Les activités scientifiques en classes de 3e et 4e années primaires

109 Pages·2006·13.64 MB·French

MINISTÈRE DE LA COMMUNAUTÉ FRANÇAISE
ADMINISTRATION GÉNÉRALE DE L'ENSEIGNEMENT ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Les activités scientifiques
en classes de
3e et 4e années primaires
Aider les élèves à structurer leurs acquis
Document à l’usage des enseignants
SERVICE GÉNÉRAL DU PILOTAGE DU SYSTÈME ÉDUCATIF
1
INTRODUCTION

Ce document est le fruit d(cid:146)une recherche en Øducation financØe par le MinistŁre de la
CommunautØ fran(cid:231)aise. Il a ØtØ rØalisØ par des chercheuses (une pØdagogue, une
biochimiste) et des enseignant(e)s de 3e et 4e annØes primaires.

Le groupe s(cid:146)est penchØ sur la problØmatique suivante : diverses expØriences et
observations sont menØes dans les classes lors des activitØs scientifiques ; la plupart du
temps elles s(cid:146)adaptent aux intØrŒts des ØlŁves, portent sur des sujets variØs, s(cid:146)organisent
de maniŁres trŁs diverses selon les contenus abordØs. Cette disparitØ, le temps
indispensable (cid:224) l(cid:146)action proprement dite, l(cid:146)investissement des enfants dans celle-ci, le
remue-mØnage parfois occasionnØ(cid:133) laissent peu de temps pour les moments rØflexifs et
les rapprochements entre activitØs vØcues. Comment faire pour que les activitØs
scientifiques se structurent peu (cid:224) peu ? Comment mettre l(cid:146)accent sur certaines dØmarches
transversales ? Comment rapprocher les contenus les uns des autres ? Bref, comment
agir pour que les activités scientifiques ne soient pas un ensemble de pièces éparses,
mais plutôt un puzzle qui devient peu à peu significatif et riche d’informations ?

Au fur et (cid:224) mesure du dØroulement de la recherche, il est apparu que des moments de
structuration pouvaient trouver place tout au long des activitØs scientifiques, par
l(cid:146)ouverture au questionnement des ØlŁves, par le dialogue entre ØlŁves et avec
l(cid:146)enseignant, par la rØflexion sur l(cid:146)action, par l(cid:146)exploitation de l(cid:146)Øcrit, mŒme et surtout
dans ses phases « brouillon », par les moments de synthŁse(cid:133)

A l(cid:146)occasion des essais menØs dans les classes, des entretiens avec les ØlŁves ainsi que
des observations et des Øchanges au sein du groupe de recherche, des orientations
didactiques ont ØtØ confirmØes ou ont vu le jour. C(cid:146)est le rØsultat de cette rØflexion que
nous prØsentons dans ces pages. Beaucoup de sujets auraient mØritØ l(cid:146)attention. Nous
avons cependant accordØ plus de place (cid:224) ceux que la recherche nous a permis
d(cid:146)approfondir et notamment le r(cid:244)le de l(cid:146)Øcrit. Le poids plus important apportØ (cid:224) ce thŁme
dans le document ne doit pas faire oublier qu(cid:146)aucun Øcrit ne peut remplacer l(cid:146)action de
l(cid:146)enfant. C’est dans un équilibre des démarches qu’un véritable apprentissage
scientifique peut voir le jour.

Dans la prØsente brochure, notre but est de fournir des thŁmes de rØflexion didactique
mais Øgalement des idØes concrŁtes pour la classe. C(cid:146)est pourquoi le document inclut
quelques descriptions d(cid:146)activitØs et de nombreuses illustrations tirØes des observations
dans les classes, des dialogues avec les ØlŁves et des productions Øcrites de ces derniers.
Les exemples sont tous issus de classes de 3e ou 4e annØes primaires, la recherche ayant
portØ sur ce cycle scolaire. Toutefois, la rØflexion qui les accompagne peut concerner
d(cid:146)autres tranches d(cid:146)(cid:226)ge.

Le document est divisØ en trois parties relativement indØpendantes.

La première partie présente une activité dans sa totalité : sa dØfinition, les contenus
abordØs, le matØriel (cid:224) rassembler, la maniŁre dont elle s(cid:146)est dØroulØe dans une classe, des
illustrations, des rØactions des ØlŁves ainsi que les explications scientifiques utiles.

Introduction
2
La deuxième partie, divisØe en 9 chapitres, aborde différentes thématiques relatives à la
structuration des acquis : du choix d(cid:146)un sujet aux rØactions affectives des ØlŁves en
passant par le questionnement scientifique et la place de l(cid:146)Øcrit (texte et dessin). Chaque
chapitre est prØsentØ de maniŁre relativement autonome, afin que le lecteur puisse, selon
ses prØoccupations, aborder prioritairement l(cid:146)un ou l(cid:146)autre thŁme sans Œtre contraint (cid:224) lire
le document de bout en bout.

La troisième partie propose quelques descriptions complémentaires d’activités qui ont
demandØ peu de matØriel et ont ØtØ travaillØes dans les perspectives dØveloppØes dans la
deuxiŁme partie.

Le document a ØtØ relu par les enseignants du groupe de recherche ainsi que par des
enseignants volontaires extØrieurs (cid:224) ce groupe. Leurs suggestions ont ØtØ intØgrØes au
texte dans toute la mesure du possible. Souvent les remarques nous ont confortØes dans
notre approche.

Enfin, nous attirons l’attention du lecteur sur les trois points suivants :
1- les productions des élèves sont reproduites (cid:224) l(cid:146)Øtat « brut », telles qu(cid:146)elles se
prØsentent (cid:224) l(cid:146)enseignant, avec leurs erreurs et leurs points forts. Il s(cid:146)agit de
documents de travail pour lesquels les exigences orthographiques n(cid:146)ont pas ØtØ
introduites dans un premier temps. Les enfants sont en effet face (cid:224) une double
problŁme : exprimer leur point de vue et Øcrire sans faute. A 8-10 ans, la plupart
d(cid:146)entre eux ne peuvent affronter cette situation dans sa complexitØ. En dissociant
les moments, on rØduit les blocages face (cid:224) l(cid:146)Øcrit, on valorise les idØes exprimØes
et on stimule la construction de la pensØe. Les exigences formelles seront bien sßr
rØintroduites dans un second temps. Il est Øvident que les documents qui seront
utilisØs comme rØfØrents (affiches, textes et dessins pour la farde, etc) sont
retravaillØs avec les ØlŁves et expurgØs de leurs fautes d(cid:146)orthographe ou autres
erreurs Øventuelles.
2- nous avons essayØ de fournir un éventail assez large d’illustrations, mais les
productions peuvent varier considØrablement en fonction des milieux
socioculturels, de l(cid:146)avancement des ØlŁves, des personnalitØs, des habitudes de
classe, etc.
3- les productions des ØlŁves, les dialogues, les tØmoignages d(cid:146)enseignants sont
prØsentØs de maniŁre anonyme. Les noms ou dØtails d(cid:146)identification figurant
Øventuellement dans le document sont fictifs, sauf le niveau scolaire.

Nous espØrons, par ce travail, contribuer (cid:224) la rØflexion sur l(cid:146)enseignement des sciences (cid:224)
l(cid:146)Øcole fondamentale et encourager les activitØs dans les classes. Dans ses essais,
l(cid:146)enseignant peut tabler sur un certain potentiel chez les ØlŁves. MŒme dans les milieux
les plus dØmunis, les enfants peuvent se passionner pour les sciences si les activitØs sont
menØes dans un esprit de dialogue et de dØcouverte, et que les exigences sont adaptØes (cid:224)
leurs possibilitØs.

Nous souhaitons Øgalement convaincre le lecteur, si cela est nØcessaire, qu(cid:146)il n(cid:146)est pas
toujours besoin d(cid:146)un matØriel compliquØ pour pratiquer les sciences. Il s(cid:146)agit plut(cid:244)t de
dØvelopper des attitudes et des comportements de curiositØ et de rigueur face aux
questions qui se posent (cid:224) chacun de nous.

Introduction
PARTIE 1

U ’
N EXEMPLE CONCRET D ACTIVITE

DANS UNE CLASSE

5
LA SCIENCE, CE N’EST PAS DE LA MAGIE !

Cette premiŁre partie dØcrit l(cid:146)ensemble d(cid:146)une activitØ telle qu(cid:146)elle a ØtØ vØcue dans une
classe, afin d(cid:146)illustrer les diffØrentes thØmatiques pØdagogiques abordØes dans la suite du
document.

1. Le point de départ de l’activité

Il s(cid:146)agit d(cid:146)une expØrience surprenante qui pourrait a priori passer pour de la magie : un
aquarium est rempli d(cid:146)eau, l(cid:146)enseignant dispose d(cid:146)un gobelet transparent au fond duquel
il coince un mouchoir en papier. Il retourne le gobelet au-dessus de l(cid:146)aquarium et se
propose de l(cid:146)enfoncer verticalement dans l(cid:146)eau. Que va-t-il se passer ? Qu(cid:146)arrivera-t-il au
papier ? Une fois l(cid:146)expØrience rØalisØe, force est de constater que le mouchoir est restØ
sec ! Comment est-ce possible ?

Cette entrØe en matiŁre est une des nombreuses ouvertures possibles1 pour des activitØs
scientifiques actives. Il est bien entendu que le sujet peut Œtre introduit d(cid:146)une tout autre
maniŁre, notamment en rØponse (cid:224) des observations ou (cid:224) des questions amenØes par les
ØlŁves en classe. Par exemple, (cid:224) l(cid:146)occasion d(cid:146)une sØance de cinØma, des enfants ont
observØ des personnages qui se rØfugiaient sous une barque retournØe dans l(cid:146)eau, ce qui
leur permettait de continuer (cid:224) respirer : est-ce possible ? Comment cela se fait-il ? Si les
enfants acceptent volontiers l(cid:146)idØe qu(cid:146)il y avait de l(cid:146)air sous la barque (puisque les
hommes pouvaient respirer), ils sont intriguØs par le fait que l(cid:146)eau n(cid:146)est pas entrØe (cid:224)
l(cid:146)intØrieur.

Quelle que soit l(cid:146)entrØe en matiŁre dans une activitØ scientifique, il est essentiel
d(cid:146)encourager les enfants (cid:224) s(cid:146)interroger, et de prendre en compte leurs conceptions, telles
qu(cid:146)ils les expriment tout au long de l(cid:146)activitØ.

2. Les objectifs de l’activité

Deux objectifs principaux ont ØtØ dØfinis :

▪ Dépasser l’étonnement pour aller vers des hypothèses et des explications
d’ordre physique. C(cid:146)est l(cid:146)occasion de remettre en cause une conception magique
de la science physique.

Extrait d’un entretien avec un élève de 4e année en fin d’activité :
Chercheuse : Et maintenant, après tout cela, qu’est-ce qui te paraît le plus
important à retenir ?
Elève : Eh bien, ce qui est important à retenir c’est que les expériences ce n’est
jamais des tours de magie. Et les tours de magie, ce n’est jamais des
expériences.

1 Voir partie 2, chapitre I : concevoir une activitØ scientifique.
Un exemple concret d’activité dans une classe
6
▪ Expérimenter et visualiser un concept fondamental : l(cid:146)air, ce n(cid:146)est pas du
vide ; c(cid:146)est une matiŁre2 .

Pour de nombreux enfants, la prØsence de l(cid:146)air autour de nous n(cid:146)est pas une
dØcouverte. Mais le plus souvent, pour eux, l(cid:146)air n(cid:146)a pas de consistance propre,
cette conception s(cid:146)enracinant d(cid:146)autant plus facilement que l(cid:146)air est invisible et
qu(cid:146)on ne peut le saisir avec les mains. Toutefois, le r(cid:244)le de l(cid:146)air dans de
nombreux phØnomŁnes physiques quotidiens est essentiel. DØcouvrir et vØrifier
que l(cid:146)air occupe de la place et qu(cid:146)il est une matiŁre constitue le fondement sur
lequel les ØlŁves pourront construire d(cid:146)autres concepts comme ceux de masse,
de dilatation ou encore de pression de l(cid:146)air. Cette Øtape de base est d(cid:146)autant plus
importante qu(cid:146)elle permet aussi (cid:224) certains enfants de comprendre et d(cid:146)accepter
que l(cid:146)air est partout.

Extrait d’un entretien avec une élève de 4e année :
Chercheuse : Est-ce qu’il y a des questions que tu te poses encore, toi, sur l’air ?
Elève : Oui, comment elle vient l’air, en fait, dans le verre ?
Chercheuse : Tu te poses la question : comment l’air est-il arrivé dans le verre, c’est
ça ?
Elève : Oui. Pourtant Monsieur, il n’a pas fait comme ça (elle fait le geste de remplir le
verre d’air par un mouvement rotatif), il a seulement fait comme ça (elle montre : juste
retourner le verre).
Chercheuse : Oui, Monsieur n’a pas essayé d’attraper de l’air, c’est ça que tu veux
dire ?
Elève : Oui, c’est ça.
Chercheuse : Par exemple, imagine qu’il y ait un verre devant nous sur la table, tu
crois qu’il y aurait de l’air dedans ou pas ?
Elève : Moi, je crois qu’il faut le retourner pour qu’il y ait de l’air, comme si on prenait un
petit peu d’air et qu’on le mettait dedans. […]

Pour cette élève, s’il y a de l’air autour de nous, il n’est pas vraiment partout, en tout cas pas dans des
récipients tels qu’un verre ou un bocal. Une action est indispensable pour « remplir » le verre d’air. Par
contre, une fois dans le verre, l’air semble y rester et jouer un rôle dans l’expérience.

Les deux objectifs dØfinis pour l(cid:146)activitØ sont rencontrØs (cid:224) travers six petites expØriences
prØsentØes ci-dessous.

3. La description des expériences

Chaque expØrience proposØe contribue donc (cid:224) enrichir la comprØhension du thŁme
gØnØral, approche le même concept scientifique dans diffØrentes situations afin de le
stabiliser.

Remarque concernant le matériel
Une des difficultØs quelquefois rencontrØes lors de la prØparation d(cid:146)activitØs scientifiques
est de rØunir un matØriel, parfois spØcifique, parfois onØreux. Les expØriences prØsentØes
ici nØcessitent un matØriel simple et peu coßteux. Toutefois, si les ØlŁves travaillent en
petits groupes, il faut penser (cid:224) dØmultiplier ce matØriel en consØquence.

2 Voir partie 2, chapitre I : concevoir une activitØ scientifique.
Un exemple concret d’activité dans une classe
7
De plus, les expØriences peuvent engendrer chez les ØlŁves un besoin de vØrifier certains
ØlØments, ou de tester d(cid:146)autres montages. DŁs lors il est utile d(cid:146)avoir un peu de matØriel
supplØmentaire en rØserve ainsi que du papier collant, un cutter ou des ciseaux.
D(cid:146)un point de vue trŁs pratique, torchons et essuies peuvent s(cid:146)avØrer nØcessaires pour
« Øponger » les maladresses Øventuelles.

Enfin, il est vivement souhaitable d’essayer soi-même les expériences avant toute
activité afin de se familiariser avec le matériel et d’anticiper certains problèmes de
manipulation.

Expérience 1 (point de départ)

Matériel
▪ Un aquarium rempli d(cid:146)eau (ou Øventuellement un bassin. Toutefois, l(cid:146)expØrience
est moins parlante si on ne voit pas l(cid:146)intØrieur du bassin.)
▪ Un gobelet en plastique transparent
▪ Des mouchoirs en papier

Déroulement
Comme dØcrit au §1, un mouchoir en papier est coincØ au fond d(cid:146)un gobelet en
plastique transparent. Le gobelet est retournØ et plongØ verticalement au fond d(cid:146)un
aquarium rempli d(cid:146)eau. Le gobelet est remontØ dans la mŒme position, sans l(cid:146)incliner
sur le c(cid:244)tØ. On constate que le mouchoir est restØ sec.

Comment expliquer ce fait ?3
Lorsque le gobelet est enfoncØ verticalement dans l(cid:146)eau, l(cid:146)air contenu dans le gobelet
est lØgŁrement comprimØ par l(cid:146)eau qui exerce une pression vers le haut. L(cid:146)eau
« monte » alors lØgŁrement dans le gobelet jusqu(cid:146)(cid:224) ce qu(cid:146)un Øquilibre s(cid:146)Øtablisse
entre la pression de l(cid:146)air (vers le bas) et la pression de l(cid:146)eau (vers le haut). L(cid:146)eau
n(cid:146)entre pas davantage dans le gobelet.

Expérience 2

Cette deuxiŁme expØrience peut Œtre d(cid:146)emblØe amenØe par l(cid:146)enseignant mais il se peut
aussi qu(cid:146)elle soit proposØe par les ØlŁves en rØponse (cid:224) la question : « Si nous pensons
qu’il y a de l’air dans le gobelet, comment pourrions-nous le voir ? ».

Matériel
▪ Un aquarium rempli d(cid:146)eau
▪ Un gobelet en plastique transparent

3 Les explications donnØes sont relativement simples. MalgrØ tout, elles ne sont pas, telles quelles, (cid:224) la
portØe des enfants de 8-10 ans. Certains termes ou expressions doivent Œtre adaptØs (cid:224) leur (cid:226)ge.
Un exemple concret d’activité dans une classe
8
Déroulement
Un gobelet vide est retournØ et plongØ verticalement dans l(cid:146)eau de l(cid:146)aquarium. On
l(cid:146)incline ensuite lØgŁrement. Des bulles d(cid:146)air s(cid:146)Øchappent du gobelet et remontent
vers la surface.

Dessin d’un élève de 4e année : on notera la
représentation oblique (et non horizontale) de la
surface de l’eau dans le verre

Comment expliquer ce fait ?
Lorsqu(cid:146)on plonge le gobelet dans l(cid:146)eau, un Øquilibre s(cid:146)Øtablit entre la pression de l(cid:146)air
du gobelet et la pression de l(cid:146)eau au niveau de l(cid:146)interface air-eau (zone de rencontre).
Cette interface est horizontale car la pression est la mŒme en tout point de l(cid:146)interface.
Lorsqu(cid:146)on incline le gobelet, de l(cid:146)air s(cid:146)Øchappe car il n(cid:146)est plus contenu par les parois
du gobelet. Plus lØger que l(cid:146)eau, il remonte (cid:224) la surface.

Expérience 3

Matériel
▪ Un aquarium rempli d(cid:146)eau
▪ Deux gobelets

Déroulement
Un gobelet rempli d(cid:146)eau est enfoncØ verticalement dans l(cid:146)eau de l(cid:146)aquarium et ensuite
retournØ. Un second gobelet, laissØ « vide », est d(cid:146)abord retournØ et ensuite enfoncØ
dans l(cid:146)eau (cid:224) c(cid:244)tØ du premier. On constate qu(cid:146)il y a bien de l(cid:146)eau dans le premier et non
dans le second. On incline doucement les gobelets l(cid:146)un vers l(cid:146)autre. Des bulles
s(cid:146)Øchappent du gobelet « vide » et entrent dans le gobelet rempli d(cid:146)eau.
Progressivement l(cid:146)air remplit le premier gobelet, tandis que le second se remplit d(cid:146)eau.

Dessin d’un élève de 4e année : on
remarque à nouveau les difficultés à
positionner eau et air dans les gobelets.

Un exemple concret d’activité dans une classe
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Comment expliquer ce fait ?
Comme dans les expØriences prØcØdentes, un Øquilibre s(cid:146)Øtablit entre la pression de l(cid:146)air
contenu dans le gobelet 2 et la pression de l(cid:146)eau au niveau de l(cid:146)interface eau-air.
Lorsqu(cid:146)on incline les gobelets l(cid:146)un vers l(cid:146)autre, l(cid:146)air s(cid:146)Øchappe du gobelet 2, remonte (cid:224)
la surface mais reste bloquØ dans le gobelet 1. L(cid:146)air occupe progressivement la partie
supØrieure du gobelet en repoussant l(cid:146)eau.

Expérience 4

Matériel
▪ Des ballons de baudruche
▪ Des bouteilles en plastique (avec des bouteilles d(cid:146)1,5 litre, les effets sont plus
visuels)

Déroulement
Un ballon de baudruche est fixØ sur le goulot d(cid:146)une bouteille de plastique. On Øcrase la
bouteille ; le ballon gonfle.

Comment expliquer ce fait ?
L(cid:146)air contenu dans la bouteille est chassØ dans le ballon lorsqu(cid:146)on Øcrase la bouteille.

Expérience 5

Matériel
Voir expØrience 4

Déroulement
Un ballon est fixØ sur le goulot d(cid:146)une bouteille de plastique,
mais cette fois il est placØ de telle sorte qu(cid:146)il se trouve (cid:224)
l(cid:146)intØrieur de la bouteille. Lorsqu(cid:146)on tente de gonfler le ballon
en soufflant dedans, on ne peut y arriver. Pour pouvoir gonfler
le ballon, il suffit de faire un trou dans la bouteille4.

Comment expliquer ces faits ?
Le ballon ferme hermØtiquement la bouteille. L(cid:146)air contenu dans la bouteille est
lØgŁrement comprimØ par l(cid:146)air insufflØ dans le ballon. Pression de l(cid:146)air dans la bouteille
et pression de l(cid:146)air insufflØ s(cid:146)opposent : le ballon ne peut pas Œtre gonflØ davantage.
Lorsqu(cid:146)on fait un trou dans la bouteille, le ballon peut Œtre gonflØ car l(cid:146)air s(cid:146)Øchappe de
la bouteille.

4 Extrait de : Press H. J. (1983). Jouer avec les sciences de la nature. Paris : Dessain et Tolra.
Un exemple concret d’activité dans une classe