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La démarche dinvestigation Stage inter-degré - Montréal - 9 au 11 janvier 2013Hervé Froissard.

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1 La démarche dinvestigation Stage inter-degré - Montréal - 9 au 11 janvier 2013Hervé Froissard

2 La démarche d investigation Pour construire des savoirs scientifiques à partir d exemples concrets. Pour motiver les élèves et leur faire aimer les sciences en donnant du sens et en s appuyant sur le concret. Pour assurer la formation méthodologique des élèves au travers des productions réalisées

3 Deux exemples de démarches dinvestigation au collège - En SPC et en 5 ème : sources primaire et secondaire de la lumière ; distinction entre diffusion et réflexion - En SVT et en 3 ème : chaque chromosome est constitué dADN

4 Indice …les valises sur le toit contiennent : - Un pull noir, des affaires de toilette.- Des draps blancs - Un tee shirt bleu marine - Des chaussettes vertes. - Une couverture rouge. - Une carte routière. Monsieur et Madame Labricole sont sur la route des vacances et en pleine nuit, un chauffard les pousse dans le fossé. Les dommages sont heureusement peu importants : un pneu crevé ! Aide les à y voir clair pour quils puissent changer leur roue ! Une investigation en classe de 5 ème, en SPC Une situation déclenchante

5 - Diriger la lumière des phares sur le pneu à laide dun miroir (trousse de toilette). - Disposer le drap blanc devant les phares pour éclairer le pneu crevé - Disposer et orienter le drap blanc de manière à éclairer le pneu crevé Dautres hypothèses sont écartées comme : - Badigeonner la roue de dentifrice ( difficilement réalisable). - Attendre le lever du soleil. - Appeler un dépanneur. - Décrocher un phare pour lorienter sur la roue. - Rouler jusquau prochain point lumineux … Comment éclairer un objet Hypothèses proposées par les élèves

6 Liste de matériel fourni - Tissu blanc, noir, colorés - Miroir - Lampe de poche - … En manipulant, les élèves sont assez surpris de lefficacité de leur dispositif et comprennent limportance de lorientation de lécran blanc. Enoncé dun protocole pour modéliser la situation Modélisation: mise à lépreuve des hypothèses Présentation des résultats et confrontation aux données Structuration du savoir Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet. Une source secondaire diffuse la lumière qu'elle reçoit. Les objets clairs diffusent mieux la lumière que les objets foncés

7 Prolongement Introduction de la notion de propagation rectiligne de la lumière. Schématisation du dispositif Tracé des rayons lumineux Remarques On peut utiliser limage pour soulever le problème de la représentation du faisceau lumineux émis par les phares ; est-il réellement visible ?… Distinction entre les phénomènes de réflexion et de diffusion.

8 Des chromosomes dans des cellules de racine de jacinthe Des chromosomes dans des cellules de glandes salivaires de larves de chironomes Une investigation en classe de 3 ème, en SVT Les chromosomes, présents dans le noyau sont le support du programme génétique. Les filaments colorés en vert ou en rose dans ces cellules sont des chromosomes Une situation déclenchante

9 1 ère étape: isoler le matériel génétique (les chromosomes) 2 ème étape: mettre en évidence le contenu chimique des chromosomes Matériel nécessaire - Matériel biologique: kiwi, banane, chou fleur, oignon … - Matériel de laboratoire : mortier, pilon, tube à essai, filtre, entonnoir, - Produit chimique: alcool, acide acétique, colorants spécifiques - Matériel de sécurité: gants, lunettes Quelle est la molécule constitutive des chromosomes? Définition dun projet: comment va-t-on faire pour répondre à cette question?

10 1 ère étape: isoler le matériel génétique (les chromosomes) - Il faut éclater les cellules - Libérer le contenu des noyaux 2 ème étape: mettre en évidence le contenu chimique des chromosomes - Utiliser des colorants spécifiques On dispose de plusieurs colorants. Des colorants utilisés pour mettre en évidence différentes structures ou molécules ColorantsStructures et moléculesColoration Rouge soudanLes lipidesRouge Bleu de méthylèneLes noyauxBleu Lugol (eau iodée)LamidonBleu violet Réactif de SchiffLADNRose Carmin alunéLa celluloseRose Vert de méthylLes noyauxVert Définition du projet

11 Mortier et pilon pour broyer et désorganiser les tissus Eclatement des cellules Pour isoler le constituant chromosomique Pour obtenir une solution de molécules Obtention dun filament, constituant des chromosomes Mettre à lœuvre le projet

12 Préparation à la coloration Réactif de Schiff Coloration de lADN Acide acétique Utilisation de différents colorants

13 Linformation génétique, portée par les chromosomes, est constituée dADN. Présentation des résultats et confrontation aux données Structuration du savoir

14 Les étapes de la démarche d investigation Appropriation du savoir « est-on capable dutiliser ce que lon a appris ? » Motivation : des faits observables « doù est-ce quon part? » Problématisation « quest-ce quon cherche à comprendre? » Définition dun projet « comment va-t-on faire pour chercher? » Mise en œuvre du projet « linvestigation elle-même » Confrontation « a-t-on trouvé ce que lon cherchait ? Est-ce conforme ?» Structuration du savoir « le savoir construit : ce que lon a expliqué, compris, découvert »

15 La motivation ou situation déclenchante un bilan des connaissances acquises antérieurement une situation proche de la préoccupation des élèves, un fait dactualité, une perturbation, liée à une confrontation des représentations des élèves ou à létude dun document relatif à lhistoire des sciences, une confrontation entre des acquis et un fait nouveau, des observations du réel… Un motif pour chercher, Une raison de chercher, Un prétexte pour chercher

16 La problématisation Cest la phase de questionnement Formulation dun problème à résoudre Formulation dun phénomène dont on cherche à comprendre le mécanisme Formulation dune opinion dont on veut faire un savoir Formulation dun inconnu que lon veut explorer Phase essentielle dappropriation de la recherche

17 La définition dun projet Formulation des hypothèses à vérifier, de leurs conséquences vérifiables Formulation dun projet dobservation (dans la nature, en laboratoire, etc.) Formulation dun projet de modélisation, de simulation Formulation dun projet dexploration de bases de données ou de bibliographie Laisser chercher les élèves, de ne pas leur imposer un raisonnement par des consignes trop nombreuses et trop détaillées. Favoriser lautonomie pour donner du sens à linvestigation

18 Les élèves savent ce quil font et pourquoi La mise en œuvre du projet Mise en œuvre dun protocole expérimental Observation macroscopique, microscopique… Utilisation dun logiciel pour simuler Modélisation analogique, numérique Recherche documentaire Variété infinie de possibilités Linvestigation sensu stricto

19 La confrontation Faits recherchés / faits découverts Résultats prévus / résultats obtenus Idées initiales / épreuve des faits Au final, a-t-on trouvé ce que lon cherchait Redonner sa place à lerreur dans linvestigation

20 La structuration du savoir Enoncé de la notion construite Structuration des savoirs en relation avec les savoir-faire Eventuellement, énoncé de ce qui reste à comprendre « Ce quon sait, savoir quon le sait ce quon ne sait pas, savoir quon ne le sait pas, cest savoir Véritablement » Confucius

21 Lappropriation du savoir et du savoir-faire Linvestigation, une démarche pour acquérir des compétences Modifications des conceptions initiales Idées fausses « vaincues »??? Mise en application et réinvestissement des compétences (savoirs et savoir- faire): exercice, QCM… Evaluation sommative des savoirs et des savoir-faire

22 Mise au point: La démarche dinvestigation nest pas unique ou exclusive et tous les sujets détude ne se prêtent pas à sa mise en œuvre. Une présentation par lenseignant est parfois nécessaire, mais celle-ci ne doit pas constituer lessentiel du cours dans lequel la participation des élèves à la construction des leurs savoirs et savoir-faire est à privilégier.

23 Travail proposé A partir dun thème détude, construire une démarche dinvestigation en ciblant une ou des compétences (1 er degré de la complexité = formation mono objectif). Prévoir : - les acquis des élèves - lorganisation du travail - les consignes aux élèves - les modalités de formation des élèves à lacquisition de la (ou des) compétence(s), les aides ou coups de pouce, les critères de réussite…. - les réponses ou les productions attendues - la ou les notions construites à chaque niveau. Bloc 2 – La démarche d'investigation

24 Quelques exemples de thèmes : - Lunité du vivant à léchelle cellulaire - Un caractère commun - Le cycle de vie dun végétal - Le développement des animaux et des végétaux selon les saisons - La fleur : le lien entre la fonction et la structure - La germination - Les modes de reproduction des êtres vivants - La parenté entre les êtres vivants - La circulation sanguine - La respiration - La reproduction sexuée - La procréation - …


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