Enseigner la démarche expérimentale en sciences Gwenou JOUAN Enseignant animateur Sciences

1. La démarche expérimentale appliquée à la technologie Mercredi 16 novembre 2011 Circonscription de Redon

Plan de l’intervention Mise en situation : construire un objet technique pour répondre à un défi Analyse du projet de construction Apport théorique : Comment et pourquoi travailler au travers d’une démarche expérimentale en technologie ? Réinvestissement : conception d’un nouveau projet de construction pour la classe

Mise en situation VOTRE DÉFI Avec le matériel à disposition, vous allez devoir construire un « trukiroul » à voile pour qu’il parcourt la plus longue distance en ligne droite grâce au vent produit par un sèche-cheveux fixe.

Analyse du projet de construction A travers la réalisation du « trukiroul » à voile, quelles compétences ont été mises en jeu ? Quels ont été vos difficultés ou obstacles ? Et quels pourraient-être ceux d’élèves de classe élémentaire ? Comment pourrait-on définir la démarche de construction mise en œuvre ? Comment pourrait-on faire pour transférer ce projet de construction en classe et lever les différents obstacles pour les élèves ?

Comment et pourquoi travailler au travers d’une démarche expérimentale en technologie ? Les démarches de construction usuellement utilisées à l’école La démarche d’investigation et la démarche expérimentale

Les démarches de construction usuellement utilisées à l’école La technologie, qu’est-ce que c’est ? La démarche scientifique et la démarche technologique La construction à partir d’une fiche technique La reproduction d’un objet La conception par prototypage La démarche par essais-erreurs

La technologie, qu’est-ce que c’est ? Etymologie : Du grec tékhne = art et de lógos = sciences. Le mot technologie introduit l’idée d’ un savoir-faire permettant de reproduire à volonté un résultat donné grâce à l’aide d'une pensée, d'une réflexion. La technologie associe donc activité de réalisation et réflexion, activités pratiques et intellectuelles. La technologie à l'école s'intéresse à tout ce que construit l'homme, et plus particulièrement les nombreux objets techniques qui nous entourent et dont on se sert tous les jours.

Démarche scientifique et démarche technologique La démarche scientifique conduit à valider des hypothèses en fonction de faits, d’observations pour élaborer des modèles de connaissance. La démarche technologique conduit, elle, à valider des choix effectués au cours de l’étude et de la réalisation d’un objet technique par référence à un cahier des charges à respecter.

La démarche technologique suppose la mise en œuvre d’une série d’opérations prévues et planifiées dans le but de construire un objet qui est l’expression de la réponse à un besoin. Elle se distingue ainsi de la démarche scientifique par sa finalité comme par ses étapes. Elle s’apparente plus à une méthode qu’à une démarche.

À l'école primaire, les enfants peuvent faire de la technologie selon des démarches riches et variées. 1. Élaborer un projet de fabrication et le réaliser ; 2. Démonter, remonter, analyser les différents éléments d'un objet technique simple et caractériser leurs fonctions ; 3. Construire un objet en suivant une fiche technique ; 4. Analyser le fonctionnement d'un objet ; 5. Mener des investigations sur le fonctionnement d’un objet. Ce sont autant de pistes possibles pour la construction de leurs connaissances.

Construire un objet peut se réaliser suivant l'âge et les capacités des enfants selon différentes variantes : 1. Fabriquer l'objet à partir de fiches techniques. 2. Fabriquer un objet à partir d'un modèle. 3. Concevoir l'objet, réaliser un prototype, résoudre les problèmes de fonctionnement puis le réaliser et éventuellement établir sa fiche de fabrication. 4. Concevoir l’objet et le réaliser en faisant des essais et en cherchant progressivement à le rendre plus fonctionnel en remédiant aux erreurs.

La construction à partir d’une fiche Construire un objet à partir d’une fiche présente l’intérêt de lever les obstacles liés à la conception de l’objet. La fiche guide l’élève dans les étapes de la réalisation. Le produit final est fonctionnel. L’élève développe des compétences manipulatoires. Ici, l’élève est un fabricant.

2. La reproduction d’un objet visible Il n’y a pas, ici non plus, d’obstacle lié à la conception de l’objet. L’objet final fonctionnera comme le modèle. L’élève n’est plus guidé dans les étapes de construction et devra donc développer des compétences organisationnelles en plus de compétences manipulatoires. Ici, l’élève est un fabricant et un technicien.

3. La conception par prototypage Ici, l’élève doit concevoir un objet, réaliser un prototype, l’analyser pour construire un objet final grâce à la résolution des problèmes de fonctionnement du prototype. Il doit déjà maîtriser certaines notions scientifiques et avoir des compétences créatrices, une bonne capacité d’analyse et il doit pouvoir développer des compétences manipulatoires et organisationnelles. C’est cette démarche qui est appelée démarche technologique. L’élève est à la fois fabricant, technicien et concepteur.

4. La démarche par essais-erreurs L’élève doit concevoir l’objet et, par des essais successifs, il doit résoudre progressivement les problèmes de fonctionnement liés : - aux défauts de conception ; - aux mauvaises planifications des étapes de construction ; - aux difficultés manipulatoires. Il doit avoir des compétences créatrices, une bonne capacité d’analyse et il doit pouvoir développer des compétences manipulatoires et organisationnelles. L’élève est fabricant, technicien et concepteur. Cette démarche s’apparente à du « bricolage ».

La démarche d’investigation et la démarche expérimentale Démarche d’investigation et démarche expérimentale Démarche expérimentale en technologie Les obstacles levés par la démarche Les compétences développées

La démarche d’investigation Situation de départ Formulation d’un problème à résoudre Emission d’hypothèses ou recueil de conceptions Investigations conduites par les élèves Expérimentation Modélisation Observation Documentation Constatations Analyse des constats Validation ou non des hypothèses Structuration des connaissances

La démarche expérimentale en technologie Projet de construction d’objet Définition des fonctions de l’objet Formulation de problèmes à résoudre Recueil des conceptions Expérimentations Résultats Analyses des résultats Validation ou non des hypothèses Structuration Conception de l’objet Définition des étapes de fabrication Choix des matériaux Réalisation Tests et amélioration Validation de l’objet

VOIR TABLEAU D’UNE DÉMARCHE MIXTE TECHNOLOGIQUE ET EXPÉRIMENTALE ETUDE DE CAS VOIR TABLEAU D’UNE DÉMARCHE MIXTE TECHNOLOGIQUE ET EXPÉRIMENTALE Fabriquer un « trukifvol » Fabriquer un jeu électrique « Question/Réponse » Concevoir un « trukiroul » à voile

Les obstacles levés par la démarche Les principales difficultés de fonctionnement sont étudiées avant conception et réalisation de l’objet final et les connaissances acquises permettent de lever les obstacles conceptuels. La conception d’un objet fonctionnel est facilitée grâce au questionnement pratiqué, aux expériences réalisées, aux analyses menées et aux savoirs construits. Des manipulations utiles à la fabrication de l’objet sont réalisées lors des expériences. Les étapes de fabrication des différentes parties de l’objet peuvent être facilement identifiées.

Les compétences développées Cette démarche permet de développer un grand nombre de compétences du socle commun : Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner. Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l’essai plusieurs pistes de solutions. Exprimer et exploiter les résultats d’une mesure et d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit ou à l’oral. Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques différents.

Les compétences interdisciplinaires travaillées en sciences En plus des compétences disciplinaires, la démarche expérimentale pratiquée en technologie va permettre de développer des compétences et connaissances dans d’autres disciplines : en mathématiques : mesures, géométrie, gestion et organisation des données, calculs. en histoire : histoire d’une invention, évolution d’un objet au cours du temps. en arts visuels : inclure les objets réalisés dans une production plastique ou rendre « plastique » l’objet réalisé. en langage oral ou écrit : décrire, utiliser un vocabulaire approprié, exprimer ses idées, argumenter. Le langage écrit en sciences et technologie va, en plus, avoir un rôle particulier.

Réinvestissement : conception d’un nouveau projet de construction pour la classe A partir des éléments théoriques et pratiques : vous allez essayer de construire un projet de construction d’un « trukiflot » à voile.

2. La démarche expérimentale en sciences Mercredi 7 mars 2012 Circonscription de Redon