Culture scientifique au cycle 3 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 1

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« Qui a cassé le vase de Soissons? » Extrait de « Qui a cassé le vase de Soissons? » de A. Vialatte Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 4

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Le déroulement de l’animation Que disent les programmes? Qu’est ce que la démarche scientifique? Rôle de l’enseignant Jusqu’où aller? Extrait de séance. La place de l’écrit La démarche scientifique en mathématiques Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 7

I. Que disent les programmes? Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 8

Avant 1970: la leçon de choses A partir de 1970: la pédagogie de l’éveil Programmes de 1985: sujets d’étude bilan des connaissances Programmes de 1995: compétences par cycle apparition de la démarche scientifique Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 9

Accélération du processus 1996: la main à la pâte 2000: Plan de Rénovation des Sciences et de la Technologie à l’Ecole (PRESTE) Programmes 2002: prise en compte des représentations de l’élève démarche expérimentale débat argumentatif transversalité dire, lire, écrire Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 10

Les programmes 2008 « Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectif de comprendre et de décrire le monde réel, celui de la nature et celui construit par l’Homme, d’agir sur lui, et de maîtriser les changements induits par l’activité humaine …» « Observation, questionnement, expérimentation et argumentation pratiqués, par exemple, selon l’esprit de la Main à la pâte sont essentiels pour atteindre ces buts; c’est pourquoi les connaissances et les compétences sont acquises dans le cadre d’une démarche d’investigation qui développe la curiosité, la créativité, l’esprit critique et l’intérêt pour le progrès scientifique et technique… » « Les travaux des élèves font l’objet d’écrits divers consignés, par exemple, dans un carnet d’observation ou un cahier d’expériences… » B.O n°3 du 19 juin 2008 11 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Socle commun : Validation du Palier 2 et de la Compétence 3 : les principaux éléments de Mathématiques et la culture scientifique et technologique Pratiquer une démarche scientifique et technologique : pratiquer une démarche d’investigation manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l’essai plusieurs pistes exprimer et exploiter les résultats d’une mesure et d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit ou à l’oral Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 12

le ciel et la Terre ● la matière Maîtriser des connaissances dans différents domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante : le ciel et la Terre ● la matière l’unité et la diversité du vivant ● l’énergie le fonctionnement du vivant ● les objets techniques le fonctionnement du corps humain et la santé les êtres vivants dans leur environnement Environnement et développement durable : mobiliser ses connaissances pour comprendre quelques questions liées à l’environnement et au développement durable et agir en conséquence 13 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

II. La démarche d’investigation Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 14

La démarche d’investigation 15 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Phase d’investigation: Phase de structuration: Cette démarche comporte trois temps forts : Le questionnement procure le sens ; la recherche induit les types d’activités d’investigation ; les réponses conduisent aux savoirs. Phase de questionnement : Une question ouverte sélectionnée Choix de la méthodologie la plus appropriée selon la nature du problème et des hypothèses : Par l’observation, Par l’expérience, Par la fabrication, Sur des documents, Par des enquêtes et visites. Phase d’investigation: Une vraie recherche par les élèves Phase de structuration: Des réponses deviennent des connaissances 16 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

PHASE de QUESTIONNEMENT : Choix de l’enseignant 1- Emergence des conceptions initiales des élèves : par écrit/par oral 2- Confrontation des conceptions, aide à la reformulation de questions : Ça passe par où ? Ça va où ? Qu’est-ce que ça devient ? Qu’est-ce qui sort ?... 17 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Choix d’une problématique Questionnement : Choix d’une problématique 18 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Construction progressive des savoirs PHASE d’ INVESTIGATION : Construction progressive des savoirs 1- Stratégie de recherche : - Mise en groupe : débat interne au sein du groupe - Formulations orales d’hypothèses - Prise de notes (premiers dessins, premiers écrits) - Elaboration éventuelle de protocole (liste de matériel, schéma, observations et conclusions envisagées) 2- Mise en œuvre : - Manipulations, observations, conclusions - Élaboration d’une trace écrite intermédiaire Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Construction progressive des savoirs PHASE de STRUTURATION : Construction progressive des savoirs 1- Confrontation : - Mise en commun des résultats (expériences, documents…) - Analyse critique des travaux effectués et proposition d’expériences complémentaires 2- Conclusion/synthèse : - Rappel par l’enseignant des différentes étapes et recherches: échecs et réussites - Elaboration de la trace écrite de la classe (structuration des connaissances nouvelles, d’un lexique spécifique) Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

La démarche technologique Objectifs : - Concevoir, analyser des objets qui répondent aux besoins de l’homme et créés par lui-même. - Mettre en évidence la ou leurs fonctions. Réaliser un objet qui existe déjà 1- Situation de départ : présentation de l’objet à partir d’un besoin, à partir de sa fonction, de sa fiche de fabrication. Expl de l’anémomètre 2- Investigation pour décomposer l’objet, l’analyser, rechercher des solutions technologiques simples, rechercher des matériaux Observer, tâtonner, modéliser, rechercher de la documentation 3- Réalisation de la fiche technologique (si elle n’est pas utilisée dans la situation de départ) 4- Fabrication de l’objet 5- Utilisation de l’objet et ajustements nécessaires

Réaliser un objet que l’on veut inventer 1- Situation de départ : à partir d’un besoin, à partir de la fonction de l’objet 2- Définition du produit à fabriquer : cahier des charges 3- Investigation : recherche de procédures, des moyens de fabrication Tâtonner, expérimenter, rechercher de la documentation 4- Recherche des étapes de la fabrication : première mise en mots 5- Confrontation des résultats : 6- Réalisation de la fiche de fabrication qui est alors la trace écrite Observer un objet 1- Situation de départ : présentation de l’objet à partir d’un besoin, de sa fonction 2- Investigation : pour découvrir la structure interne de l’objet, la représenter, découvrir les phénomènes physiques Observer, Tâtonner 3- Représentation de la structure interne de l’objet

CONCLUSION : La phase d’investigation accorde toute sa place à l’erreur, elle autorise de multiples essais qui ne débouchent pas immédiatement sur la solution ou qui remettent en cause les idées initiales et qui concourent ainsi à la construction de nouveaux savoirs. Cette organisation de travail permet de développer des attitudes d’écoute, de respect et de coopération. Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

III. Rôle de l’enseignant Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 24

La place de l’écrit De qui? Pour qui? Pour quoi? Sur quels supports? Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Des choix en fonction des phases Écrits individuels, collectifs de groupe et collectifs de classe Écrire pour soi et écrire pour les autres Écrits intermédiaires et savoir construit / des lieux pour les différents écrits Diversité des types d’écrits Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Écrits individuels, collectifs de groupe et collectifs de classe Des écrits individuels avant une phase de confrontation collective ( de groupe ou de classe) : Anticiper Organise la pensée Formuler des hypothèses Garder une trace Expliquer Proposer Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Écrits individuels, collectifs de groupe et collectifs de classe Des écrits collectifs de groupes ou de classe : Confronter Formuler des éléments de réponses provisoire Définir un protocole commun Rendre compte Faire référence Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Les différents types d’écrits Liste de questions Tableaux Proposition d’explication : Liste : vocabulaire spécifique Texte : besoin de connecteurs chronologiques et logiques Dessins : Légende : mots / autre : ex : couleurs… Phrase d’explication Apports : Capture ou copie d’extraits / livre / Internet… Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Les supports Affiches Cahier d’expériences Carnet Feuilles … Trouver l’équilibre entre les écrits personnels des élèves et les traces des écrits collectifs : exemple : le cahier d’expériences : feuilles de couleurs ou toute autre pratique Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Être capable de naviguer entre l’individuel et le collectif. Cf Être capable de naviguer entre l’individuel et le collectif. Cf. AP sur l’oral : «  accepter que ce qu’on pense va être discuté et peut être écarté. » Notion de savoir en construction. « je pense que ». Cf. AP les écrits intermédiaires. Notion de savoir construit : à quel moment on arrête un savoir et comment on signifie que le savoir est construit ( support différent? Couleur différente?…) Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Que peut-on trouver dans un cahier d’expérience ? Formulation d’hypothèses : Comment influencer la vitesse d’évaporation de l’eau ? Prise de notes: liste de mots dessin Phrase Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Comptes-rendus intermédiaires : dessin, histogramme… Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Compte-rendu collectif final : schémas, phrases Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

IV. La démarche scientifique en mathématiques 35 Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD

Démarche expérimentale en maths?... On ne fait de mathématiques que lorsqu’on s’occupe de problèmes mais résoudre une partie du problème n’est qu’une partie du travail Trouver des bonnes questions est aussi important que leur trouver des solutions. La démarche expérimentale en mathématiques est proche de celle des sciences expérimentales à travers le jeu d’interaction entre questionnements, expérimentations et validations. Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 36

Dans les programmes: Qu’est ce que la démarche expérimentale en mathématiques: (1) Le choix d’une situation problème ; (2) L’appropriation du problème par les élèves ; (3) La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles ; (4) L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves ; (5) L’échange argumente autour des propositions élaborées ; (6) L’acquisition et la structuration des connaissances ; (7) La mobilisation des connaissances. Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 37

Pourquoi résoudre des problèmes ? Pour rendre l’élève capable d’initiative Imaginer des solutions originales Les tester Raisonner et adapter ses connaissances pour traiter la situation proposée de manière personnelle … Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 38

Solution personnelle Chaque élève gagne en autonomie Il prend conscience qu’il est capable de résoudre des problèmes inédits, pas encore rencontrés et pour lesquels il ne dispose pas de solution déjà éprouvée. Les solutions peuvent être « inventées » La solution personnelle valorise la différence. Un problème peut être reconnu comme « problème d’application » par certains alors que d’autres ne parviennent pas à le situer dans une catégorie déjà rencontrée. La mise en œuvre de cette idée suppose que l’on renonce à exiger une forme de présentation stéréotypée de la solution du type : Solution / Opération Une présentation plus ouverte peut être envisagée, par ex: Recherche /Conclusion Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 39

Le concept de tâche La tâche est une situation complexe, contextualisée et signifiante Elle implique un problème à résoudre, un déséquilibre cognitif… Elle fait appel aux connaissances, procédures, attitudes et savoir- faire de diverses disciplines… Elle donne du sens aux apprentissages Elle est composée: de consignes claires, de contraintes ou d’obstacles définis, d’informations, d’une production attendue clairement précisée… Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 40

Problème ouvert, problème pour chercher Un problème ouvert est destiné à mettre en route une démarche scientifique, à développer un comportement de recherche et des capacités d'ordre méthodologique. Ses caractéristiques:  l'énoncé est court.  l'énoncé n'induit ni la méthode, ni la solution.  le problème se trouve dans un domaine conceptuel avec lequel les élèves sont familiarisés: ils prennent facilement "possession" de la situation, s'engagent dans des essais, des conjectures, des projets de résolution, des contre-exemples… Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 41

Le problème ouvert : comment ? 1) La difficulté ne doit pas résider dans la compréhension de la situation 2) La phase de recherche doit appartenir aux élèves 3) La mise en commun est avant tout une phase d'échanges et de débat autour des solutions proposées par les élèves 4) La même situation peut être proposée à nouveau aux élèves ( avec des nombres différents par ex….) 42

Exemple d’1 problème ouvert Le dimanche matin, un escargot escalade un mur de 4 mètres de haut. Chaque jour, il grimpe de 2 mètres. Chaque nuit, il redescend d'un mètre. Quel jour atteint-il le sommet du mur ? Énoncé court L’énoncé n’induit ni la méthode, ni la solution Le problème se trouve dans un domaine conceptuel familier aux élèves Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 43

La tirelire (tiré de ERMEL CM2) Autres exemples Problème dont la résolution peut être faite par essais: La tirelire (tiré de ERMEL CM2) Dans ma tirelire, j’ai 32 pièces et billets. Je n’ai que des pièces de 2 € et des billets de 5 €. Avec ces 32 pièces et billets, j’ai 97 €. Combien y a-t-il de pièces de 2 € et de billets de 5 € dans ma tirelire ? Un échange avec les élèves peut suffire à assurer la compréhension de la situation proposée. Le respect des contraintes n'est pas assuré pour autant, certaines sont souvent oubliées en cours de recherche. C'est le rôle du débat de validation que de le mettre en évidence. Culture scientifique au cycle 3 - Champtoceaux le 28 novembre 2012 - BL/LD 44