Des exemples d’une démarche d’investigation pour inscrire l’élève dans un parcours scientifique. réunion directeurs Le Havre Est 24 mars 2011

Les programmes et les horaires École Maternelle PS, MS, GS Découvrir le Monde Cycle 2 des Apprentissages Fondamentaux CP et CE1 Découverte du Monde Cycle 3 des Approfondissements CE2, CM1 et CM2 Sciences Expérimentales et Technologie

Contenus Disciplinaires Cycle 3 Le Ciel et la Terre La matière L’énergie

Cycle des approfondissements La matière Cycle des approfondissements L’eau : une ressource - états et changements d’état - le trajet de l’eau dans la nature - le maintien de sa qualité pour ses utilisations L’air et les pollutions de l’air Mélanges et Solutions Les déchets : réduire, réutiliser, recycler

La matière : Continuité École – Collège Cycle 2 des apprentissages fondamentaux Cycle 3 des approfondissements Collège Découvrir le monde de la matière La matière L’eau dans notre environnement La matière dans la diversité de ses états L'eau dans la vie quotidienne, glace, eau liquide Perception de l’existence de l'air L’eau L’air Mélanges et Solutions Mélanges aqueux Mélanges homogènes et corps purs Les changements d’états de l’eau, approche phénoménologique L’eau solvant

Les aspects Didactiques et Pédagogiques L’eau : le corps pur Cycle 3 États physiques de l’eau. Changements d’états. Températures de changement d’état. Cycle 1 L’eau du robinet ; la pluie. La neige, la glace. Cycle 2 Liquides, solides. Conservation de la matière

La matière dans tous ses états Apport disciplinaire solide gazeux liquide forme propre volume propre pas forme propre volume propre pas forme propre pas volume propre critères de différenciations Modèle explicatif

Seulement 3 états pour la matière? sable ? mayonnaise ? cristaux liquides ?

Changements d’état

Étude de l’eau : obstacles du langage courant Apport didactique nommer Où voit-on de l’eau ? Où y a-t-il de l’eau ?

Comment enseigner les sciences ? D É M A R C H E démarche d’investigation scientifique = démarche de résolution de problèmes à intention explicative Formulation d’un problème scientifique 1 Émission d’hypothèses 2 Investigation 3 Structuration 4

Étude de l’eau : quels obstacles ? Synthèse solide = dur langage courant eau = liquide  glace  vapeur liquide = qui échappe des mains eau gazeuse = eau liquide contenant un gaz vapeur d’eau : invisible épistémologie invisibilité  matière ? changements d’états  réversibles ? matière  conservation ?

Autour de la démarche scientifique d’investigation. Apport pédagogique Consigne Construire la continuité Ecole maternelle – Ecole élémentaire- Collège

Fiche de préparation du professeur TITRE DE LA SEANCE OBJECTIFS PEDAGOGIQUES COMPETENCES VISEES MATERIEL DOCUMENTS PREPARATION DE LA CLASSE DEROULEMENT DE LA SEANCE MISE EN ŒUVRE Difficultés prévues Consigne Rôles de l’Enseignant et de l’élève MODES DE TRAVAIL individuel Travail groupal collectif DEFINITION DE LA PHASE DE TRAVAIL Situation initiale Problème Recherche Exploitation structuration

Démarche d’investigation ? Gaston Bachelard démarche d’investigation = démarche de résolution de problèmes à intention explicative « Quoi qu’on dise, dans la vie scientifique les problèmes ne se posent pas d’eux-mêmes. C’est précisément ce sens du problème qui donne la marque du véritable esprit scientifique ».

L’eau : le corps pur À l’école primaire Cycle 3 Cycle 2 Cycle 1 3 états physiques de l’eau Changements d’états Températures de changement d’état. Cycle 2 2 états physiques de l’eau Changements d’états. Cycle 1 L’eau du robinet ; la pluie. La neige, la glace.

Une séquence d’enseignement en cycle 2 Le roman de Renart (XIIe et XIIIe siècles) Renart : goupil espiègle, personnage principal de ces récits. Complexe et polymorphe, il incarne la ruse intelligente liée à l'art de la belle parole. Ysengrin : le loup bête et cruel, éternel ennemi de Renart, toujours dupé. Quelles étapes dégager ?

Phase de problématisation Fusion : des exemples d’activités en liaison avec une démarche d’investigation. Démarche d’investigation Exemples du côté de l’élève Lecture d’une histoire  Roman de Renart Situation déclenchante Rappel de l’histoire Apport de vocabulaire Discussion avec les enfants Questions que se posent les élèves Phase de problématisation Formulation d’un problème Comment expliquer Ysengrin coincé ? L’eau est devenue dure. On peut faire de l’eau dure. Hypothèses

Phase d’investigation Démarche d’investigation Exemples du côté de l’enfant On met de l’eau sur la fenêtre On met de l’eau au réfrigérateur On met de l’eau au congélateur Pour la fenêtre / réfrigérateur : test ; Pour le congélateur : construction du loup, du renard réalisation d’un mélange réfrigérant modélisation du phénomène apparu dans l’histoire constat. Réalisation expérimentale Phase d’investigation

Phase de structuration Démarche d’investigation Exemples du côté de l’enfant Sur la fenêtre : queue pas coincée Au réfrigérateur : queue pas coincée Au congélateur : queue coincée Dans mélange réfrigérant : queue coincée Comparaison des résultats  tableau comparatif Phase de structuration Si la température est supérieure à zéro degré (Celsius), l’eau est liquide. Si la température est inférieure à zéro degré (Celsius), l’eau est solide. Formulation de l’acquis

démarche d’investigation démarche pédagogique active. Conclusion démarche d’investigation  démarche pédagogique active.

L’eau et l’EEDD Projet thématique 2009

L’eau en cycle 3. Domaine d’étude : la matière (l’eau) Sujet d’étude : la qualité de l’eau Prérequis :  les états de l’eau  facteurs d’influence sur l’évaporation

Phase de problématisation l’eau : un bien inépuisable ? Situation déclenchante : discussion autour de documents Pollution des eaux L’accès à l’eau est-il le même pour tous ? Aujourd'hui 1,4 milliard d'êtres humains n'ont pas accès à l'eau potable. L’eau douce est une ressource rare (seulement 3% du volume global de la planète. Mais 87% de cette eau est inaccessible). Depuis cent ans, la consommation d'eau augmente deux fois plus vite que la population. D'ici à 2025, la demande risque d'augmenter de 650 %. (rappel enseignant) Problème scientifique : comment protéger l’eau ? Émission d’hypothèses : des solutions possibles au problème 25

Phase d’investigation Chacun doit être conscient de sa responsabilité et de son devoir de solidarité. Il en va de l'avenir des générations futures. Ne pas jeter n'importe où.  Que faire des eaux sales ? Situation de modélisation : modélisation d’une mini-station d’épuration Situation d’expérimentation : expérimentation l’amélioration de l’épuration de l’eau Utiliser les ressources naturelles. Situation d’expérimentation : réalisation d’un mini-distillateur solaire Situation de documentation : documentation sur dessalement de l’eau de mer

enquête sur équipements domestiques utilisant l’eau  volume d’eau Economiser l’eau. Situation d’enquête : enquête sur équipements domestiques utilisant l’eau  volume d’eau

Phase de structuration Constat : il est possible de nettoyer l’eau en la laissant décanter et en la filtrant ; la distillation permet de récupérer de l’eau douce ; les équipements domestiques utilisent beaucoup d’eau. Formulation de l’acquis: - protéger l’eau est un problème crucial pour les générations actuelles et futures ; - une station d’épuration rassemble une succession de dispositifs permettant, par décantation et filtration, de rejeter dans le milieu naturel des eaux dépolluées ; l’eau épurée n’est pas potable, alors que l’eau distillée l’est ; - les pays pauvres en eau douce et proches de la mer peuvent dessaler l’eau de mer dans des usines ; - l’eau domestique peut être économisée (détecter les fuites, privilégier les douches aux bains, utiliser une chasse à double débit).

(Prolongement pluridisciplinaire) Nouveaux questionnements : quelles sont les fonctions essentielles de l’eau ?

Modélisation du processus de dessalement de l’eau de mer Usine de dessalement de Djeddah 7 millions de m3/jour Modélisation du processus de dessalement de l’eau de mer 1/ Vaporisation de l’eau de mer 2/ Liquéfaction (condensation liquide) de la vapeur d’eau 3/ Ruissellement dans le récipient central 30

dispositif de séparation Usine de production d’eau potable passoire sable + gravier filtres à café charbon de bois Exemple de dispositif de séparation Prolongements : l’eau limpide est-elle forcément potable ? Une eau minérale est-elle forcément potable ? eau limpide