe présente sa production à la classe en justifiant ses choix (nombre, position, orientation, mouvement ou non des molécules représentées …).

Coup de pouce possible : la température a un effet sur la vitesse de déplacement des molécules.

Compétences mises en œuvre par les élèves : Pratiquer des démarches scientifiques

- Développer des modèles simples pour expliquer des faits d’observations et mettre en œuvre des démarches propres aux sciences.

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S’approprier des outils et des méthodes

- Utiliser des outils numériques pour mutualiser des informations sur un sujet scientifique.

- Planifier une tâche expérimentale, organiser son espace de travail, garder des traces des étapes suivies et des résultats obtenus.

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Pratiquer des langages

- Utiliser la langue française, à l’écrit comme à l’oral, en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des observations, expériences, hypothèses et conclusions.

- S’exprimer à l’oral lors d’un débat scientifique.

- Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.

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Mobiliser des outils numériques

- Utiliser des outils de simulations et de modèles numériques.

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Références

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