Démarche pédagogique et scientifique |
Démarche scientifique |
Méthode expérimentale |
1. Agir et s'interroger
2. Agir et trouver des réponses Observation Expérience Modélisation Enquête Recherche documentaire Mesure de données Réultat 3. Agir et mettre en forme la connaissance Institutionnalisation des connaissances ( Merieu ) Elaboration progressive d'un schéma |
1. Problème
2. Affirmation Résolution de problèmes par confrontation des idées au réel
3. Explication du modèle, de la réalité
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1. Observation Hypothèses 2. Expériences (modification du réel pour en voir l'effet ) Résultat Interprétation
3. Conclusion |
N.B:
Agir : parce que l'élève est au centre des apprentissages, il doit agir dans toutes les phases (1,2,3)
Méthodes et démarches sont deux choses différentes:
-démarche=succession d'étapes à découvrir ; les étapes sont choisies dans un ensemble de possibles
Une expérience= modification du réel pour en voir l'effet (je peux dire si je réfute ou non l'idée de
départ);
Lorsqu'on construit un modèle à partir duquel on expérimente, on fait des simulations à confronter au réel (mise en rapport des deux) avec une phase de critique du modèle (ex: réalisation de pantins seulement de profil ou facial alors que notre corps est articulé dans les deux dimensions)
Etapes de la démarche |
Quelle signification pour chacune des démarches ? |
Contrat pédagogique (projet) |
présentation du projet ( donner du sens à l'activité proposée |
Contrat didactique |
établissement de relations de confiance ( laisser le but de l'apprentissage non dit ) |
Fabrication d'une maquette ( conception- réalisation ) |
motivation - situation déclenchante expression de la représentation de chacun ( évaluation diagnostique ) le fait de construire une maquette oblige à plus de réflexion que le dessin |
Observation des productions |
échanger, comparer, lister les observations,les questions ( l'enseignant gardant une trace écrite des observations de chacun ) conflit socio-cognitif (cf. Piaget )= divergence, confrontation, contradiction, controverse... |
Problème |
produire un questionnement |
Observations sur les insectes |
Recherche de réponses: #vérifier ce que je savais #découvrir de nouvelles choses # Répondre aux questions #voir si les critères sont pertinents # comparer |
Organiser la trace écrite |
( noter, dessiner, complèter un dessin ): tâche matérielle qui permet de vérifier une opération mentale |
Utiliser du matériel |
compétences techniques (se servir d'une loupe , d'une loupe binoculaire ) |
Mise en commun des observations et réalisation d'un tableau Dégager les critères pour définir le plan d'organisation d'un insecte |
rendre compte des observations, traduire les résultats d'une manière synthétique et dégager les synthèse de la connaissance |
Dessin de profil d'un insecte type |
évaluation formative |
Prolongements: vérifier le plan d'organisation par la recherche de "petites bêtes" dans la nature ( Est-ce que ce sont des insectes ? ) ou proposer un classement à partir d'insectes apportés ou de photos |
évaluation sommative |
Maquette d’un insecte
Objectif : Construire une démarche d'appropriation de connaissances
Organisation : individuellement, par 2, par groupe...
Matériel : papier, carton, colle, scotch, ciseaux...
Consigne : Avec le matériel dont on dispose, fabriquez une maquette d'insecte.
A/ Phase de réalisation de la maquette
B/ Phase d'observation des maquettes
Elaboration d'une liste d'observations, de questions.
- un insecte aurait 3 paires de pattes
- quel est l'emplacement exact de ces pattes ?
- le corps serait en trois parties
- y a-t-il toujours des yeux ? … quel emplacement ?
- y a-t-il 0, 2 ou plus d'antenne(s) ?
- y a-t-il des ailes ? combien ? dans quel axe, quelle orientation ?
- quel emplacement ? quelle est leur rigidité ?
- présence ou non d'une langue, d'une trompe, de mandibules ?
- y a-t-il des crochets au bout des pattes ?
- y a-t-il un sexe ?
- le corps est-il articulé ?
- de quelle couleur ? ...
question : A-t-on représenté des insectes ?
C / Observations sur des insectes
matériel : - loupe
- loupe binoculaire ( l'objet observé se pose mais est
éclairé par le dessus)
- microscope ( l'objet observé doit est mince car la
lumière doit le traverser )
- pinces
D / Mise en commun des observations
Du point de vue méthodologique, amener les enfants … concevoir eux-mêmes un système compréhensible (d‚marche menant au tableau … double entrée )
Tableau permettant de visualiser le plan d'organisation d'un insecte
(critères pertinents: corps en 3 parties c.a.d. segment‚ (tête, thorax, abdomen), 3 paires de pattes fixées chacune sur un anneau du thorax, 2 antennes, 2 gros yeux … facettes, pièces buccales de formes
différentes suivant le régime de l'animal )
La respiration
Objectif : Mener des expériences et en dégager une démarche
Première partie : Description des expériences proposées
Fabrication d’un spiromètre
Matériel : bouteille et bassine remplies d’eau, tuyau.
1) Introduire le tuyau dans la bouteille. Puis retourner celle-ci dans la bassine. Expirer une première fois normalement, une seconde fois en se forçant.
Problème soulevé : Comment trouver une unité de mesure permettant de comparer les résultats?
Exemple de réponse : graduer la bouteille
2) Même matériel , mais avec la bouteille vide.
Inspirer une première fois normalement, une seconde fois en se forçant.
Mesurer, comparer.
Mesures au repos, après un effort, puis après quelques minutes de repos ; en dégager le volume d’air ventilé en une heure.
1) température : inspiration = température ambiante
expiration = expérience à trouver
2) Humidité : souffler sur une plaque de verre déposée au réfrigérateur
3) Expériences proposées afin de dégager un paramètre :
Verser un peu d’eau de chaux dans le fond de l’éprouvette, boucher l’éprouvette, glisser une pipette jusque dans l’eau de chaux et une seconde pipette bien au dessus de la surface . Souffler dans la pipette plongeant dans l’eau de chaux. Observer.
Répéter l’opération, mais cette fois-ci, inspirer doucement dans l’autre pipette.
Remplir un bac d’eau de chaux. Plonger une paille et souffler dedans. Observer .
Répéter l’opération, mais à la place de la paille , installer la pompe à aquarium. Observer, comparer.
Remplir un bocal d’air ambiant, fixer la bougie sur le support, allumer la bougie et la plonger dans le bocal, fermer le bocal. Mesurer la durée de combustion de la bougie.
Répéter l’opération mais cette fois avec un bocal rempli d’air provenant d’une vingtaine d’expirations. Mesurer la durée de combustion, comparer.
Matériel : 12 bandes de carton (même longueur), attaches parisiennes,
Avec le matériel, construire un cube. Le déformer en gardant une partie fixe.
Observer.
Matériel : une bouteille en plastique compactable, un ballon de baudruche.
Compacter la bouteille, y placer le ballon dégonflé. Tirer sur la bouteille . Observer.
Matériel : Cæur et poumons d’agneau, paille ou pipette de verre, bac.
Introduire la pipette dans une bronche (ou la trachée). Souffler. Observer.
Deuxième partie :Mise en commun des résultats et observations des différentes expériences.
Spiromètre
: - expiration normale difficile à mesurer en réalité- expiration forcée supérieure à 1500 ml
- mêmes résultats pour l’inspiration.
Fréquence :
- au repos : 15 à 25 respirations par minute Etudier des tableaux de mesure officiels.Modifications :
- de la température : air ambiant = 20° à 21°, air expiré = 29° à 31°- Constat de l’humidité contenue dans l’air expiré,
- l’eau de chaux blanchit quand on souffle dedans, mais ne se trouble pas quand on inspire (l’air expulsé est différent de l’air ambiant). Avec la pompe à aquarium (ou pompe à vélo), l’eau de chaux ne se trouble pas. Il y a bien un facteur de la respiration qui trouble l’eau de chaux.
Combustion :
- Dans l’air ambiant, la bougie reste allumée environ 30 secondes,- Dans la bouteille remplie d’air expiré, elle reste 17 secondes.
Cette expérience est nécessaire pour expliquer le bouche à bouche : on montre ainsi qu’il reste de l’oxygène dans l’air expiré ( 21% d‘oxygène dans l‘air ambiant, 16% dans l‘air expiré). On peut étudier des tableaux montrant la composition de l’air ambiant et de l’air expiré pour affiner ce travail.
Une autre expérience est possible :
Matériel : Bouteille close avec plante et bougie allumée : la bougie brûle longtemps.
Le même dispositif avec un film noir sur la bouteille et la bougie s’éteint.
Mouvement de la cage thoracique
: met en évidence deux volumes différents :volume du cube = côté x côté x côté volume du parallélépipède = L x l x h
———
> Volume du cube > volume de parallélépipèdeVolume libéré par le mouvement des muscles intercostaux :
Le poumon est passif, ce n’est pas un ballon, il n’est pas creux . Il gonfle car il prend du volume quand la cage thoracique s’écarte grâce aux muscles intercostaux. La cage a plus de volume, donc les poumons prennent la place, donc l’air entre.On peut aussi faire cette expérience avec un entonnoir transparent( ou une bouteille coupée en 2), un ballon et une membrane fixée par une ficelle sur l’entrée de l’entonnoir. On tire sur la membrane et on observe à l’autre bout le ballon placé à l’intérieur.
Troisième partie : Intégrer une ou plusieurs manipulations dans une démarche scientifique pour le cycle 3.
Pour préparer une activité, il faut définir:
-
l’objectif de connaissance : c’est ce que je veux apprendre à mes élèves, ce qu’ils doivent savoir à la fin de l’activité ; la formulation est à adapter selon le niveau concerné. Ex : Au niveau des poumons, l’oxygène de l’air passe dans le sang. Le gaz carbonique produit par les organes est rejeté à l’extérieur (et non : mise en évidence des échanges gazeux dans la respiration).-
la situation déclenchante : expérience avec de l’eau de chaux qui se trouble, observation-
le problème que je pense faire émerger : Pourquoi l’eau change dans l’air expiré?-
les hypothèses possibles des élèves : c’est de l’air chaud, c’est les bulles, c’est la salive, c’est l’air sale, c’est l’air qui a travaillé…-
les activités de résolution du problème ou d’invalidation des hypothèses:expériences avec de l’eau de chaux, paille, pompe à vélo, en remuant…. pour qu’il ne reste que la responsabilité de l’air expiré.
-
la lecture de tableaux montrant les différences de composition entre l’air ambiant et l’air expiré.C’est seulement en fin de démarche que l’on dévoile que le liquide est de l’eau de chaux qui réagit en présence du gaz carbonique.
On peut enchaîner sur les rythmes respiratoires :
- problème : pourquoi je suis essoufflé(e)?
- expériences sur la respiration au repos, après un effort, quelques minutes après l’effort,
- importance de la lecture/construction de graphiques de respiration :
conclusion : tous les graphiques ont des similitudes et des différences, ce qui montre l’unité mais aussi la diversité de l’être humain.
On peut s’aider du tableau de la composition du sang à l’entrée et à la sortie des organes pour traiter le circuit du gaz carbonique et de l’oxygène dans le corps.