Conception de protocoles expérimentaux et démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences expérimentales Martine Biau (INRP-EducTice-IUFM Lyon)

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1 Conception de protocoles expérimentaux et démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences expérimentales Martine Biau (INRP-EducTice-IUFM Lyon) Cédric d’Ham (LIG) Réjane Monod-Ansaldi (INRP-ACCES) Eric Sanchez (INRP-EducTice) Claire Wajeman (LIG)

2 L’Institut National de Recherche Pédagogique
Des recherches contextualisées La production de ressources La formation de formateurs

3 Pourquoi cette formation ?
L’importance de la phase de conception de protocole dans le cadre de la conduite d’un travail d’investigation Les difficultés de construire de telles situations dans la classe CoPEX, un projet de recherche sur la question de la conception de protocoles dans l’enseignement des SPC et SVT

4 Des objectifs Préciser la notion de protocole expérimental en sciences expérimentales Identifier l’apport des situations de construction de protocole pour l’apprentissage Identifier les outils permettant de construire des situations d’apprentissage dans lesquelles les élèves peuvent s’engager dans un travail de conception de protocole de manière autonome. Proposer des pistes pour aborder ces éléments dans des formations pluridisciplinaires

5 Le projet de recherche COPEX (LIG-INRP)
Questions de recherche: - Caractérisation et modélisation d'un protocole expérimental dans 4 disciplines expérimentales ; - Identification des guidages et aides dans une tâche de conception de protocole - Conception d'un environnement informatique Résultats Représentation du protocole sous forme d’un arbre des tâches Choix des tâches à confier aux élèves Critères d’évaluation des protocoles Importance de la présence, dans la situation élaborée, d’éléments permettant aux élèves d’évaluer leurs protocoles Importance de l’explicitation du/des modèles scientifiques en jeu Importance de la collaboration entre élèves

6 Une formation INRP-IUFM
Dans le cadre des projets au choix (30 heures) 20 stagiaires PLC2 SVT et SPC Trois sessions : 2008, 2009 et 2010

7 Déroulement de la formation IUFM
Séance 1 (3h) Élaboration d’un protocole de paléontologie en groupe bi-disciplinaire Analyse de la séance proposée Séance 2 (3h) Apports théoriques Analyse des traces des élèves Mise en commun Séance 3 (5h) Expérimentation des séances construites (jeu de rôle) Analyse des séances réalisées travail sur l’arbre des tâches et le protocole expert dans sa discipline élaboration d’une séance de conception de protocole dans sa discipline (SPC+SVT) Position « élève » Position réflexive (SPC+SVT) pour apports théoriques (SPC) ou (SVT) Position réflexive sur les traces Position « enseignant » Travail collaboratif par discipline

8 Durant cette formation de formateurs…
présentation de résultats du projet COPEX et d’outils Expérimentation de certaines étapes de la formation en position de concepteurs de protocole (= élève), de concepteurs de séance de conception de protocole (enseignant) de concepteurs de formation sur la conception de protocole dans une approche pluridisciplinaire

9 Un programme(1)… Première demi-journée (9h-12h15)
* Introduction : présentation de la formation *Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial en groupe bidisciplinaire * Analyse de la situation proposée * Mise en commun: éléments à prendre en compte pour l’élaboration d’une situation de conception de protocole Seconde demi-journée (13h30-17h30) * Apport théorique: Le protocole expérimental dans la démarche d'investigation: relier le registre théorique et le registre empirique. * Atelier : Analyse de traces d’élèves en situation de conception de protocole expérimental : Immunologie, Chimie, Electricité * Présentation rapide du travail du lendemain

10 Un programme(2)… Troisième demi-journée
* Atelier : élaboration d’une situation de conception de protocole * Jeux de rôle : conception d’un protocole expérimental en SPC et SVT * Analyse du jeu de rôle Quatrième demi-journée * Synthèse de l’atelier : apport du jeu de rôle pour la formation pluridisciplinaire * Évaluation du stage

11 Un site pour récupérer les informations utiles

12 Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial
durée : 1h20 en groupes bidisciplinaires de 4 personnes  Réalisez le travail demandé en suivant les consignes indiquées aux élèves.

13 Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial
Analyse de la séance : 30 min 1.  Dans la partie de l’arbre des tâches correspondant au protocole attendu : - précisez quelles tâches sont laissées à la charge des élèves et quelles tâches sont prises en charge par l’enseignant ; - indiquez les critères qui peuvent être à l’origine de ces choix. 2.  Analysez la séance de TP proposée, pour déterminer quels moyens sont mis en place par les enseignants pour rendre les élèves autonomes. La situation sera examinée du point de vue : - de la possibilité qu’ont les élèves d’évaluer leur travail - de l’organisation du travail de groupe. 3. En tant que formateurs, quels éléments vous paraissent intéressants dans ce dispositif de formation ? Comment l’améliorer ? Mise en commun ensuite: 40 min à l’aide de quelques diapo par groupe

14 PRODUCTION DES STAGIAIRES

15 Possibilités d’auto-évaluation du TP Choix des points : comparaison avec les crânes des autres groupes Fiabilité de la mesure : à l’intérieur du groupe, vérifier si des élèves différents obtiennent le même résultat Rédaction du protocole : - phase brouillon relue par tous avant la rédaction définitive - test du protocole Evaluation du protocole : test du protocole par un autre groupe et comparaison du résultat Recherche de la définition de l’angle facial et comparaison Comparer les résultats avec des résultats de scientifiques

16 Problématique et hypothèses prises en charge par l’enseignant…
Choix du matériel et d’une partie du protocole La localisation des quatre points permet la mise en réflexion de l’élève Il a ainsi été dégagé de tous les aspects « matériels » Guidage important mais choix pertinent de la « zone de recherche » Permet de fixer la réflexion sur une partie du protocole Apports d’une documentation prise en charge par l’enseignant Reproductibilité et communicabilité vécue

17 TP « crâne » : réaction des stagiaires IUFM
Sensation forte de guidage Prise en main de l’arbre des tâches Complémentarité des disciplines Pistes pour gérer le temps et l’espace Après le TP crâne

18 Points choisis par les élèves en 2006-2007
 

19 Points choisis par les élèves en 2007-2008
 

20 Protocole de mesure de l’angle facial
 O est le point le plus bas de l’orbite oculaire P est le point le plus haut du trou auditif M est le point le plus proéminent de l’os maxillaire supérieur entre les alvéoles des deux incisives supérieures centrales N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal La hauteur du crâne est le segment BP ; B est le point de rencontre des sutures fronto-pariétales et sagittale. P est le point le plus haut du trou auditif La longueur du crâne est le segment NQ ; N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal Q est le point postérieur le plus proéminent de l’occiput. Autres points servant à mesurer l’angle facial O est le point le plus bas de l’orbite oculaire M est le point le plus proéminent de l’os maxillaire supérieur entre les alvéoles des deux incisives supérieures centrales

21 Protocole de mesure du rapport Hauteur /Longueur
La hauteur du crâne est le segment BP ; B est le point de rencontre des sutures fronto-pariétales et sagittale. P est le point le plus haut du trou auditif La longueur du crâne est le segment NQ ; N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal Q est le point postérieur le plus proéminent de l’occiput. La hauteur du crâne est le segment BP ; B est le point de rencontre des sutures fronto-pariétales et sagittale. P est le point le plus haut du trou auditif La longueur du crâne est le segment NQ ; N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal Q est le point postérieur le plus proéminent de l’occiput. Autres points servant à mesurer l’angle facial O est le point le plus bas de l’orbite oculaire M est le point le plus proéminent de l’os maxillaire supérieur entre les alvéoles des deux incisives supérieures centrales

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23 Valeurs obtenues par les paléontologues Crâne X
angle facial = 78° rapport H/L = 0,57