ENSEIGNEMENT DES SCIENCES GDMAST 11 et 25 janvier 2012 1

Sommaire Etat des lieux de l’enseignement des sciences Objectifs Constats Outils Pistes Mise en œuvre (vidéo) Module leviers et balances Module classification des êtres vivants Ressources

Etat des lieux de l’enseignement des sciences Le sommet de Lisbonne Le S3C La loi d’orientation de 2005 Objectifs : Poser les bases d’un savoir scientifique commun  Donner le goût des sciences et de l’activité scientifique  Faire pratiquer à tous les élèves la démarche d’investigation  Viser la continuité école – collège généraliser

Etat des lieux de l’enseignement des sciences Constats : Temps d’enseignement  Mise en œuvre des programmes  Démarche d’investigation Traces écrites

Etat des lieux de l’enseignement des sciences Outils pour les enseignants : Progressions liées aux programmes 2008 Transmission de connaissance (DGESCO) Grilles de référence pour l’évaluation Modules de formation pour les Enseignants de cycle 3   L’air et les pollutions de l’air Leviers et balances La classification du vivant

La démarche d’investigation : Comment y parvenir ? Les étapes de la démarche

Présentation du contenu du DVD DVD «  apprendre la science et la technologie à l’école » (scérèn) Présentation du contenu du DVD Séance « l’objet-poisson » Echanges Attention : RAPPELER les pré-requis des élèves… Toutes les étapes n ’apparaissent pas forcément (du fait de la longueur de l ’extrait) Lors de l ’étude de poissons exotiques dans la classe, les élèves se sont demandés comment un poisson pouvait se déplacer verticalement dans l ’aquarium. La dissection d ’un maquereau leur a permis de découvrir un organe particulier : la vessie natatoire. Les élèves ont maintenant à fabriquer un objet stable qui puisse flotter, couler et se maintenir entre deux eaux (en soufflant dans une paille ou un petit tuyau). Au cours de la séance, les élèves, par groupes, commencent à concevoir un prototype.

« Leviers et balances » « Présentation de la classification du vivant » Mise en groupes puis rotation

Leviers et balances 9

Recueil des représentations de la notion à enseigner Les leviers Recueil des représentations de la notion à enseigner Vous avez à mettre en place une séquence sur les leviers au cycle 3. Pouvez-vous préciser ce que cela évoque pour vous?  Recueil des réponses sur feuille A3 Demander qui a déjà mis en place une séquence sur leviers et balances. Constituer environ 4 groupes. Distribuer une feuille A3 par groupe. (FEUILLES A3 + FEUTRES) : 5 minutes de recherche Effectuer un tri des représentations. (PATAFIX) : Réponses attendues : - Essais de définition (5 étiquettes à prévoir) - Schémas explicatifs (5 étiquettes à prévoir) - Exemples proposés. (5 étiquettes à prévoir) Réponses partielles des collègues. Constat qu’il faut préciser la notion de levier en termes de définitions, d’explications et d’exemples.

Imaginez le protocole, dessinez-le et expérimentez... Les leviers Situation à expérimenter : Comment retirer une pièce glissée sous le livre sans toucher le livre? Situation 1 : 10 min maximum Matériel : dictionnaires, pièces, piques à brochette ou règles (fois le nombre de groupes) Une pièce est placée sous le dictionnaire, lui-même le long d’un mur pour empêcher de se déplacer, feuilles A4 --> soulever avec une pique à brochette Le groupe imagine le protocole, schématise le dispositif, expérimente et conclut. But : identifier les paramètres : Emplacement du levier Emplacement du point d’appui Longueur du levier Imaginez le protocole, dessinez-le et expérimentez...

Imaginez le protocole, dessinez-le et expérimentez... Les leviers Comment glisser un « Duplo » sous le livre sans toucher le livre? Situation 2 : Matériel : dictionnaires,duplos, piques à brochette, objets pouvant servir de pivot (tube, objets non cylindriques) ; feuilles A4 la pièce est toujours placée sous le dictionnaire, le long d’un mur pour empêcher le matériel de se déplacer --> soulever avec une pique à brochette Le groupe imagine le protocole, schématise le dispositif, expérimente et conclut. But : identifier les paramètres : Taille du pivot Emplacement du levier Emplacement du point d’appui Longueur du levier Imaginez le protocole, dessinez-le et expérimentez...

Situation à expérimenter ? 250 av JC- Archimède :  « Donnez-moi un appui et un levier et je soulèverai le monde .» Comment modéliser cette situation? Situation 3 : Matériel : objets pouvant servir de pivot, leviers (manche à balai, burin…), armoire (ou autre), pouce (!!!) 250 av JC- Archimède :  « Donnez-moi un appui et un levier et je soulèverai le monde » (possibilité de le démontrer par modélisation) Le groupe imagine le protocole, schématise le dispositif et expérimente à tour de rôle et conclut. But : identifier les paramètres : Taille du pivot Emplacement du levier Emplacement du point d’appui Longueur du levier Comment lever la charge le plus efficacement possible ? Imaginez un protocole, dessinez-le et expérimentez...

Situation à expérimenter ? 250 av JC- Archimède :  « Donnez-moi un appui et un levier et je soulèverai le monde .» Comment modéliser cette situation? Situation 3 : Matériel : objets pouvant servir de pivot, leviers (manche à balai, burin…), armoire (ou autre), pouce (!!!) 250 av JC- Archimède :  « Donnez-moi un appui et un levier et je soulèverai le monde » (possibilité de le démontrer par modélisation) Le groupe imagine le protocole, schématise le dispositif et expérimente à tour de rôle et conclut. But : identifier les paramètres : Taille du pivot Emplacement du levier Emplacement du point d’appui Longueur du levier Comment lever la charge le plus efficacement possible ? Imaginez un protocole, dessinez-le et expérimentez...

Définition du principe du levier Un levier est un objet rigide en rotation autour d’un axe, possédant un endroit sur lequel on agit et un autre où on obtient un effet. LEXIQUE : Axe de rotation, pivot, point d'appui Levier : barre rigide pouvant basculer autour d'un axe Rotation : mouvement autour d'un axe fixe. Force : provoque, empêche ou modifie le déplacement d'un objet. Distance : intervalle qui sépare deux points, une distance peut se mesurer.

Imaginez un protocole, dessinez-le et expérimentez... Les balances - faire vivre 2 situations : - Règle de 30 ou 40 cm, crayons, gommes - 6 gros boulons, 6 petits boulons Demander de trouver plusieurs dispositions permettant de soulever la gomme placée à l’extrémité de la règle, à l’aide du taille-crayon. Faire dessiner ces solutions techniques de façon à pouvoir les comparer. Lors de la comparaison des solutions, identifier la place du crayon sous la règle, les distances…. Profiter de cette mise en commun pour préciser le vocabulaire spécifique. Possibilité de faire varier plusieurs paramètres : - faire varier la position du contrepoids sur le levier. En effet, lorsqu’on déplace le contrepoids à l’extrémité du levier, on augmente la longueur du bras de levier. Plus ce bras de levier est long et plus il sera facile de soulever la charge, c’est à dire que la force à appliquer sera de moindre intensité. - masse du contrepoids - faire varier la position du pivot. En effet, lorsqu’on déplace le pivot vers la charge, on augmente la longueur du bras de levier entre le pivot et le contrepoids. Plus le pivot est près de la charge et plus il sera facile de soulever la charge, c’est à dire que la force à appliquer sera de moindre intensité. - hauteur (diamètre du pivot) Comment aménager cette situation pour qu’ils puissent se balancer? Imaginez un protocole, dessinez-le et expérimentez...

Placez la règle à l’équilibre sur le pivot Placez la gomme d’un côté et le stabilo de l’autre Comment faire pour que le stabilo soulève la gomme?

? ? Comment mettre la règle à l’équilibre 1 -Sans déplacer la règle? 2 -Sans déplacer les objets?

2 possibilités :

Les leviers Bilan des expérimentations On peut facilement lever une lourde charge avec un levier, en utilisant un contrepoids ayant une masse inférieure à celle de la charge. En jouant sur: - la position du contrepoids - la position du pivot Expliquer les fonctions du levier : - soit diminuer la force à exercer à l ’entrée du système pour obtenir un effet déterminé (Cf. situation de l ’armoire) - soit augmenter le déplacement en sortie du système par rapport au déplacement en entrée (Cf. situation duplo ; place du pivot…) Un levier est constitué d’un axe rigide avec un point d’appui appelé pivot. Principe du levier On peut très facilement lever une lourde charge avec un levier, en utilisant un contrepoids ayant une masse inférieure à celle de la charge. Pour cela, on peut faire varier plusieurs paramètres : - Faire varier la position du contrepoids sur le levier. En effet, lorsqu’on déplace le contrepoids à l’extrémité du levier, on augmente la longueur du bras de levier. Plus ce bras de levier est long et plus il sera facile de soulever la charge, c’est à dire que la force à appliquer sera de moindre intensité. - Faire varier la position du pivot. En effet, lorsqu’on déplace le pivot vers la charge, on augmente la longueur du bras de levier entre le pivot et le contrepoids. Plus le pivot est près de la charge et plus il sera facile de soulever la charge, c’est à dire que la force à appliquer sera de moindre intensité. Nous allons maintenant voir des situations permettant le réinvestissement de la notion de levier.

Connaissances de l’enseignant Résumé-type du cahier de l’élève

Programmation des séances Préparation d’une séance 22

Des exemples dans la vie quotidienne Où se trouve le pivot? Où s’exerce la force? Où se produit l’effet? Où est le pivot L’endroit où se produit l’effet L’endroit où s‘exerce la force En distribuant des objets 23

Des exemples dans la vie quotidienne Où se trouve le pivot? Où s’exerce la force? Où se produit l’effet? Où est le pivot L’endroit où se produit l’effet L’endroit où s‘exerce la force En distribuant des objets 24

Levier inter résistant Levier inter moteur Levier inter appui Levier inter résistant Levier inter moteur Trois cas possibles : Le pivot O au milieu du système : levier inter appui (leviers doubles) Le pivot est en bout de système avec force motrice A au milieu : levier inter moteur (doubles) Le pivot est en bout de système avec force résistante B au milieu : levier inter résistant (doubles) ciseaux Casse noisettes Pince à sucre

Ressources DVD : Apprendre la science et la technologie à l ’école (ScérÉn) - Sciences et technologie Cycle 3 (ScérÉn) - Enseigner les sciences à l ’école Cycle 3 (ScérÉn) - Mallettes pédagogiques de circonscription - Sites : en lien sur les sites de circo Enseigner les sciences expérimentales (Tavernier)

Présentation de la classification du vivant 28

ENSEIGNEMENT DES SCIENCES GDMAST 11 et 25 janvier 2012

Progressions BO N°1 du 5 janvier 2012

Ressources - DVD : Apprendre la science et la technologie à l ’école (ScérÉn) - Sciences et technologie Cycle 3 (ScérÉn) - Enseigner les sciences à l ’école Cycle 3 (ScérÉn) - Mallettes pédagogiques de circonscription - Sites :

Rangez, triez, classez les animaux de la collection suivante : Lièvre brun Criquet Saint-Pierre Sarcelle d’été  Vipère

Qu’est ce que classer ? Ranger - Trier - Classer Ranger : c'est introduire une notion d'ordre, selon un critère continu (ordre croissant, alphabétique ...). Trier : c'est opérer un choix éliminatoire, à partir d'un critère donné, c'est « oui » ou « non », « a » ou « n'a pas ». Classer : c'est établir des relations entre les objets afin de former des ensembles (au moins deux, souvent plus). La construction de ces concepts peut se faire dans d’autres disciplines, comme les mathématiques

La classification du vivant à l’école élémentaire La classification phylogénétique Présentation de l’animation Un apport théorique Des mises en situation Des apports pour la classe 34

Qu’est ce que classer ? Objectif : rendre intelligible le monde du vivant comprendre ce qui explique l'unité et la diversité L’enjeu de la classification est de refléter la succession des ramifications de l’arbre unique du monde vivant en regroupant les espèces d’autant plus étroitement qu’elles sont apparentées.

Qu’en disent les programmes ? BO N°3 19 juin 2008 L’unité et la diversité du vivant Présentation de la biodiversité : recherche de différences entre espèces vivantes. Présentation de l’unité du vivant : recherche de points communs entre espèces vivantes. Présentation de la classification du vivant : interprétation de ressemblances et différences en termes de parenté. Dans les programmes, la classification du vivant est abordée dans la partie Unité et diversité du vivant, déclinée en 3 points. La classification, grâce à l'observation des êtres vivants et à la détermination de leurs caractères morphologiques, permet d'établir entre eux des degrés d'apparentement. Au niveau de l'école primaire, au cycle 3, elle pose les bases de la notion d'évolution, mais sans la développer, puisque celle-ci n'est plus au programme. Les objectifs, sur plusieurs séances, de l’enseignement de la classification sont : - établir ce qui caractérise morphologiquement certaines espèces (ce qu’elles possèdent), en faisant émerger le vocabulaire anatomique ; on définit ainsi leurs caractères ; - classer les animaux par ressemblance, en comparant ces caractères ; cette étape sera l’occasion de débats (attention, il ne s’agit ni de trier, ni de ranger ! ; - traduire les liens de parenté ainsi définis, par des emboîtements successifs.

Tableau des attributs Attributs Lièvre brun Criquet Saint-Pierre Sarcelle d’été Vipère Yeux Bouche Squelette à l’intérieur Squelette à l’extérieur 4 membres Poils Mamelles Plumes Antennes Nageoires à rayons Afin de vérifier le travail du groupe « Classer », distribuer à tous un outil pour arriver aux représentations normées : arbres et groupes emboîtés.   Méthode de résolution a) Observer et décrire les espèces d’une collection, b) Lister les attributs observés, puis compléter le tableau récapitulatif

Tableau des attributs X Lièvre brun Criquet Saint-Pierre Sarcelle d’été Vipère Yeux X Bouche Squelette à l’intérieur Squelette à l’extérieur 4 membres Poils Mamelles Plumes Antennes Nageoires à rayons c) Constater que certains caractères sont partagés, puis faire émerger l’ensemble le plus inclusif. L’ensemble le plus inclusif est celui fondé sur l’attribut que les espèces partagent toutes (ici les yeux et la bouche). Cet attribut devient l’argument pour créer un ensemble. D’autres ensembles plus petits sont ensuite réalisés jusqu’à épuisement des attributs.   Remarque : On peut aussi réaliser l’inverse : lister les caractères de chaque espèce, puis regrouper celles qui partagent un ou plusieurs attributs. Les groupes formés sont ensuite regroupés dans des ensembles plus importants. La classification animale est un classement particulier : les systématiciens classent les animaux en fonction de ce « qu’ils ont en commun » (les caractères morphologiques), et non en fonction de ce qu'ils n'ont pas, de ce qu'ils font, de là où ils vivent, de ce à quoi ils servent ou encore sur un a priori de ce qu'ils sont. On évacuera ainsi d'une classification scientifique, les classifications utilitaires ("fruits de mer"), anthropocentrique ("invertébrés"), écologique ("fouisseurs", "poissons").

La classification phylogénétique Un système de classification des êtres vivants qui prend en compte des degrés de parenté entre les espèces qui permet de comprendre leur histoire évolutive (ou phylogénie). C’est bien cette classification qu’on doit enseigner. Elle a remplacé la classification traditionnelle 41

La classification phylogénétique Classification scientifique : les êtres vivants sont classés sur la base d’attributs (= caractère communs). Les caractères pris en compte peuvent être d’ordre: anatomique génétique moléculaire. Pour classer les êtres vivants, on va désormais prendre en compte les attributs ou caractères qu’ils possèdent. Lecture des caractères Les caractères pris en compte peuvent être d’ordre anatomique, génétique ou moléculaire. On ne classe plus sur la base de caractère absent. En conséquence, dans la classification phylogénétique, certains groupes sont maintenus (ex : les vertébrés, les mammifères, les oiseaux) alors que d’autres ont disparu (ex : les invertébrés, les poissons, les reptiles). Pour constituer un groupe (clade) seuls sont pris en compte les caractères présents. Pour constituer un groupe (clade), seuls sont pris en compte les caractères présents uniquement chez les espèces regroupées (ex : posséder une colonne vertébrale pour les vertébrés) et absents à l’extérieur du groupe formé.

On distinguera trois niveaux d’apprentissages : cycle 1 : observer et décrire ce que l’on observe cycle 2 : mettre en ordre le monde vivant (trier, ranger, classer) cycle 3 : approcher la classification scientifique

Problématique : Comment classer les êtres vivants ?

Problématique : Comment classer les êtres vivants ? Séance 1 : Classer une collection d’animaux - Formaliser la différence entre classer, trier et ranger ; Conforter l’idée que le classement conduit à une grille de lecture du monde vivant. Séance 2 : Elaborer une classification selon des critères scientifiques - Procéder à des classifications scientifiques de collections choisies d’espèces ; Détermination du nom des groupes en utilisant un lexique. Séance 3 : Discuter de l’origine des ressemblances entre espèces - Rapprocher les caractères partagés pour établir la parenté ; - Mettre en forme les classifications pour aboutir aux ensembles emboités, puis aux arbres. Lire les arbres, ajouter des espèces, justifier leur position au sein de l’arbre. Structuration des connaissances : résumé type. séance 4 : Evaluer les acquis - Exercer des compétences acquises dans des situations de transfert sur une autre collection. Trame d’un module d’apprentissage : Trier, ranger, classer Observer, décrire des caractères pertinents (recherches puis validation) Classer les animaux selon ces critères (tableau, ensembles …) Caractériser et nommer ces ensembles Etablir les liens de parenté (qui est le plus proche parent de qui ? - arbre)

Résumé type : Les différentes espèces d’êtres vivants peuvent être classées dans un même groupe à partir des attributs (ou caractères) qu’ils présentent en commun (exemple : les Insectes possèdent tous un squelette externe, six pattes et deux antennes). Si un ensemble d’êtres vivants partage des caractères, c’est qu’ils en ont hérité d’un ancêtre qui leur est commun (exemple : le chat possède des poils et des mamelles, caractères qui lui ont été transmis par un ancêtre commun). Plus des espèces partagent de caractères, plus elles sont proches : les scientifiques établissent ainsi la classification du vivant. Lexique à utiliser : caractère commun, parenté, caractère nouveau. Le lexique des caractères identifiés est enrichi selon la collection d’êtres vivants proposée aux élèves dans la recherche (squelette interne/externe, oreilles externes, présence de membres, d’yeux, de bouche …).

Situation d’évaluation Plusieurs scénarios d’évaluation sont possibles. Les élèves peuvent : classer une collection d’espèces, comprendre un arbre, - placer de nouveaux organismes dans une classification, - nommer des groupes formés en se servant du lexique élaboré dans les différentes activités, - reconstituer les attributs de l’ancêtre commun (lire les nœuds de l’arbre).

Logiciel Phylogène : http://www. inrp

La classification moderne simplifiée

La classification moderne simplifiée

www.perigord.tm.fr http://www.inrp.fr/lamap/ Philoboîte http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/Phyloboite/Html/