De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation 150 ans d’enseignement des sciences à l’école Fin XIXème: Jules Ferry: enseignement des sciences fondé sur l’observation: la leçon de choses 1923: la leçon de choses prend un caractère expérimental abandonné 20 ans après 1957: déclin de l’enseignement des sciences réduit à un simple exercice d’observation 1968: les activités d’éveil 1985: observer, analyser, expérimenter, représenter 1996: « la main à la pâte » 2000: le PRESTE 2002: les programmes sont centrés sur l’approche expérimentale 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Quelques extraits des documents d’accompagnement aux programmes Pourquoi enseigner les sciences et la technologie à l’école ? Construire un premier niveau de représentation de la matière et du vivant Solliciter le raisonnement, stimuler l ’imagination, développer un esprit rationnel Donner les repères pour aborder les disciplines expérimentales au collège Comment enseigner les sciences et la technologie à l’école ? Permettre aux élèves de construire leur propre savoir par: Un questionnement guidé par le maître Des investigations menées par les élèves L’acquisition de savoir faire et de connaissances 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Situation de départ bis Recueil des représentations des élèves ( relever les obstacles) Confrontation  Formulation du problème ( questions productives)  Élaboration des hypothèses  Investigation conduite par les élèves Expérimentation directe Modélisation Observation directe Recherche Sur documents Enquêtes Visites  Structuration des connaissances 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Le choix de la situation de départ En fonction: des objectifs du programme de sa maîtrise des connaissances sur le sujet des ressources locales du caractère productif du questionnement de l’intérêt des élèves (ancré sur le concret, l’actualité) Le support: Un article de journal une affiche, un document audiovisuel 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation bis Recueil des représentations des élèves « Faire avec pour aller contre » Quel support pour les représentations? Questionnaire, dessin, texte à rédiger, situation mixte… Anticiper les difficultés éventuelles des élèves Analyser les productions des élèves identifier les conceptions sous-jacentes repérer les obstacles à la connaissance 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Formulation du problème Les questions productives Permettre de passer d’une formulation peu scientifique, souvent factuelle, finaliste, à une formulation plus scientifique 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

à la conception de l’investigation De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation De l’élaboration des hypothèses à la conception de l’investigation Hypothèse = affirmation testée = conséquences vérifiables Gestion des modes de groupement Élaboration de protocoles expérimentaux Formulations : oral/écrit Synthèse 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation  Investigation conduite par les élèves Modalités de sa mise en œuvre Contrôle de la variation des paramètres Description Reproductibilité Gestion des traces écrites personnelles et collectives Expérimentation directe Le développement des végétaux 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation  Investigation conduite par les élèves Documents adaptés (analyse à priori) Aides à l’appropriation des informations Dans le cas d’un support, mettre en place des situations-images Traces pertinentes Recherche documentaire Les séismes 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation  Investigation conduite par les élèves Concevoir des aides à l’observation Recueil des traces Observation directe Le mouvement 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation  Investigation conduite par les élèves Modèle descriptif: représentation des invariants Modèle fonctionnel: explications nouvelles Limites du modèle: ce n’est pas le réel Modélisation Le mouvement, la respiration 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation  Structuration des connaissances Comparaison et mise en relation des résultats Confrontation avec le savoir établi, avec ses représentations initiales Communication des résultats en réponse aux questions initiales Trace écrite: formulation des connaissances nouvelles  Évaluation 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Le cahier d’expérience : Écrire , pourquoi? préciser un dispositif anticiper sur des résultats planifier agir garder des traces revenir sur des activités antérieures rendre disponibles des résultats Écrire pour soi mémoriser comprendre réorganiser , trier mettre en relation des écrits reformuler des écrits 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Le cahier d’expérience : Écrire , pourquoi? ce que l ’on a compris une conclusion transmettre questionner une autre classe, un scientifique Écrire pour les autres ce que l ’on a fait ce que l ’on a compris expliquer synthétiser hiérarchiser mettre en relation 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Compétences devant être acquises en fin de cycle De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Compétences devant être acquises en fin de cycle Être capable de : - poser des questions précises et cohérentes à propos d'une situation d'observation ou d'expérience, - imaginer et réaliser un dispositif expérimental susceptible de répondre aux questions que l'on se pose, en s'appuyant sur des observations, des mesures appropriées ou un schéma ; - utiliser des instruments d'observation et de mesure : double décimètre, loupe, boussole, balance, chronomètre ou horloge, thermomètre ; - recommencer une expérience en ne modifiant qu'un seul facteur par rapport à l'expérience précédente ; - mettre en relation des données, en faire une représentation schématique et l'interpréter, mettre en relation des observations réalisées en classe et des savoirs que l'on trouve dans une documentation ; - participer à la préparation d'une enquête ou d'une visite en élaborant un protocole d'observation ou un questionnaire ; - rédiger un compte rendu intégrant schéma d'expérience ou dessin d'observation, Avoir compris et retenu : - des fonctions du vivant qui en marquent l'unité et la diversité : développement et reproduction ; - les principes élémentaires des fonctions de nutrition et de mouvement à partir de leurs manifestations chez l'homme ; - une première approche des notions d'espèce et d'évolution ; - le rôle et la place des vivants dans leur environnement ; Ces compétences et ces notions sont détaillées dans le document d'application. 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

De la leçon de choses à la démarche d ‘investigation Activités pratiques: 4 groupes sur 4 thèmes différents Les séismes La respiration Le mouvement Le développement des végétaux Objectifs: Concevoir, mutualiser, expérimenter au retour dans la classe Analyser 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Travail de groupe Sujet à traiter Consignes Supports Séismes Analyser les représentations initiales, identifier les obstacles et définir les contenus Trace écrite attendue les programmes (école et collège) Photocopies de qq représentations Développement des végétaux Trouver une situation de départ Comment recueillir les représentations De la formulation des hypothèses à la mise en place d’un protocole expérimental les programmes Respiration: les mouvements respiratoires Trouver une situation de départ, puis à partir des représentations initiales, introduire la nécessité d’utiliser un modèle Photocopie d’une maquette Mouvement Trouver une situation de départ, formuler le problème dont la réponse nécessitera la construction d’un modèle puis la comparaison avec le vivant par l’observation Contour d’une patte de grenouille 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie Réponses d’élèves de CM2 d’écoles situées en Anatolie à la question: Définition: « Qu’est-ce qu’un tremblement de terre? » 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie Demande d’explication 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie Schématisation des élèves après la définition 1 3 4 2 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie 6 8 7 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie Synthèse des causes invoquées Les causes terrestres Les causes naturelles internes Energie interne Mouvements de gaz ou de liquides Les vibrations Les causes tectoniques Le volcanisme Les causes liées à l’homme Les causes extra terrestres Les causes atmosphériques 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest Les représentations initiales en géologie Les obstacles Prégnance du négatif : phénomènes destructeurs, largement diffusés dans les médias, vision mythique Vision statique de la surface de la terre (un petit nombre) Origine centrale des séismes Anthropomorphisme Raisonnement analogique (chaleur) Fait accidentel L’animisme 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest « Dessine le trajet de l’air dans ton corps quand tu respires et indique ou explique ce qu’il devient » 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest « Dessine le trajet de l’air dans ton corps quand tu respires et indique ou explique ce qu’il devient » 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Animation Le Havre Ouest 1 3 2 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Analyse de quelques représentations sur la respiration Critère Analyse Numéro Conception Obstacle   Trajet L’air va partout dans le corps et ne ressort pas à l’extérieur 5 Respiration= apport d’air aux organes par des tuyaux confusion avec la circulation sanguine les poumons sont étanches Aller et retour de l’air L’air va aux deux poumons en même temps L’air va à un poumon puis à l’autre 1 2 Les poumons aspirent et refoulent un air identique Un bon et un mauvais poumon 4 Tri préalable selon la nature de l’air L’air va aux poumons puis au cœur avant de ressortir 3 Lien cœur poumon Devenir L’air reste inchangé L’air se transforme 1-5 2-3 La respiration ne modifie pas la composition de l’air Pas de différence entre l’air inspiré et l’air expiré 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Compétences spécifiques Les documents d’application Sujet à traiter Compétences spécifiques Commentaires Respiration Être capable de repérer les mouvements respiratoires (inspiration et expiration) et d’effectuer une première approche de la distinction entre l’air inspiré et l’air expiré. En s’appuyant sur des documents radiographies, livres, multimédia) et l’observation de quelques organes d’animaux, on construit une représentation schématique de quelques-uns des principaux organes impliqués dans la respiration et la circulation sanguine, en esquissant certaines de leurs relations fonctionnelles (par exemple cœur, poumons, vaisseaux sanguins, foie). On abordera ces relations par des observations ou des mesures en liaison avec une approche dynamique (modification du rythme en fonction de l’effet, etc.). On en reste aux principes élémentaires avec des formulations simples. On pourra envisager la continuation de modèles matériels (par exemple, coeur, poumons, cage thoracique). 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Compétences spécifiques Les documents d’application Sujet à traiter Compétences spécifiques Commentaires *Séismes Connaître les phases d’une éruption volcanique, les caractéristiques des séismes. Cette question peut être traitée en liaison avec l’actualité. Cette étude, fondée sur l’exploitation de documents (photos, revues, audiovisuels et multimédias), s’effectue en liaison avec les activités d’initiation géographique. Éviter de s’attacher au seul catastrophisme des photographies. *Le programme comprend des parties précédées d'un astérisque qui désignent des champs du savoir pouvant, de façon optionnelle, servir de support à des activités d'investigation supplémentaires. Il ne leur correspond pas de connaissances et de compétences exigibles. 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Compétences spécifiques Les documents d’application Sujet à traiter Compétences spécifiques Commentaires Développement des végétaux Être capable de conduire une culture en mettant en évidence par des manipulations simples l’influence de quelques facteurs de germination et de développement, en particulier ceux dégageant les besoins des végétaux chlorophylliens. Cette étude est l’occasion de mettre en pratique une démarche expérimentale en biologie. 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest

Compétences spécifiques Les documents d’application Sujet à traiter Compétences spécifiques Commentaires Mouvement Être capable de distinguer la combinaison des mouvements élémentaires (flexions et extensions) qui permet la marche, la course, le saut… Être capable d’établir des relations par comparaison avec l’observation de pattes d’animaux. On se limite à une modélisation très simple. Être capable de concevoir et construire un modèle matériel simple rendant compte de façon approchée du rôle des muscles antagonistes dans le mouvement d’une articulation. L’étude du mouvement précise les acquis du cycle 2, qui a mis en évidence le lien avec les perceptions sensorielles et sensori-motrices. Cette étude s’appuie sur l’observation du corps en activité lors des activités physiques et sportives ; elle passe par la mise en place d’activités qui permettent aux élèves de remettre en cause leurs conceptions en se construisant une vision fonctionnelle du mouvement. Elle s’appuie également sur l’exploitation de documents radiographiques ou multimédia. On se limite à une modélisation très simple (voir fiche no 10). 2/12/2006 Animation Le Havre Ouest