Démarche de recherche en classe

Image avec zones cliquables hexagonales

Utilisation des connaissances acquises

Même s’il en existe d’autres, nous avons choisi de nous limiter aux 3 formes d’utilisation des connaissances acquises les plus courantes : communiquer, transférer et agir.

Communication  aux autres groupes de la classe, aux autres classes, aux parents…

Cette communication commence par l’élaboration du contenu qui rend compte de la démarche. Ce texte est particulièrement exigeant et intéressant parce qu’il demande de décrire exactement ce qu’on a fait ( ne rien oublier (mesures, témoins…) et limiter les conclusions au champ de l’expérience) …et de dire ce que l’on a appris.

L’expression des résultats doit souvent être complétée par un ou plusieurs graphiques bien choisis. 

Exemple :  Dans une recherche sur les tissus , les élèves ont dû choisir la manière la plus claire d’expliquer au visiteur de leur exposition les  matières qui composent leurs vêtements. Ils ont appris à faire un schéma en camenbert.

Matières entrant dans la composition des manteaux des élèves de la classe

Transfert des connaissances 
Avoir suffisamment intégré les savoirs et les savoir-faire construits pour être capables de les utiliser d’abord dans des situations proches puis dans des situations plus éloignées de la situation d’apprentissage.

Exemple 1 : en P5-P6, les élèves ont découvert le rapport mathématique des leviers inter appui et sont capables de représenter la situation par un schéma précis en utilisant le vocabulaire adapté.
Ils sont capables d’expliquer mathématiquement ce qui se passe lorsqu’on joue à la bascule et donc d’expliquer, à l’aide d’un schéma précis,  pourquoi certains objets de la vie quotidienne nous facilitent la vie. Exemple : l’arrache-clou





Exemple 2 : Les élèves ont appris la transmission de mouvement par des engrenages et ont travaillé la relation de proportionnalité entre le nombre de tours des engrenages et la taille des roues d’engrenages. Le transfert pourrait être de réinvestir les connaissances acquises dans la compréhension des vitesses du vélo et des rapports plateau /pignon associés.

Exemple 3 : Les élèves ont travaillé les ombres, la notion d’objets opaques, transparents, translucides. Ils ont défini ce qu’était une ombre et compris comment modifier leur taille selon la position de la lumière. Le transfert s’est fait dans une sortie dans la nature, les élèves ont créé un théâtre d’ombres à l’aide d’objets récoltés lors de la sortie.

https://apprendredehors.be/wp-content/uploads/2022/10/Apprendre-dehors-ombres-et-lumie%CC%80res-1.pdf

Actions Transformer les connaissances en actions concrètes dans l’intérêt commun et développer une éco-citoyenneté.

Les démarches de construction de savoir vécues au cours de sciences ont parfois des liens avec des thématiques d’environnement et / ou de santé. Suite aux nouvelles informations acquises, l’idée est de prolonger la réflexion par un lien vers des questions sensibles. Après avoir étudier l’isolation et la propagation de la chaleur Comment agir pour une consommation moindre d’énergie ?   Après une recherche sur la classification animale et  la prise de conscience de l’existence d’espèces en voie de disparition, quels comportements adopter pour limiter les problèmes écologiques en lien avec la diminution de la biodiversité ?

Exemple : Après avoir  approché l’existence de l’air, ses propriétés , découvert le rôle indispensable de l’oxygène contenu dans l’air et les effets néfastes  d’une trop grande concentration en CO2  les élèves font une recherche sur la manière d’aérer leur classe et  s’engagent dans une nouvelle responsabilité  collective:  aérer régulièrement la classe.

https://babelair.be/wp-content/uploads/2021/03/Babelair-ae%CC%81ration.pdf

Quelques exemples de séquences mettant en évidence l’utilisation des connaissances :

-Communication : Vent d’ici, vent de là… (cycle 3)

-Actions : Les effets de l’aération sur le taux de CO2 d’une classe

Visites

Une visite et/ou la consultation d’un expert pour construire des réponses

Une visite dans un lieu de patrimoine, dans un musée ou chez un spécialiste peut aider les élèves à construire des réponses ou à rechercher une ou des information(s) permettant de mieux comprendre un phénomène.

Les élèves se déplacent donc à l’extérieur de l’école pour rechercher des informations précises sur un sujet qu’ils maîtrisent déjà partiellement, car ils ont déjà expérimenté ou fait des recherches en classe.

Au cours de cette visite, l’élève est actif avec un projet précis. Il va vers les objets, dans un but précis, son observation est ciblée.

La rencontre avec une personne ressource liée au musée ou au lieu de patrimoine peut être très enrichissante. En effet, cette démarche valorise l’élève en tant qu’interlocuteur et lui permet, de faire des liens entre les connaissances travaillées à l’école et leurs liens avec «  la vraie vie » et  pourquoi pas, de se projeter dans une activité professionnelle.

Les élèves reviendront en classe avec des réponses aux questions posées et éventuellement des documents, des photos.

Il est très riche d’un point de vue pédagogique de prévoir en lien avec les thèmes scolaires des sorties culturelles telles que des visites au musée, qui nourrissent la recherche en cours en classe. En effet, l’approche du musée plus globale, plus informelle apporte d’autres portes d’entrée de connaissance et celles-ci sont complémentaires à l’approche plus formelle de l’école.

Une des intentions du PECA (Parcours d’Education Culturelle et Artistique) dans le cadre du Pacte pour une enseignement d’excellence est de stimuler l’organisation de sorties qui permettent d’aborder la dimension culturelles des savoirs travaillés à l’école.

Quelques exemples de séquences mettant en évidence une visite :

Une visite chez l’ophtalmologue pour poser des questions sur la vision et ses anomalies.

« Pourquoi porte-t-on des lunettes ? »

« À quoi sert la pupille ? »

Projet « Histoire d’y voir clair »

Après avoir expérimenté sur l’énergie hydraulique, avoir compris le fonctionnement d’un moulin à eau simple, une visite dans une centrale hydraulique permet de rechercher des informations sur l’évolution technique de la production d’énergie à l’aide de l’eau.

Projet « Moulins »

 

Des exemples de séquences intégrant des visites d’un musée  : 

De l’arbre à la feuille de papier (P3-P6)

Les Glacières (P6)

Le Traitement Des Eaux Usées (P3)

Pour plus d’informations :

Lien musées-écoles

Structurations synthèse

Structuration et synthèse

Les traces provisoires, intermédiaires seront retravaillées, mises en relation lors d’échanges et d’interactions pour devenir un document de synthèse structuré et corrigé.

Lors du passage aux écrits définitifs, il est intéressant de les confronter à un savoir de référence afin de prendre un recul critique.

Ces écrits de synthèse structurés et corrigés serviront à

  • institutionnaliser ce que l’on retiendra
  • communiquer vers l’extérieur
  • relancer des recherches

La forme de ces structurations est semblable aux types de traces écrites. C’est le statut de ces traces qui est différent.

Exemples de séquences mettant en évidence le travail de structuration :

Manger et après ?  P4-P6

Modéliser ou utiliser un modèle dans une démarche de recherche

A l’école fondamentale et dans le cadre d’une démarche de recherche, modéliser consiste à représenter un réel trop complexe (système digestif, respiratoire…) ou inaccessible à l’expérience (système solaire, cellules, isolation d’une maison…). Le modèle permet de simplifier cette réalité en sélectionnant un certain nombre de caractéristiques pertinentes au regard des données disponibles et/ou de l’objectif de communication poursuivi. Le modèle peut prendre la forme d’une maquette, d’un schéma, d’un programme informatique…

Le modèle peut être explicatif et/ou prédictif. Dans le cas d’un modèle prédictif, l’élève peut  alors modifier des paramètres pour tester des nouvelles hypothèses. C’est un outil pour penser, structurer, imaginer et expérimenter

Le modèle peut être soit être proposé par le professeur pour  illustrer et faire mieux comprendre un processus qui a déjà été exploré par l’expérimentation ou l’observation. Il  aussi peut être conçu ou réalisé par les élèves pour représenter une réalité.  Cette  deuxième modalité étant plus riche d’un point vue apprentissage car les élèves doivent se poser beaucoup de questions pour représenter une réalité de manière pertinente et en fonction du projet de communication qui est le leur.

Un modèle   3D  ( par exemple , un système solaire miniaturisée pour montrer le mouvement des planètes au tour du soleil )est une simplification du réel. Mais il n’est pas le réel.  C’est donc un outil, parmi d’autres, pour penser et comprendre un concept de sciences. Le modèle ne doit jamais constituer l’objectif d’un apprentissage, ce qui aurait comme conséquence de le considérer comme « vrai « .

Quelques exemples d’utilisation de modèles :

Modèle prédictif proposé par le professeur :

Mesurer, sur des maquettes de maison contenant un système de chauffage, l’efficacité de différents isolants.  

Projet « Une brique dans le cartable »

 

 

Modèle explicatif proposé par le professeur :

Une maquette de l’œil pour simplifier la réalité complexe de la dissection d’un œil.

Projet « Histoire d’y voir clair »

 

Modèle explicatif construit par les élèves :

Deux maquettes construites par des élèves pour tenter de représenter l’anatomie (insertion sur les os) et le fonctionnement du biceps et du triceps. Il s’agit de modèles qui évolueront en se confrontant à des expérimentations et à d’autres modèles issus de livres (schémas).

Projet « Athlétisme, sport sous la loupe »

Quelques exemples de séquences mettant en évidence la modélisation :

Rotation et révolution autour de la terre  P6 (utilisation d’un modèle)

L’énergie Éolienne, Une Énergie Renouvelable P5-P6-S1  (utilisation d’un modèle)

Manger Et Après  ? P4-P6 (utilisation d’un modèle)

Systèmes Circulatoire Et Respiratoire P6  (construction d’un modèle) 

Pour plus d’informations :

La modélisation

La démarche d'investigation

La démarche d’investigation

La démarche d’investigation est une composante non obligatoire, mais essentielle de la démarche de recherche. Elle se met en place quand des questions il s’agit de questions qui demandent une explication sur le phénomène étudié (comment expliquer que). Ce type de question(s) donne naissance à l’écriture d’hypothèse(s) explicative(s) qui exprime (nt) une relation de cause à effet. Après l’émission d’hypothèse(s), la démarche prévoit de valider ou pas l’hypothèse par une observation orientée , la conception d’une expérience, la consultation de documents ou d’un expert. Les élèves sont dans une posture qui se rapproche de celle du chercheur en sciences. Une grande partie donc des étapes est menée par les élèves guidés par l’enseignant. Ils formulent les hypothèses et décident des moyens d’investigation.  S’il s’agit de mener une expérience, celle-ci n’est pas réalisée par un protocole amené par l’enseignant mais bien conçue par les élèves ( voir la rubrique : statut de l’expérience en classe).

Entrer dans une démarche d’investigation exige un minimum de connaissances préalable chez les élèves, du moins empiriques, notamment pour élaborer des hypothèses pertinentes. Les idées pour construire une hypothèse se construisent par le vécu de la classe  ( antérieur) et la progression dans la démarche de recherche. Ainsi, la mobilisation, les expériences sensorielles, les expériences action ou à suivre proposées par l’enseignant enrichissent le débat dans la classe, alimentent les premières impressions sur l’objet de recherche et  par là, apportent des éléments où puiser pour alimenter la formulation d’hypothèses.

Pour aller plus loin :

Daro S., Graftiau M-C., Stouvenackers N. et Hindrickx M-N. 2011. Sciences en classe. Une démarche d’investigation pour donner du sens au cours de sciences entre 10 et 14 ans – Edition LABOR Education

J-Y Cariou in Recherche en Education, 21, p12-33, janvier 2015)

Orange, C. (2005). Problématisation et conceptualisation en sciences et dans les apprentissages scientifiques. Les Sciences de l’éducation – Pour l’Ère nouvelle, 38, 69-94. https://doi.org/10.3917/lsdle.383.0069

Manuel Bächtold, « Les fondements constructivistes de l’enseignement des sciences basé sur l’investigation », Tréma [En ligne], 38 | 2012, mis en ligne le 01 décembre 2014, consulté le 14 juillet 2023. URL : http://journals.openedition.org/trema/2817 ; DOI : https://doi.org/10.4000/trema.2817

Formuler une/des hypothèse(s)

L’hypothèse est une explication à priori devant un phénomène, un problème scientifique. Une explication raisonnée, possible, plausible face à une question. C’est une prédiction basée sur un raisonnement.

Penser une hypothèse est un acte imaginatif, créatif. Il faut réaliser une association d’idées en système explicatif. Il faut savoir faire des liens possibles et inédits de causes à effets. L’hypothèse formulée permet de faire des prédictions à propos des résultats : si l’hypothèse se vérifie, alors nous devrons obtenir tel résultat, observer tel fait.

L’hypothèse sera confrontée à la réalité des faits par enquêtes, expérimentations, observations. C’est la correspondance (ou non) des résultats de la recherche avec les prédictions qui nous dira si l’hypothèse est confirmée ou infirmée.

Pour formuler une hypothèse scientifique de qualité (plausible), il faut des connaissances minimales sur le sujet étudié. C’est pourquoi les hypothèses scientifiques sont difficiles à obtenir de la part de jeunes élèves qui n’ont pas suffisamment de références sur le sujet étudié. L’exercice d’émission d’hypothèse est souvent l’aboutissement d’une démarche de recherche.

L’émission et la vérification des hypothèses scientifiques par différents moyens définissent la démarche d’investigation.

Le terme hypothèse est parfois utilisé de manière abusive lors d’activités scientifiques à l’école. Il est en effet important de ne pas confondre les hypothèses scientifiques avec d’autres types d’hypothèses pouvant émerger lors de ces activités scientifiques. Les hypothèses scientifiques sont toujours explicatives d’un phénomène scientifique, alors que les autres types d’hypothèses sont souvent des hypothèses-suppositions ou des hypothèses-moyens.  Le type d’hypothèse va entre autres, dépendre du type de question qui est posé (cf. partie sur le questionnement).

Hypothèse-supposition: Les élèves sont face à une question complexe, car ils doivent trouver la réponse attendue par l’enseignant sans avoir pour autant les connaissances nécessaires. Ce n’est pas une explication de phénomène qui est attendue.

Par exemple, si la question est : « lesquels de ces objets vont couler et lesquels vont flotter ? » Seuls les élèves ayant déjà vécu ces expériences ou ayant les connaissances nécessaires peuvent répondre.  Pour les autres, il s’agira de deviner les réponses attendues. Dans ce cas, l’enseignant ne mène pas les élèves à chercher à comprendre pourquoi certains objets flottent tandis que d’autres coulent, il cherche uniquement à classer les éléments entre ceux qui flottent et ceux qui coulent. Sans autres connaissances, les élèves ne peuvent émettre que des suppositions. 

Hypothèse-moyen :

Il s’agit pour les élèves de trouver une manière de résoudre le  problème auquel ils sont confrontés, mais sans chercher à comprendre l’explication du phénomène.

Par exemple : «Comment faire pour faire flotter la gomme ? » Une réponse possible d’élèves est : « on la met dans un bateau ». L’élève cherche un moyen pour faire flotter la gomme. Il sait que les bateaux flottent sur l’eau donc, il propose de placer la gomme sur un bateau.

Hypothèse explicative = hypothèse scientifique: Comment se fait-il que la gomme coule alors que la balle de ping-pong flotte? Si les élèves proposent: “C’est peut-être parce qu’elle est ronde que la balle flotte, c’est peut-être parce qu’elle est en frigolite, c’est parce que c’est léger que ça flotte…”, ils sont sur le chemin des hypothèses scientifiques. On peut alors travailler sur la formulation de ces propositions pour mieux faire ressortir le facteur supposé intervenir dans le phénomène étudié:

Hypothèse 1 : la forme de l’objet influence le fait qu’il flotte ou non

Hypothèse 2 : la matière de l’objet influence le fait qu’il flotte ou non

Hypothèse 3 : la masse de l’objet influence le fait qu’il flotte ou non

Quelques séquences mettant en évidence la formulation d’hypothèse(s) :

Muscles et squelette  (P4)

Pour plus d’informations  :

J.Y. Cariou, 2007 , Un Projet pour… faire vivre des démarches expérimentales – Edition Delagrave

L’observation

L’observation est une démarche très importante et à finalités multiples. Elle est souvent considérée comme primordiale en éveil scientifique. Il est donc souvent demandé aux élèves d’observer. Mais si cette action peut paraître évidente, l’observation scientifique requiert des savoir-faire qui ne sont pas innés. C’est donc une attitude à développer chez les élèves.

Être bon observateur n’est pas qu’une question de bonne perception des choses. On ne devient bon observateur que lorsqu’on peut donner sens aux objets. Ce sens n’apparait que parce que l’on peut faire des liens avec les référents connus. C’est grâce à des recherches qui ont permis de mettre en place des observations organisées et investigatrices que les élèves vont peu à peu devenir de bons observateurs autonomes et spontanés. C’est parce qu’un cadre théorique se construit que l’observation peut se faire. Ou comme le dit Jean-Pierre Astolfi, didacticien des sciences, « il faut savoir pour voir et non voir pour savoir ».

A l’école, on peut distinguer  5 registres d’observations  (Daro et al, 2011; Guichard 1998 et Harlen 2012) :

  • Observer pour comprendre : cette activité fait suite à un questionnement, à une situation problème. Une fois le problème posé, elle permet de récolter des éléments de réponse. Elle intervient dans la construction d’un modèle explicatif, d’un concept qui permet d’interpréter le réel.

Exemple : observer pour comprendre l’organisation d’une fleur, d’un fruit avant d’observer pour comprendre  la transformation de certaines parties de la fleur pour former le fruit;

  • Observer pour nommer : il est possible d’observer un organisme dans le but de le nommer en utilisant un document qui reprend des schémas ou des photos d’organismes.
  • Par exemple, les élèves peuvent avoir à leur disposition un document reprenant différentes photos d’organismes du compost et par un jeu de va-et-vient entre l’observation au binoculaire et l’analyse des propositions du document, ils peuvent  nommer les vivants observes; Observer pour comparer:  observer les similarités et les différences pour comparer deux éléments permet d’identifier un ensemble de propriétés ou de conditions qui permettent d’expliquer quelque chose, de classer ces éléments ou encore de résoudre un problème. C’est la relation entre une observation et une autre qui permet de comprendre des évènements ou de constater des régularités.

Par exemple, observer la position de différents liquides (grenadine, glycérine, eau et huile) afin de construire le notion de masse volumique.

  • Observer pour ressentir : la vue est le sens premier utilisé pour observer le monde qui nous entoure. Il est aussi utile d’exercer les autres sens à observer, pour écouter les sons de notre environnement; l’ornithologue a particulièrement développé ce sens. Le toucher, l’odorat sont mobilisés afin de tenter de détailler, de définir davantage ce qui entoure.

Par exemple, toucher différents types de laine afin de constater les différentes textures.

  • Observer pour se poser des questions : l’observation peut être première lors de la mise en place d’une démarche. Dans ce cas, elle sera amenée par l’enseignant dans le but de déstabiliser l’élève, de le rendre curieux, de l’inciter à s’intéresser… tout en lui laissant une grande part de liberté dans son observation. L’émergence de questions qui suivra cette observation permettra d’impliquer l’élève dans la recherche de réponses aux questions qu’il se sera posées. Cela nous semble important de varier le type d’observation proposée aux élèves, et surtout de bien leur annoncer le projet et le cadre de l’observation

Il existe différentes formes d’observation :

  • Libre :  chez l’élève au départ,l’observation libre est souvent le signe d’une curiosité et amène à un questionnement. Beaucoup d’enseignants encouragent l’observation tout en la laissant libre. Elle reste, dans ce cas, personnelle et subjective et donc non scientifique même si elle est utile à l’enseignant à qui elle permet d’identifier les centres d’intérêt ainsi que les préconceptions des élèves ; 
  • Organisée : si on souhaite qu’elle devienne scientifique, qu’elle soit donc plus objective et généralisable, il est nécessaire que l’observation évolue. Elle nécessite l’apprentissage dirigé de techniques d’observation systématiques L’observation est soit orientée par des questions, soit par une hypothèse à confirmer ou à infirmer. Elle nécessite alors la sélection de critères d’observation. Cette forme d’observation a pour objectif principal de répondre à une question précise, ou de vérifier une hypothèse. Elle sert à la compréhension d’un phénomène ;

L’observation est organisée dans le temps :

  • ponctuelle, soit parce que le changement à observer s’effectue rapidement dans le temps, soit lorsqu’il n’y a pas lieu d’observer un quelconque changement de l’objet de l’observation (par exemple pour relever la présence de graines dans un fruit) ;
  • continue ou prolongée dans le temps, effectuée à intervalles plus ou moins réguliers (à déterminer en fonction du phénomène observé). Elle nécessite un encadrement spécifique (outils pour déterminer la fréquence des observations, leur durée, etc.) et nécessite également de garder des traces de l’ensemble des résultats d’observation.

Quelques séquences travaillant l’observation :

Composter, C’est Imiter La Nature ! P4

Qui Est Mangé Par Qui? P4

Les Signes Du Printemps  (maternelles)

De branches en braches P3

Pour plus d’informations  :

Expériences aux statuts variés

Lorsque des expériences sont proposées dans des séquences d’apprentissage, elles n’ont pas toutes la même fonction, la même place. Selon le statut de l’expérience, les apprentissages développés chez les élèves sont différents. Il est donc important pour l’élève de vivre les différents types d’expériences, car elles le placent dans différentes conditions pour apprendre. 

Expériences pour ressentir : à l’aide d’un ou plusieurs des 5 sens (ouïe, vue, odorat, toucher, gouter) permettre la perception par le corps des phénomènes abordés. Cette approche sensorielle est particulièrement intéressante pour démarrer une séquence. Il est important de ne pas en rester là afin de dépasser le côté subjectif de ce type d’expérience.

Exemple :

Les élèves ont les yeux bandés. L’enseignant leur demande d’enfiler une chaussette sur chaque main : l’une est blanche et l’autre est noire. Ils placent leur main devant un spot allumé (à même distance). Lorsqu’ils détectent une différence de température, ils lèvent la main qui leur semble la plus chaude. Beaucoup d’élèves vont lever la main qui porte la chaussette noire…mais pas tous. Il s’agira donc de vérifier de manière objective ce ressenti dans la suite de la séquence.

Expériences action: manipuler les objets afin de se familiariser avec un concept par un tâtonnement expérimental de type essai-erreur. Relever de la même manière un défi concernant un phénomène présenté en classe.  C’est l’action qui prime et c’est l’élève lui-même qui en est l’auteur. Ces expériences permettent à l’enseignant de déceler les modes de raisonnement spontanés qui ont guidé l’action de l’élève. L’enseignant, durant cette manière d’expérimenter, est à l’écoute et cherche à favoriser l’expression des élèves. En observant la classe, il prélève des informations qui lui permettront d’intervenir durant les échanges entre les groupes. Il repère des problèmes scientifiques intéressants et détermine une variété d’objectifs possibles.  Il est donc important de ne pas en rester à l’expérience action. 

Il existe deux types d’expérience action :

  • La manipulation libre : l’enseignant propose aux élèves une manipulation libre d’un matériel (par exemple : manipulation libre dans le bac à eau, ou le bac à graine avec tuyau, récipients, entonnoirs, tamis …)
  • Le défi expérimental : l’enseignant propose un défi. La résolution se fait par une expérimentation où c’est l’action qui prime. Les situations défi proposées sont attrayantes par leur caractère ludique et l’obstacle est choisi de manière à être franchissable. (par exemple : trouver les moyens de faire fondre un glaçon).

Exemple : les élèves ont du matériel à disposition et doivent trouver un moyen de chauffer l’air dans d’une bouteille (un thermomètre ayant été placé dans la bouteille). Certains élèves vont placer la bouteille sur un radiateur allumé. D’autres élèves vont placer la bouteille près d’une fenêtre de manière à exposer la bouteille aux rayons du soleil. Enfin, d’autres élèves vont placer la bouteille entre leurs mains chaudes.

Expériences à suivre : découvrir une information sur le concept ou le phénomène observé en exécutant les consignes et en suivant le protocole fourni par l’enseignant.  Cette méthode convient  surtout à des élèves qui ont besoin d’un cadre précis pour travailler. Elles permettent d’illustrer une loi.

Vigilance : C’est ce type d’activité expérimentale qui est le plus rencontré à l’école. Mais l’expérience à suivre n’a de sens que si elle est intégrée dans une démarche de recherche et qu’elle est choisie pour apporter des réponses suite à un questionnement préalable. Sinon, si l’expérience est proposée d’emblée à l’enfant en lui demandant d’en tirer les conclusions comme c’est le cas dans beaucoup de fichiers d’activités, nous tombons dans une pédagogie de la devinette mettant l’enfant dans la situation de chercher ce qu’on veut lui faire dire. Il n’y a que ceux qui connaissent déjà la loi ou le principe qui est illustré qui peuvent participer. Ceux qui ont peu de référent sur le sujet n’apprennent pas par ce moyen et diront qu’ils ne comprennent rien aux sciences. Si l’enseignant n’utilise que cette méthode directive, il donne alors une image très dogmatique des sciences. Le réel semble se comporter comme le dit la loi ! On voit même des enseignants trafiquer l’expérience pour être sûr « que cela marche » (pour être certains que le réel montre bien ce qu’on veut lui faire dire). Et l’on comprend dés lors le coté absurde de cette méthode.

Cependant, des expériences à suivre bien choisies, intégrées parmi d’autres moyens et en lien avec une question, ou une hypothèse clairement annoncée, permettent toutefois une certaines structuration des apprentissages et l’exercice de techniques scientifiques (mesurer avec différents outils, manipuler, orienter son observation…).

Exemple : l’enseignant distribue un protocole à suivre : les élèves doivent prendre 3 bouteilles (dans lesquelles un thermomètre a été placé), placer un morceau de plastique (bleu, noir, blanc) sur chaque bouteille et placer ces 3 bouteilles à égale distance d’un spot. Ils doivent ensuite, en même temps allumer le spot et relever la température dans chaque bouteille, toutes les 3 minutes.

Expériences à concevoir : Est une expérience permettant de vérifier une hypothèse scientifique émise lors d’une démarche d’investigation. Une hypothèse scientifique est une hypothèse qui explique une relation de cause à effet (hypothèse explicative). Elle nécessite donc une vision théorique préalable.

D’un point de vue pratique, l’expérience à concevoir exige une anticipation sur ce que l’on va faire : il y a l’écriture d’un protocole qui doit spécifier la variable que l’on va mesurer : taille, poids, temps, distance… Les autres variables doivent être fixes. Si les autres variables ne sont pas fixées, elles risquent de brouiller la relation de cause à effet que l’on cherche à vérifier.On doit également décider des modalités des mesures et veiller à garder le même outil de mesure pendant l’expérience (la même latte, le même chronomètre, etc.).

Les résultats de l’expérience s’ils vérifient la validité de l’hypothèse posée ne peuvent être considérés comme une preuve absolue. L’hypothèse a été vérifiée dans un champ local : celui de la classe avec le matériel mis à disposition des élèves. Si les résultats valident l’hypothèse, la répétabilité de l’expérience augmente sa validité.

Par exemple : les élèves doivent vérifier l’hypothèse selon laquelle, un plastique noir permettra une meilleure absorption de la chaleur. Pour cela, du matériel est mis à leur disposition. Ils doivent établir un protocole d’expérience et le présenter à l’enseignant. Lorsque ce dernier le valide, les élèves peuvent effectuer leur expérience et récolter les résultats.

Quelques exemples des différents types d’expériences

Expérience pour ressentir

Enfoncer un ballon dans l’eau pour ressentir la poussée d’Archimède.

Projet « Sports sous la loupe »

 

Expérience action

Défi : faire tourner une roue avec un gobelet d’eau.

Projet « Moulins »

 

Expérience à suivre

Le professeur propose une expérience mettant en évidence la loi suivante : si les forces ne sont pas opposées,  le tonneau se déplace. Le sens du déplacement correspond à la résultante des forces.

Projet «Faut pas pousser, ça roule tout seul »

Exemples de séquences mettant en évidence des expériences

Où Est Passée L’eau De La Cour ? (P2)

Un Clic, Et Ça Circule ! (P5)

Circuit Ouvert, Circuit Fermé ! (P2)

Isoler Le Chaud… (P5-P6)

Haut Le Château ! (P3)

Pour plus d’informations : 

Coquidé-Cantor Maryline. Les pratiques expérimentales : Propos d’enseignants et conceptions officielles. In: Aster, recherches en didactique des sciences expérimentales, n°26, 1998. L’enseignement scientifique vu par les enseignants. pp. 109-132

Hypothèse Asbl : Daro, S., Graftiau, M-C., Stouvenakers, N., Hindryckx, M-N., Sciences en classe – Une démarche d’investigation pour donner du sens au cours de sciences, Ed. Labor Education, 2011

Cariou, J-Y., Un projet pour…faire vivre des démarches expérimentales, Paris, Delagrave, 2007

Coquide, M., Expérimenter – Cahiers pédagogiques, n°409, Décembre 2002

Questionnement

Le questionnement doit « appartenir » aux élèves tout en permettant une recherche qui  les mette en raisonnement scientifique et les mène à des savoirs pertinents. Si, en réponse à la mobilisation, les élèves posent spontanément des questions, le rôle de l’enseignant va dans un premier temps aider les élèves à trier, à ordonner, à regrouper ces questions…Si la mobilisation n’est pas suffisante pour déclencher directement des questions chez les élèves, l’enseignant peut poser une première question pour amorcer la réflexion

Mais les questions posées par l’enfant sont parfois très factuelles, elles nécessitent d’être rattachées par l’enseignant à un problème plus complexe en lien avec les attendus d’apprentissage propres à la discipline. Il est important, si on veut entrer dans une démarche d’investigation, que les questions deviennent les questions de tous, c’est-à-dire qu’elles soient comprises et prennent sens pour tous. C’est l’enseignant qui doit garder la main, pour orienter la recherche vers des problèmes scientifiques pertinents. La part du maitre est importante dans cette étape. Par exemple, plutôt que de savoir quels sont les os du corps et combien il y en a, il sera plus pertinent d’envisager une recherche sur comment sont agencés les os et les muscles pour permettre un mouvement. Ce qui n’empêchera pas de traiter un moment la question de noms des os (connaissance nécessaire également) et  la question éventuelle du nombre dos dans le squelette posée par un élève (connaissance anecdotique mais qui constitue une préoccupation pour certains).

Jean- Yves Cariou  (Un projet pour…faire vivre des démarches expérimentales, 2007) distingue 3 types de questions qui vont entrainer 3 types d’hypothèses (explicatives, des suppositions factuelles et de la recherche de moyens).

Type d’interrogation de départ

Ce qu’on recherche :

Ce qu’on propose :

Questions informatives :

Où ? Quand ? Qui ? Quoi ? Est-ce que? Combien ?

Recherche d’informations

S’informer sur … (savoir que …, savoir si…, savoir quand…)

Des suppositions factuelles

Questions pragmatiques :

Comment faire ?

Recherche  de solutions pratiques

Parvenir à ….

On propose des moyens pour résoudre le défi technique

Questions scientifiques:

Comment s’explique ?

Comment ça marche ?

Recherche d’éléments explicatifs

Comprendre….

On émet une ou plusieurs hypothèse(s) explicative(s)

Seule une question en recherche d’explications peut mener à la formulation d’une hypothèse scientifique et donc à la mise en place d’une démarche d’investigation. Les questions « en recherche d’explications » n’émergent généralement qu’après avoir exploré les autres types de questions.

Exemple de questions de type recherche d’information :

Après la visite d’un moulin :
« Y a-t-il des moulins dans toutes les rivières ? »
« Tous les servent-ils à moudre du grain ? »

La recherche de réponse va nécessiter une recherche documentaire dans des livres, sur le web, la rencontre d’un expert. Idéalement, ce sont les élèves qui font la recherche et l’enseignant les guide dans leur démarche.

Exemple de question de type recherche d’un moyen pratique :

Au cours d’une activité scientifique sur la fusion de la glace : « comment faire pour faire fondre le glaçon le plus rapidement possible ? »

Si on leur en donne l’occasion, les élèves répondent généralement à cette question par des « expériences action » : ils s’emparent du matériel à leur disposition et essaient de résoudre le problème en associant souvent plusieurs moyens : la bougie, la pierre bleue, le morceau de laine…

 

Exemple de question de type recherche d’une explication :

Au cours d’une activité sur les moulins :
« Quels sont les facteurs qui influencent la vitesse de rotation de la roue et donc l’efficacité du travail réalisé par le moulin (moudre le grain) ».

Ils ont isolé les facteurs : nombre de pales, débit de l’eau et hauteur de la chute d’eau. Ils ont émis des hypothèses par exemple :
« Plus la chute d’eau est élevée, plus le moulin tournera vite. ».

Ils ont ensuite mis en place des expériences pour vérifier cette hypothèse.

Quelques exemples de séquences mettant en évidence le questionnement :

Systèmes Circulatoire Et Respiratoire P6

Pour plus d’informations :

J.Y. Cariou, 2007 , Un Projet pour… faire vivre des démarches expérimentales – Edition Delagrave

Mobilisation

La mobilisation

Pour qu’un élève s’implique dans une démarche de recherche en sciences, il est nécessaire qu’il y trouve un sens correspondant à cette démarche. Pour ce faire, l’enseignant propose une situation de départ qui doit idéalement surprendre, interpeller, questionner, tout en proposant une contextualisation des savoirs abordés dans la démarche. Il est important que cette activité soit vécue par tous les élèves afin d’établir un cadre commun.

L’objectif de la mobilisation est que la situation de départ devienne le problème de l’élève, qu’elle l’amène à se poser des questions de types scientifiques ou à s’approprier la ou les questions (s) émise (s) par l’enseignant.  Il est important que la question posée aux élèves reste dans leur ZPD (zone proximale de développement). L’élève ne doit pas se sentir piégé par une question tellement complexe (loin de lui), auquel cas, il n’a rien a répondre. Il ne faut pas non plus poser une question tellement basique qu’elle amène directement à la structuration finale.

Le temps consacré à la situation de départ doit être suffisamment long pour que l’élève puisse s’y projeter et construire des liens affectifs qui seront autant de facilitateurs pour son apprentissage.

Il existe différents types de sensibilisation  qu’elles soient fortuites ou provoquées : événement d’actualité, événement vécu par la classe, observation spontanée, sortie sur le terrain ou au musée, expérience spectacle, expérience sensorielle,  lecture,  défi,  activité artistique,  observation libre…

Quelques exemples de séquence mettant en évidence la mobilisation : 

Visiter et observer une glacière à glace naturelle

Permet de se poser des questions sur la conservation de la glace et de travailler les concepts de changement d’état et d’isolation.

Projet « Glacière »

 

 

Un livre narratif qui propose une expérience sensorielle autour de l’air.

Permet de poser des questions sur l’air et ses propriétés.

Projet « Abcd’Air »

Un projet bricolage qui dans sa conception pose des questions de sciences sur les concepts de mélange solide-liquide, de densité et de solubilité.

Projet « Mélanges et démélanges »

Un test de préconceptions qui mobilisent les élèves dans un problème : Une séquence sur le cycle des plantes à fleurs commence par la réalisation d’un schéma par les élèves qui doit expliquer comment la plante à fleurs assure la reproduction. C’est sur base des propositions des élèves que des questions émergent car tous n’ont pas les mêmes idées.

Mais aussi.. :

Rotation Et Révolution De La Terre (P6)

Les Arbres Ont-Ils Un Sexe ? (cycles 2 et 3)

L’air (Maternelle)

Manger et après ? (P4-P6)

Traces au cahier de sciences

Les traces, c’est l’ensemble des écrits, croquis, dessins, protocoles, comptes-rendus, mesures … qui entourent, soutiennent et sous-tendent les apprentissages en sciences.

Elles sont un moyen de prendre du recul sur l’action ou l’observation.  Elles permettent de mettre en relation les éléments découverts au cours des activités, d’établir des analogies avec le vécu et de synthétiser ce qu’on sait déjà.

La structuration est une étape essentielle dans la construction de la pensée.

Des traces à chaque étape de la démarche :

La trace gardée dès la mobilisation sera la mémoire des observations et questionnements de départ.

Elle permet à l’enseignant de prendre conscience des représentations mentales de chacun des élèves afin de mieux baliser la recherche et d’anticiper les obstacles.

Garder des traces individuelles puis collectives des questionnements et des hypothèses émises permettra à l’élève d’y revenir et de construire peu à peu des réponses.

Ces écrits provisoires, intermédiaires seront retravaillés, mis en relation lors d’échanges et d’interactions pour devenir un document de synthèse structuré et corrigé.

Lors du passage aux écrits définitifs, il est intéressant de les confronter à un savoir de référence afin de prendre un recul critique.

 

Ces écrits peuvent donc prendre différentes formes :

Les écrits personnels pour

Les écrits collectifs

de groupes pour

Les écrits collectifs

de la classe pour

  • exprimer ce que je pense, ce que je ressens
  • dire ce que je vais faire et pourquoi
  • décrire ce que je fais, ce que j’observe
  • interpréter les résultats
  • reformuler les conclusions collectives
  • communiquer à un autre groupe, à la classe
  • questionner sur un dispositif, une recherche, une conclusion
  • réorganiser, réécrire
  • communiquer vers l’extérieur
  • réorganiser
  • relancer des recherches
  • questionner, en s’appuyant sur d’autres écrits
  • préciser les éléments du savoir en même temps que les outils pour les dire (lexiques)
  • institutionnaliser ce que l’on retiendra

En résumé les traces  peuvent :

– se trouver sous la forme de tableau, texte, graphique, schéma, photographie… ;

– être produites par l’élève, un groupe d’élèves, l’enseignant, les élèves avec l’enseignant ou être une trace externe ;

– être intime, dirigée ou corrigée.  Dans ce cas, il est important de choisir un code précis pour différencier les traces intermédiaires, personnelles non corrigées des traces de synthèse corrigées et validées ;

– être intermédiaire ou sous forme de synthèse 

Quelques exemples de séquences mettant en évidence les différentes formes de traces :

– L’énergie éolienne, une énergie renouvelable P5-S1

Les cycles de vie Mé-M3

Où Est Passée L’eau De La Cour ? P2

Vivant, Mais Pas Que… !   P1  (cf. le cahier de traces )

Rotation Et Révolution De La Terre P6  (cf. le cahier de traces)

Pour plus d’informations :

Les traces en sciences

Débat

Dans une approche constructiviste de l’enseignement des sciences, l’enseignant guide une élaboration collective d’un discours raisonné et celle-ci passe par des moments de confrontation des idées des élèves. La collaboration et la négociation occupent dès lors une place importante. Dans les étapes qui décrivent la démarche de recherche en classe, nous désignons par « débats » ces moments récurrents d’interactions au sein de la classe.

Dans le cadre de la démarche de recherche en classe, le débat doit idéalement se situer à tous les niveaux. Voici quelques étapes clés du débat dans la démarche de recherche :

  • Dans la phase de sensibilisation : il permet aux conceptions et aux questions d’émerger ;
  • Dans la phase de questionnement : il permet de problématiser, de cerner les questions essentielles qui nécessitent une recherche d’explication(s) ;
  • Dans la phase d’émission d’hypothèses :le débat est présent lorsqu’il faudra transformer les questions sélectionnées en systèmes explicatifs, c’est-à-dire en hypothèses et lorsque les élèves devront argumenter leurs systèmes explicatifs (hypothèses) ;
  • Dans la phase de recherche de réponses pour imaginer les activités qui permettront de tester ces hypothèses ;
  • Dans la phase de structuration et synthèse pour confronter les résultats obtenus aux hypothèses émises, aux savoirs « admis »  par la communauté scientifique et progressivement construire un savoir raisonné.

Voici quelques questions clefs pour animer le débat au cours d’une démarche de recherche :

  • Comment savoir ?
  • À votre avis ?
  • Pourquoi penses-tu que … ?
  • Comment expliques-tu ce phénomène ?
  • Comment pourrait-on s’y prendre pour répondre à cette question ?
  • Qu’est-ce qui te faire dire cela ?
  • Par rapport à l’expression d’idées :
      Essaie de préciser ce que tu penses ?
      Qu’est-ce que tu veux dire ? 
  • Deux pistes sont avancées, pouvez-vous argumenter pour voir quelle idée est plus pertinente ?
  • Par rapport à la formulation d’arguments :
    – Es-tu sûr de ce que tu dis ? 
    – Qu’est-ce qui te permet de dire cela ? 
  • Comment pourrait-on faire pour le savoir ?
  • Par rapport à l’expression des hypothèses : reprendre sur un ton interrogatif ce qui est avancé sur un ton affirmatif

Comme n’importe quel débat organisé en classe, ces débats scientifiques doivent être organisés par l’enseignant et régis par des règles strictes, acceptées par tous (limitation du temps de parole, respect des autres…).

Quelques exemples de séquences mettant en évidence l’importance du débat :

La reproduction humaine (maternelles-début de primaire)