SNP 113: didactique des sciences et technologie I Brahim El Fadil brahim.elfadil@usherbrooke.ca Cours 1 - Session: Aut 2017

Présentation de plan de l’activité pédagogique Plan de cours Présentation de plan de l’activité pédagogique Présentation des travaux A et B Site de cours Conception personnelle de la ST Notion de la didactique Concepts de base du renouveau pédagogique Quelques concepts problématiques Lecture pour le prochain cours POINT 1: http://www.cmec.ca/science/framework/ Le Cadre commun de résultats d'apprentissage en sciences de la nature M à 12 est né du Protocole pancanadien pour la collaboration en matière de programmes scolaires (À l'intention des conceptrices et des concepteurs de programmes d'études) 4 Principes de base en vue de la culture scientifique au Canada «La culture scientifique devrait demeurer une image abstraite guidant la réforme de l'enseignement des sciences.» M. Eisenhart (1996) À la lumière de la vision de la culture scientifique et de la nécessité de développer cette culture au Canada, quatre principes de base ont été élaborés dans le contexte du présent Cadre. Les conceptrices et concepteurs de programmes d'études sont invités à noter que ces principes présentent quatre aspects critiques de la culture scientifique de l'élève. Ils reflètent le caractère global et les liens étroits qui caractérisent l'apprentissage et doivent être considérés interdépendants et complémentaires. Les résultats d'apprentissage du Cadre seront décrits en relation avec les principes de base qui suivent. 1er principe de base : Sciences, technologie, société et environnement (STSE) ­ L'élève sera apte à mieux comprendre la nature des sciences et de la technologie, les interactions entre les sciences et la technologie et les contextes social et environnemental des sciences et de la technologie. 2e principe de base : Habiletés ­ L'élève développera les habiletés requises pour la recherche scientifique et technologique, la résolution de problèmes, la communication de concepts et de résultats scientifiques, la collaboration et la prise de décisions éclairées. 3e principe de base : Connaissances ­ L'élève construira des connaissances et une compréhension des concepts liés aux sciences de la vie, aux sciences physiques et aux sciences de la Terre et de l'espace, et appliquera sa compréhension à l'interprétation, l'intégration et l'élargissement de ses connaissances. 4e principe de base : Attitudes ­ On encouragera l'élève à développer des attitudes favorisant l'acquisition de connaissances scientifiques et technologiques et leur application pour le bien commun de soi-même, de la société et de l'environnement. _________________________ POINT 2: Dans les programmes de sciences et technologies du primaire et du secondaire, la compétence disciplinaire 1 (“Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au primaire et “Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au secondaire) met l’emphase sur les démarche à caractère scientifique et le lien entre ces démarches et la construction des savoirs disciplinaires (concepts et modèles scientifiques). Au primaire les concepts sont désignés sous l’appellation de savoirs essentiels. Ces savoirs «s’articulent autour de quelques concepts unificateurs qui permettent de faire des liens entre les domaines (d’apprentissage) : la matière; l’énergie; les forces et les mouvements; les systèmes et l’interaction» (Gouvernement du Québec, 2001, p. 157). Au secondaire, ils sont désignés sous l’appellation de concepts prescrits. El Fadil Aut 2017

1. Plan de l’activité pédagogique Voir le plan de l’activité sur le site snp113elfadil.weebly.com 2. Site de cours: explorer le site El Fadil 2017

3. Conceptions personnelles des sciences et technologies, de leur enseignement et de leur apprentissage - Discussion: Vos souvenirs des sciences à l’école? Votre compréhension de ce qui est important d’enseigner et du comment l’enseigner? Vos attentes et vos craintes comme futurs enseignantes et enseignants? El Fadil 2017

3. Quelques éléments de réponses Définition de la science Plusieurs définitions. (je considère 2 seulement) La science désigne des ensembles organisés de connaissances relatives aux phénomènes naturels: biologie, physique, chimie, électricité, etc. La science désigne une activité rationnelle et rigoureuse permettant d’obtenir des connaissances au sujet de certains phénomènes (humain, social, naturel…). Elle accorde une grande importance à l’expérimentation. El Fadil 2017

Activité scientifique et savoirs scientifiques Activité scientifique: ensemble d’action tel que la recherche des similitudes, l’observation, émission des hypothèses, résolution des problèmes, etc. Selon Sclanger (1991): l’activité scientifique s’accompagne d’une très forte dépendance théorique. Savoirs scientifiques: ensemble de concepts, d’observations, de lois, de théories, de modèles, de démarches, etc. qui sont les résultats d’une activité scientifique. El Fadil 2017

Visées de la science À comprendre les phénomènes naturels À décrire d’une façon systématique, des corps, des organismes ou d’autres phénomènes À expliquer, en établissant des lois, des phénomènes observés par l’intermédiaire des expériences (contrôle des variables). À prédire certains phénomènes (éclipses, précipitations, etc.). El Fadil 2017

Savoir scientifique (ss) Un ss forme une structure conceptuelle hiérarchisée. Un concept est toujours relié à un ensemble de sous concepts qui n’ont pas de sens que par rapport à un système explicatif (théorie). Exemple: résistance (militaire, matériau, électricité…). El Fadil 2017

Concept Un concept est une représentation mentale générale et abstraite permettant d’organiser et de simplifier les perceptions et les connaissances. Exemples: Concepts scientifiques: espèce, cellule, température, temps…(importance de niveau de développement de l’élève) Concepts communs: froid, chaud, le soleil se lève à l’est… El Fadil 2017

Lois scientifiques Une loi scientifique est un énoncé qui organise les concepts, les savoirs et les observations en un système logique et cohérent. Elle permet d’établir des relations entre divers concepts. Exemples: lois de Newton (physique), loi de Mendel (hérédité biologique), relativité restreinte d’Einstein… El Fadil 2017

Théorie Une théorie est un ensemble de lois scientifiques organisées permettant l’explication d’un grand nombre d’énoncés d’observation, qui permet de faire des prédictions. Exemples: théorie d’évolution (Darwin), théorie d’expansion de l’univers (Einstein)… El Fadil 2017

Modèle Un modèle est une représentation simplifiée de la réalité. C’est une structure formalisée utilisée pour rendre compte d’une théorie ou d’un ensemble de théories. Exemple : modèle atomique, modèle planétaire… Certains modèles sont purement mathématiques (diagrammes, maquettes, droites… El Fadil 2017

Hypothèse Dans le cadre scientifique, une hypothèse est une réponse provisoire à une question ou une explication susceptible d’être mise à l’épreuve. Une hypothèse n’est pas une opinion, elle se base toujours sur des connaissances acquises et permet de mettre en relations les variables à expérimenter (variables indépendantes et variables dépendantes) El Fadil 2017

Variables: indépendante et dépendante La variable indépendante (vi) est une variable qui cause la variation d’une autre variable dite dépendante (vd) Exemples: Si le temps d’exposition à la chaleur (chauffage) augmente, la température de l’eau Si le nombre de litres du carburant mis dans le réservoir d’une voiture augmente, le montant à payer sera élevé. Si le nombre d’amis qui participent au déménagement de Caroline augmente, le nombre d’heures requises diminue. El Fadil 2017

Contrôle des variables Dans la nature, il est quasiment impossible de trouver un phénomène gouverné par deux variables (une indépendante et une dépendante) seulement. Les phénomènes naturels sont complexes et subissent l’influence de plusieurs variables. Mais dans l’expérimentation, il est toujours préférable d’en sélectionner une seule variable indépendante et de chercher son effet sur une seule variable dépendante. Sinon, il sera très difficile de savoir l’effet d’une vi sur une vd. El Fadil 2017

Notion de la didactique Didactique comme adjectif: Didactique signifie vise à instruire Didactique comme nom: Sens 1: didactique est synonyme de pédagogie Sens 2: didactique est associée à la psychologie cognitive et l’épistémologie. Dans cette logique, la pédagogie s’intéresse à l’éducation globale des élèves et des questions générales relatives à la question de classe ou aux méthodes d’enseignement. Cependant la didactique s’intéresse plus spécifiquement à l’instruction des élèves et la construction, par ces élèves, des savoirs scolaires de différentes disciplines. El Fadil 2017

Définition de la didactique La didactique est une branche des sciences de l’éducation ayant pour objet la planification de SAE qui favorisent l’appropriation, le fonctionnement et la remise en question des conceptions successives de l’élève (Thouin, 2017, p. 33). Domaines d’intérêt de la didactique: triangle didactique El Fadil 2017

5. Concepts de base du renouveau pédagogique Le programme de ST du 1e cycle est organisé autour de : Trois univers explicites (4 univers implicites) Une compétence disciplinaire: EXPLORER LE MONDE DE LA SCIENCE ET DE LA TECHNOLOGIE Des compétences transversales d’ordre: intellectuel, méthodologique, personnel et social, et de la communication 4. Chaque univers Savoirs essentiels Connaissances théoriques Techniques, stratégies, démarches… Repères culturels: associer les apprentissages à divers champs de l’activité humaine … Des repères culturels permettent d’associer les apprentissages disciplinaires à divers champs de l’activité humaine et de les situer dans un contexte social et historique susceptible d’en éclairer le sens. POINT 1: http://www.cmec.ca/science/framework/ Le Cadre commun de résultats d'apprentissage en sciences de la nature M à 12 est né du Protocole pancanadien pour la collaboration en matière de programmes scolaires (À l'intention des conceptrices et des concepteurs de programmes d'études) 4 Principes de base en vue de la culture scientifique au Canada «La culture scientifique devrait demeurer une image abstraite guidant la réforme de l'enseignement des sciences.» M. Eisenhart (1996) À la lumière de la vision de la culture scientifique et de la nécessité de développer cette culture au Canada, quatre principes de base ont été élaborés dans le contexte du présent Cadre. Les conceptrices et concepteurs de programmes d'études sont invités à noter que ces principes présentent quatre aspects critiques de la culture scientifique de l'élève. Ils reflètent le caractère global et les liens étroits qui caractérisent l'apprentissage et doivent être considérés interdépendants et complémentaires. Les résultats d'apprentissage du Cadre seront décrits en relation avec les principes de base qui suivent. 1er principe de base : Sciences, technologie, société et environnement (STSE) ­ L'élève sera apte à mieux comprendre la nature des sciences et de la technologie, les interactions entre les sciences et la technologie et les contextes social et environnemental des sciences et de la technologie. 2e principe de base : Habiletés ­ L'élève développera les habiletés requises pour la recherche scientifique et technologique, la résolution de problèmes, la communication de concepts et de résultats scientifiques, la collaboration et la prise de décisions éclairées. 3e principe de base : Connaissances ­ L'élève construira des connaissances et une compréhension des concepts liés aux sciences de la vie, aux sciences physiques et aux sciences de la Terre et de l'espace, et appliquera sa compréhension à l'interprétation, l'intégration et l'élargissement de ses connaissances. 4e principe de base : Attitudes ­ On encouragera l'élève à développer des attitudes favorisant l'acquisition de connaissances scientifiques et technologiques et leur application pour le bien commun de soi-même, de la société et de l'environnement. _________________________ POINT 2: Dans les programmes de sciences et technologies du primaire et du secondaire, la compétence disciplinaire 1 (“Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au primaire et “Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au secondaire) met l’emphase sur les démarche à caractère scientifique et le lien entre ces démarches et la construction des savoirs disciplinaires (concepts et modèles scientifiques). Au primaire les concepts sont désignés sous l’appellation de savoirs essentiels. Ces savoirs «s’articulent autour de quelques concepts unificateurs qui permettent de faire des liens entre les domaines (d’apprentissage) : la matière; l’énergie; les forces et les mouvements; les systèmes et l’interaction» (Gouvernement du Québec, 2001, p. 157). Au secondaire, ils sont désignés sous l’appellation de concepts prescrits. El Fadil 2017

El Fadil 2017 POINT 1: http://www.cmec.ca/science/framework/ Le Cadre commun de résultats d'apprentissage en sciences de la nature M à 12 est né du Protocole pancanadien pour la collaboration en matière de programmes scolaires (À l'intention des conceptrices et des concepteurs de programmes d'études) 4 Principes de base en vue de la culture scientifique au Canada «La culture scientifique devrait demeurer une image abstraite guidant la réforme de l'enseignement des sciences.» M. Eisenhart (1996) À la lumière de la vision de la culture scientifique et de la nécessité de développer cette culture au Canada, quatre principes de base ont été élaborés dans le contexte du présent Cadre. Les conceptrices et concepteurs de programmes d'études sont invités à noter que ces principes présentent quatre aspects critiques de la culture scientifique de l'élève. Ils reflètent le caractère global et les liens étroits qui caractérisent l'apprentissage et doivent être considérés interdépendants et complémentaires. Les résultats d'apprentissage du Cadre seront décrits en relation avec les principes de base qui suivent. 1er principe de base : Sciences, technologie, société et environnement (STSE) ­ L'élève sera apte à mieux comprendre la nature des sciences et de la technologie, les interactions entre les sciences et la technologie et les contextes social et environnemental des sciences et de la technologie. 2e principe de base : Habiletés ­ L'élève développera les habiletés requises pour la recherche scientifique et technologique, la résolution de problèmes, la communication de concepts et de résultats scientifiques, la collaboration et la prise de décisions éclairées. 3e principe de base : Connaissances ­ L'élève construira des connaissances et une compréhension des concepts liés aux sciences de la vie, aux sciences physiques et aux sciences de la Terre et de l'espace, et appliquera sa compréhension à l'interprétation, l'intégration et l'élargissement de ses connaissances. 4e principe de base : Attitudes ­ On encouragera l'élève à développer des attitudes favorisant l'acquisition de connaissances scientifiques et technologiques et leur application pour le bien commun de soi-même, de la société et de l'environnement. _________________________ POINT 2: Dans les programmes de sciences et technologies du primaire et du secondaire, la compétence disciplinaire 1 (“Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au primaire et “Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique” au secondaire) met l’emphase sur les démarche à caractère scientifique et le lien entre ces démarches et la construction des savoirs disciplinaires (concepts et modèles scientifiques). Au primaire les concepts sont désignés sous l’appellation de savoirs essentiels. Ces savoirs «s’articulent autour de quelques concepts unificateurs qui permettent de faire des liens entre les domaines (d’apprentissage) : la matière; l’énergie; les forces et les mouvements; les systèmes et l’interaction» (Gouvernement du Québec, 2001, p. 157). Au secondaire, ils sont désignés sous l’appellation de concepts prescrits. El Fadil 2017

Quelques concepts scientifiques Univers matériel (discussion en équipe) Les propriétés de la matière Distinguer entre quelques concepts qui se prêtent à confusion: Masse vs poids Température vs chaleur Énergie vs puissance Liquide miscible vs liquide non miscible Électricité vs lumière Changements physiques vs changements chimiques. Les différentes formes d’énergie. Forces et mouvements. Etc. El Fadil 2017

Pour le prochain cours (18 septembre) Lectures: Programme de ST (fichier sur le site: //snp113elfadil.weebly.com) Les consignes pour le cours en ligne seront disponibles sur le site de cours le lundi 18 septembre. El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Masse vs poids 1) La masse La masse d’un corps se note m et s’exprime en en gramme (g) ou en l’une de ses unités dérivées (mg, kg, etc.) Elle représente la quantité de matière qui compose un corps ou un objet. Celle-ci dépend donc du nombre d’atomes et de leur nature. Un corps qui ne subit pas de modification de sa composition conserve donc la même masse (loi de conservation de la matière : (Lavoisier, 1778). La masse d’un corps reste notamment la même quelque soit le lieu y compris sur un autre astre que la Terre ou même dans l’espace. Instrument de mesure: balance 2) Le poids Par définition le poids d’un corps correspond à l’action de gravitation qu’il subit à la surface d’un astre et dépend donc de tous les facteurs auxquels est sensible l’interaction de gravitation; Instrument de mesure: dynamomètre, son unité s’exprime en Newton (N). Il dépend de la distance qui sépare le corps de la planète: le poids diminue donc avec la distance (altitude) entre les deux. Il dépend de la masse de l’astre (planète) à la surface duquel il se trouve : – sur un astre de masse plus faible que la Terre (comme Mars ou la Lune), il a donc un poids plus faible. Donc, les corps sont moins attirés vers la surface de l’astre (D’où, le mouvement des astronautes sur la Lune). – à la surface d’un astre de masse plus important, son poids devient plus important. – Dans l’espace, loin de tout astre, un corps ne possède plus de poids. Le poids d’un corps est donc une grandeur variable tandis sa masse est constante. Lien pour vidéo illustrant le poids plus petit sur la Lune: https://www.youtube.com/watch?v=rsTskZ8ucQw  Proposer quelques techniques pour mesurer la masse d’un liquide, d’un solide, d’un solide en poudre et d’un gaz. El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Température vs chaleur Température (To) La To la mesure de degré d’agitation des particules (atomes, molécules, particules, etc.) qui composent une substance. Si la substance est à l’état solide, l’agitation renvoie à la vitesse de vibration des atomes qui composent le solide. Si la substance est liquide, l’agitation renvoie non seulement à la vitesse de vibration, mais aussi à la vitesse de la rotation des particules qui composent le liquide. Si la substance est à l’état gazeux, l’agitation renvoie à la vitesse de vibration, de rotation et de déplacement des particules qui composent le gaz. Instrument de mesure: thermomètre. Son unité de mesure est le degré Celsius (oC). El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse La chaleur (Q) La chaleur est l’énergie thermique contenue dans un corps et qu’il est possible d’extraire pour l’utiliser. Instrument de mesure : calorimètre. Son unité est le joule (J). On peut également utiliser calories (cal) ou wattheure (Wh). Vidéo illustrative : https://www.youtube.com/watch?v=X82zVeA4aeQ El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Liquide miscible vs liquide non miscible Deux liquides sont dits miscibles si lorsqu’ils sont mélangés puis agités, ils donnent toujours un mélange homogène. Deux liquides sont dits non miscibles si lorsqu’ils sont mélangés puis agités, ils donnent toujours un mélange hétérogène. Voir le vidéo ci-dessous: https://www.youtube.com/watch?v=uj2GZ8TK_5c El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Énergie vs puissance Ces deux concepts sont souvent mélangés. Qu’est-ce que l’énergie? En mécanique, l’énergie renvoie à la capacité d’un système ou d’un corps à fournir un travail. Instrument de mesure: l’instrument de mesure diffère d’un champ à l’autre. Lorsqu’on parle de l’énergie thermique et chimique (aux écoles et labos), on utilise les calorimètres, l’unité en joule (J) comme la chaleur. En mécanique, l’énergie est calculer par la force * la distance déplacée par l’objet En électricité (Hydro-Québec), les compteurs électriques calculent l’énergie en kWh. Etc. El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Qu’est-ce que la puissance? Tout simplement, la puissance exprime le transfert d’énergie par unité de temps. Instrument de mesure: En électricité, on utilise les Wattmètres, son unité est le Watt (W). En mécanique, elle se calcule mathématiquement (Énergie/durée du travail). El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Qu’est-ce que l’électricité? L’électricité est l’effet résultant du déplacement des particules chargées dans un conducteur électrique sous l’effet d’une différence de potentiel (voltage). Dans les métaux, qui sont de bons conducteurs électriques, c’est les électrons qui se déplacent pour produire un courant électrique. Dans les solutions liquides et gazeuses, c’est les ions qui se déplacent pour produire le courant électrique. El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Qu’est-ce que la lumière? La lumière renvoie au spectre visible (par l’œil humain) des ondes électromagnétiques. Il s’agit d’un phénomène de transport d’énergie sans transport de la matière. El Fadil 2017

Quelques éléments de réponse Force vs mouvement Qu’est-ce qu’une force en mécanique? La force est une action capable de créer une modification de l’état de mouvement ou de la forme d’un objet. Instrument de mesure: dynamomètre (N) comme le poids. Mouvement: Mouvement partiel: le corps ensemble ne change pas de position, mais certaines parties bougent. Mouvement total: c’est un déplacement d’un objet par rapport à sa position (repère fixe). Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=W6J7cjQx114 El Fadil 2017

Devoir Voir la page devoir sur snp323elfadil.weebly.com El Fadil 2017