Le projet scientifique dans la classe :

Individuellement, chacun a répondu pour soi sur une feuille à la question " Comment vole un avion ", avant d'échanger en petits groupes sur les productions.

Un rapporteur de chaque groupe a décrit les résultats de la réflexion du petit groupe et nous avons collectivement repris toutes ces idées pour les transformer en hypothèses :
- résistance à l'air et vitesse sont complémentaires et jouent chacune un rôle spécifique
- les réacteurs propulsent l'avion
- les ailes permettent d'offrir une plus grande résistance à l'air
- l'aérodynamisme du fuselage permet une meilleure entrée dans l'air
- une certaine vitesse doit être maintenue
- l'avion doit atteindre une altitude idéale
- la météo a une influence
- il y a des couloirs naturels

Seconde phase : expérimentation

4 groupes ont chacun travaillé sur une série d'expérimentations, selon des modalités variables. L'objet de cette phase était de faire varier un certain nombre de paramètres relatifs au mode de travail possible en groupe : type de responsabilités, forme des expérimentations, types de fiches protocoles.

Ainsi le groupe A disposait d'une hypothèse et d'un court résumé théorique à propos de la notion d'action-réaction, ce principe étant à la base de la propulsion permise par les réacteurs de l'avion. Cette équipe disposait d'un chariot à réaction et du matériel nécessaire aux expériences. Les expérimentateurs devaient faire varier les paramètres en jeu dans l'expérience du chariot à réaction.

Le groupe B disposait d'hypothèses sur le poids de l'air et devait créer des expériences sur la question. Il était également demandé à ce groupe de répartir parmi ses membres des responsabilités : animateur, secrétaire, expérimentateur, dessinateur.

Le groupe C disposait d'une hypothèse concernant le rôle du profil de l'aile et du matériel nécessaire à la mise en œuvre d'une expérience sur ce thème.

Le groupe D était muni d'un grand nombre de fiches protocoles, mais ni d'hypothèses, ni d'explications sur les notions reliées aux expérimentations.

Troisième phase : Restitution

2 - Synthèse de l’animation

Plusieurs équipes ont été confrontées aux problèmes des " biais ". Ainsi une expérience peut être faussée par des paramètres qui échappent aux expérimentateurs. Lorsque l'une de ces équipes a voulu peser un ballon, le résultat a semblé infirmer l'hypothèse initiale parce que la balance n'était pas équilibrée. Le profil d'aile construit initialement par l'équipe C était trop lourd pour que l'expérimentation fonctionne.

Il faut donc prévoir plusieurs expériences, en faisant varier les paramètres, mettre en œuvre des contre-expériences, plutôt que de se laisser convaincre par le premier résultat obtenu. On a vu ainsi que certains participants étaient facilement convaincus de la validité d'une hypothèse par une expérience, d'autres plus difficilement. C'est l'un des rôles importants de l'enseignant que d'indiquer aux élèves ce type de problèmes, et de les accompagner dans une prise de recul par rapport à l'expérimentation, à sa mise en œuvre, à l'interprétation de ses résultats. On peut aussi prévoir, même si on a une ou deux expériences clés en tête, une ou des expérimentations de secours, permettant de vérifier autrement des hypothèses.

Le groupe D a pu constater à quel point les fiches protocoles, qui insistent sur la phase d'expérimentation hors du contexte essentiel que constituent son élaboration et son analyse, pouvait être pauvre, parfois inintéressante, et souvent rendre impossible l'évolution des conceptions des enfants. Il faut donc être particulièrement clair sur les consignes données en début d'expérimentation. Les problèmes sont de toute façon poins importants si l'expérimentation était construite par le groupe plutôt qu'imposée par l'enseignant. Toute la phase d'élaboration du protocole par les enfants leur permet de poser une à une les questions citées plus haut.

S'est également posée la question des connaissances des enseignants : que se passe-t-il si on n'a pas les réponses, si on se trompe, si on induit de fausses connaissances ? Le thème retenu pour cette formation était volontairement ardu : pour que le jeu soit joué dans l'esprit pensé pour l'animation, il fallait retenir un thème sur lequel nos connaissances générales sont généralement limitées. Nous sommes en revanche beaucoup mieux informés sur les thèmes au programme des classes que nous avons en charge. La préparation par le professeur de ses séquences lui permet de " réviser " sur les thèmes choisis. Par ailleurs, il est toujours possible de dire ses doutes aux enfants et de les accompagner dans de nouvelles expériences ou dans une recherche documentaire si l'on n'est pas soi-même assez clair sur la question.

Comment travailler sur les conceptions ?

Chaque enfant a une série de représentations reliée aux questions scientifiques (notamment) susceptibles d'êtres évoquées dans la classe. C'est un ensemble d'idées, de règles, de mécanismes qui lui semblent rendre compte de ce qu'il peut observer autour de lui. Il n'y a pas une conception des états de l'eau, mais une série de conceptions dont certaines peuvent être très proches de la réalité et d'autres assez éloignées.

L'écueil le plus fréquent sur ce point est le suivant : on a tendance à aller trop vite et à croire qu'une seule expérimentation suffira à faire évoluer des conceptions. Ainsi les élèves s'expriment sur leurs représentations, vivent une expérimentation largement apportée par l'enseignant, et on suppose que leurs représentations ont changé.

Pourtant, il faut souvent de nombreuses expérimentations, plusieurs observations pour que les enfants transforment leur vision d'un phénomène ou d'une thématique. Ainsi un projet relativement long est souvent un meilleur support qu'une seule séquence.

Le débat entre élèves, animé par un enseignant qui se contente d'un travail très technique (donner la parole) sans trop induire de réponses, un débat dans lequel on invite les enfants à se répondre, à échanger des arguments, à remettre en question ce qui leur apparaît comme des évidences, est l'une des clés de l'évolution des conceptions, même s'il ne représente pas une panacée. Il est plus intéressant de ponctuer le projet de plusieurs débats, qui permettent aussi au professeur d'évaluer la façon dont les élèves progressent dans la thématique. Ainsi les conceptions des élèves évoluent sans cesse, tout au long du projet : ne croyons pas qu'on passe d'une conception fausse (avant l'expérience) à une conception vraie (après l'expérience).

Pour finir, on peut lancer une phase d'expression des conceptions des enfants en insistant sur l'imagination : " comment imaginez-vous que poussent les plantes ? ", " Selon vous, où trouve-t-on de l'eau dans la ville, comment circule-t-elle ? ". Au fil de la discussion, l'enseignant aide les enfants à mettre leurs idées à distance pour en faire des hypothèses.

Comment monter une expérimentation ?

Comme nous l'avons évoqué ailleurs, la phase d'élaboration de l'expérimentation, par les enfants eux-mêmes, est une phase au moins aussi riche que le moment de l'expérimentation elle-même. Cette élaboration est d'autant plus intéressante qu'elle est l'occasion d'un travail coopératif entre élèves au sein d'un petit groupe.

L'une des difficultés, parmi d'autres, de l'expérimentation est la suivante : ce que l'on vérifie, ça n'est jamais l'hypothèse générale, mais une hypothèse très locale, exprimée dans l'expérimentation.

Plus concrètement : j'émets l'hypothèse que la lumière joue un rôle dans la croissance des plantes. Je conçois une expérimentation consistant à placer des pousses dans un placard et d'autres devant la fenêtre. Ayant observé les résultats et constaté le piètre état des pousses privées de lumière, je conclue avec assurance que " c'est la lumière qui fait pousser les plantes ". Notons maintenant les quelques raccourcis qui président à mes conclusions…

- En fait, je n'ai pas démontré directement l'hypothèse " dans la nature, la lumière fait pousser les plantes ", mais une autre hypothèse " si je place des pousses dans un placard où elles sont privées de lumière, alors elles pousseront moins vite que des pousses placées devant la fenêtre ". Ma démarche consiste en fait à effectuer une généralisation, et à considérer mon expérimentation comme une preuve suffisante, qui me permet de considérer mon hypothèse générale comme valide.
- Je simplifie légèrement mon raisonnement en disant qu'il n'y a pas de lumière dans le placard. En fait, il y a probablement un peu de lumière qui peut entrer dans le placard. Je pourrais m'interroger sur l'importance de cette quantité de lumière et son rôle. Je pourrais poursuivre ma réflexion en créant plusieurs milieux artificiels caractérisés par des éclairages d'intensité variable.
- Ma conclusion est très hâtive lorsque je dis " la lumière fait pousser les plantes ". Nous le savons, la lumière joue un rôle, mais l'eau également, ainsi encore que des nutriments présents dans le milieu. Le travail de l'enseignant est d'aider l'enfant à corriger et à ajuster ses conclusions.

Nous revenons à l'idée d'une démarche scientifique essentiellement réflexive : observations, hypothèses, expérimentations, conclusions ne s'enchaînent pas de façon linéaires. On passe sans cesse de l'un à l'autre de ces aspects de la réflexion, on repose des hypothèses au milieu d'une expérimentation, un résultat motive une nouvelle réflexion et nous invite à de nouvelles expériences, ou bien modifie notre regard sur le monde.

Une séquence isolée ne permet pas de laisser les enfants naviguer dans cet ensemble de postures ou d'attitudes : le projet favorise un tel va-et-vient entre hypothèses, observations, expérimentations etc.

Des questions encore sans réponses

Voici pour finir une série de questions auxquelles nous essaierons d'apporter ensemble des éléments de réponses le 19 mars. Nous vous les soumettons dès maintenant pour vous aider à être attentifs à certains aspects de votre projet scientifique.

- lorsque les enfants parviennent à des résultats, l'enseignant doit-il donner une " bonne réponse " ou décrire la " vérité scientifique "
- faut-il utiliser des fiches protocoles, si oui de quelle manière ?
- comment utiliser les manuels scolaires consacrés aux activités scientifiques ?
- où trouver des idées d'expérimentations ?
- comment relier l'activité scientifique à d'autres activités de la classe et notamment à l'acquisition des désormais fameux " fondamentaux " ?

Il y aurait évidemment bien d'autres questions à poser… A vous de les apporter lors de notre prochaine rencontre…

Séance 2 : des représentations au projet, la démarche scientifique

Synthèse de l’animation

Ce document constitue une synthèse et un commentaire des productions faites par les enseignants qui participaient le 19 mars 2005 à une animation pédagogique sur la démarche scientifique. Cette animation était co-organisée à Ris-Orangis par Le R.E.P., L'Inspection de l'Education Nationale et l'association Planète-Sciences Ile-de-France.

Télécharger les productions brutes ici

Sur la démarche scientifique

Le premier jeu de formation était consacré à la recherche de réponses, en équipes de 3 à 5 personnes, à des questions reliées à 4 thèmes :
- les représentations des enfants
- l'élaboration des hypothèses
- le recueil de données
- l'évaluation du projet et des apprentissages

Représentations

Le terme de représentation est en partie considéré en didactique des sciences au regard des développements de PIAGET. Concept forgé au cours du XXème siècle La " représentation " apparaît comme la construction mentale d'un objet : " représenter ou se représenter correspond à un acte de pensée par lequel un sujet se rapporte à un objet " (JODELET, 1991).

En d'autres termes une représentation est constituée d'un ensemble de caractéristiques assignées par chacun de nous à un objet ou à un phénomène. Sur la thématique de l'eau par exemple chacun des élèves possède plus ou moins consciemment des représentations associées à cette substance, à ses états, à son origine, à sa composition, aux phénomènes dans lesquels elle s'inscrit. Une représentation, telle qu'elle est en jeu dans le débat peut prendre la forme d'une description, d'une explication, d'une définition, d'une liste de caractères. Une représentation doit être vue comme une construction mentale, associée à des schémas ou des opérations, mais pas seulement : elle a des résonances affectives, idéologiques, sociales.

On parle souvent à tort de représentations vraies ou fausses, de telles catégories ne recouvrant que de façon très caricaturale les phénomènes en jeu dans la production et les transformations de telles constructions. La représentation est au même titre qu'une connaissance scientifique une organisation, une mise en ordre de l'expérience, ou de ce que nous percevons comme objets de la réalité. Toute connaissance peut être entendue comme une représentation reconnue par la communauté scientifique, considérée comme la représentation la plus juste, à un moment donné, de la réalité. On admet évidemment comme fausse une représentation du type : " dans l'océan les vagues sont produites par des êtres doués de volonté qui s'appliquent, en agitant leurs bras, à produire des ondes ". Mais il est bon de se souvenir que toute représentation décrite par un enfant, si elle peut paraître absurde à l'enseignant qui a admis la représentation " juste ", doit avant d'être réfutée être passée au crible de l'analyse rigoureuse. Le souci de développer dans la classe une démarche expérimentale suppose ceci : élaborer au sein de la communauté scientifique qu'est la classe, pour le temps du projet, des connaissances, c'est traiter ces représentations, les éprouver en construisant collectivement les outils d'une telle analyse. C'est dans une telle dynamique que peuvent se forger les compétences dites " transversales " que les programmes décrivent.

Il ne s'agit pas pour autant de considérer de la même manière toute représentation : il est généralement impossible d'associer de façon mécanique une hypothèse ou une série d'hypothèses à chaque représentation exprimée. Il n'est pas non plus possible de mettre à chaque fois en place une expérimentation ou de recueillir d'une autre manière des données. L'enseignant est obligé de faire des choix. Certaines représentations sont critiquées très tôt par le collectif, rejetées parce que minoritaires. Le débat argumentatif peut suffire à faire le tri en début de projet sur les représentations. C'est à l'enseignant alors de rester attentif au traitement réservé à l'enfant en même temps qu'aux représentations qu'il exprime, quitte à y revenir plus tard avec cet enfant : la critique d'une représentation ne doit pas être l'objet de railleries, ni provoquer des résistances qui rendront la progression de l'enfant sinon impossible, difficile. Cela d'autant plus que les représentations d'un enfant ont des origines très variées : ses propres interprétations de phénomènes qu'il a le réflexe comme chacun de nous de mettre en cohérence ; des explications incomplètes fournies par des camarades ou des adultes ; parfois des discours religieux ou fondés sur des partis pris idéologiques ; parfois encore, et sans faire d'amalgame avec le point précédent, des contes, des récits fantastiques ou fantaisistes. Le rejet d'une représentation ou sa stigmatisation peuvent consister indirectement en la critique, éventuellement difficile pour l'enfant à soutenir, d'un arrière-plan idéologique entretenu par son entourage.

Finalement les " représentations " ne se donnent pas à lire explicitement dans des énoncés. Les phases de recueil de celles-ci donnent des indications, jamais une image fidèle et exhaustive dont les enfants " voient " les choses. Des représentations nouvelles s'élaborent sans cesse en cours de projet. Il s'agit souvent de trouver dans les explications ou les arguments des élèves les indices de représentations trop peu conscientes pour être clairement formulées.

Concrètement, lors de l'animation du 19 mars, les participants ont insisté sur la variété des moyens de recueillir des représentations : un débat dans la classe, des textes, des dessins, la manipulation et le nommage d'objets ou d'images présentés au groupe, leur classement. Créer des affiches, utiliser son cahier d'expériences, construire des maquettes sont d'autres moyens pour les enfants de donner des indices de leurs représentations.

Nous avons aussi insisté sur le fait que la traditionnelle séquence inaugurale de recueil des représentations ne devait pas être la seule. On recueille directement ou indirectement les représentations des enfants. On leur donne peu à peu des outils de plus en plus fins qui les aident à exprimer leur vision des phénomènes. Finalement l'évaluation des apprentissages prend généralement la forme d'un nouveau recueil de ces représentations, en fin de projet. Tout au long du projet, un tel recueil permet de constater les lacunes et d'opérer des remédiations en proposant de nouveaux outils.

Pour finir, il ne faut pas perdre de vue que, quoiqu'il arrive, certaines des représentations des enfants évoluent au cours du projet. Ainsi lors d'une évaluation finale, on peut constater que certains enfants n'ont pas changé de point de vue sur certaines hypothèses. Pourtant ils peuvent avoir progressé sur des questions qui ne sont pas " testées " lors de l'évaluation. Un enfant peut n'avoir rien admis quant au cycle de l'eau, peut-être ses représentations ont-elles évolué sur d'autres points : la vapeur, c'est de l'eau à l'état gazeux ; il y a des changements d'état de l'eau conditionnés par la température etc. De tels acquis lui permettront évidemment pus tard de transférer des connaissances plus complexes ou d'acquérir des savoirs plus généraux. Techniquement, il s'agit pour l'enseignant de rester attentif non seulement aux représentations globales visées par son projet, mais aussi à des représentations " secondaires " ou articulées à ces connaissances générales.

Hypothèses

Une hypothèse est une supposition, ou une proposition : élaborer une hypothèse c'est présumer la vraisemblance d'une relation entre des phénomènes. Il s'agira ensuite de démontrer la réalité d'une telle relation.

Sur la base d'une question de départ, les enfants émettent un certain nombre d'explications possibles ou probables. C'est au groupe lui-même, accompagné par le professeur, de désigner parmi les explications proposées, celles à qui il veut conférer ce caractère de probabilité.

Les hypothèses sont en quelque sorte des thèses non encore validées, il s'agit de connaissances éventuelles, suspendues le temps du jugement ou de l'analyse scientifique. Leur qualité essentielle est donc d'être formulées de façon à ce qu'un recueil de données soit possible. Ainsi une hypothèse très générale doit être décomposée pour permettre une expérimentation. L'hypothèse " l'eau se transforme et circule selon un cycle naturel impliquant notamment les océans, les cours d'eau, les nuages, la pluie " suppose un nombre énorme d'hypothèses :
- l'eau change d'état
- ces changements d'état existent à l'état naturel
- les nuages sont au moins en partie constitués d'eau etc.

S'il est absurde de donner des règles précises, de définir des types d'hypothèses, notons cependant que des hypothèses d'ordres très différents peuvent être utilisées dans la classe. On peut parler d'hypothèses générales et d'hypothèses " opérationnelles ", les secondes ayant vertu à donner directement lieu à une expérience.

Les hypothèses sont donc sans cesse traduites pour être testées… Ainsi on peut progressivement décliner l'hypothèse " l'eau des océans se retrouve dans les nuages " :
- " une partie de l'eau des océans se retrouve dans les nuages "
- " l'eau peut disparaître des océans et réapparaître dans les nuages "
- " l'eau se transforme et quitte les océans "
- " l'eau que je mets dans un bol se transforme elle aussi "
- " si je mets de l'eau dans un bol, le niveau diminuera naturellement "

Par ailleurs, la classe est dans de nombreux projets amenée à passer de la question de l'existence d'un phénomène à celle de ses conditions ou de ses mécanismes. Si on veut tester l'effet de la température sur l'évaporation, une hypothèse ou une série d'hypothèses peuvent exprimer cette relation entre température et changement d'état.

Ainsi, la classe peut supposer que dans la croissance d'une même plante, entrent en jeu la présence d'eau, la composition de la terre, la lumière. Le groupe peut alors rédiger plusieurs hypothèses, axées chacune sur l'une de ces variables.

Lors de l'animation du 19 mars, le groupe s'est interrogé sur la façon de favoriser la mise en jeu d'hypothèses formulées par les enfants eux-mêmes, et pas par l'enseignant. Se pose la question aussi des hypothèses qu'on peut tester par une expérimentation, et de celles pour lesquelles aucune expérimentation n'est possible. Dans notre exemple, la vérification d'une hypothèse concernant un bol d'eau sur un radiateur ne valide pas l'hypothèse sur les océans. Il s'agit d'une extrapolation, dans laquelle on accepte l'idée que le phénomène en jeu dans la classe existe aussi dans les océans. Mais cette hypothèse très générale ne pourra probablement être vérifiée que dans un livre, ou auprès d'un spécialiste.

Pour finir, on peut associer à une hypothèse des conditions qu'on suppose nécessaires à la réalisation d'un phénomène. On prend le risque de rédiger des hypothèses d'une longueur qui devient ridicule : " si je mets de l'eau dans un bol, que je le pose dans un endroit de la classe et que personne n'y touche, à condition qu'il n'y ait pas de film plastique sur le bol, le niveau d'eau diminuera naturellement, selon un rythme variable selon les conditions de température ".

Il est alors plus simple de rédiger une hypothèse courte et d'y associer un protocole qui, lui décrit précisément la façon dont l'expérience sera menée.

Recueil de données

Le projet scientifique permet aux enfants de porter leur regard sur un objet, une substance, un phénomène. Il faut donc isoler, au sein de la complexité des objets qui composent notre environnement, certains éléments qui feront l'objet de l'analyse. Autrement dit il s'agit d'identifier des " faits " ou de recueillir des données.

Le recueil de données décrit toutes les situations conscientes visant à isoler des objets ou des phénomènes. Dans une démarche expérimentale, le recueil de données prend la forme d'une expérimentation. Mais d'autres formes de recueil de données existent : recherche documentaire, interview d'un spécialiste, apports de contenus par l'enseignant, modélisation (construction de maquettes). C'est pour insister sur cette variété des modes de recueil que nous parlons de " recueil de données " et pas spécifiquement d'expérience.

Par ailleurs le recueil de données sur le terrain prend des formes variées. On peut faire une mesure (par exemple de température) dans un milieu naturel (l'air ou la mare) ou en provoquant expérimentalement une situation (chauffer ou refroidir de l'eau).

Dans tous les cas se pose la question suivante : qu'est-ce que j'observe ? Dans le cas d'une expérience avec un bol d'eau, la réponse paraît évidente : c'est le changement de niveau d'eau dans le récipient. Pourtant il faut déjà réfléchir à la manière dont on mesure le changement (des graduations ?) à la façon dont on relève et dont on retranscrit les données. Si j'étudie une mare, je peux observer ce qui l'entoure, ce qu'elle contient, peut-être en termes de végétaux ou d'animaux… L'idée d'un recueil de données suppose que lors de l'expérimentation, je ne fais pas un inventaire exhaustif de ce qui se joue : je ne regarde que les éléments qui me paraissent significatifs des phénomènes que j'étudie. Ainsi quand je retranscris une expérimentation, je fais un schéma et non un dessin : je réalise une représentation abstraite qui ne prend en compte que les éléments significatifs de l'expérience. L'observation scientifique repose sur un même mécanisme de sélection et d'abstraction que l'on nomme généralement en épistémologie la " définition de l'objet ".

Une question a été posée pendant l'animation sur la différence entre expérience et expérimentation. Ces deux termes n'admettent pas une définition univoque. Dans de nombreux cas cependant on définit l'expérimentation comme une expérience mise à distance ou instrumentalisée. On peut parler dans la classe de l'expérience que les enfants ont de l'eau : la piscine, les flaques d'eau, les vacances à la mer, la pluie, l'eau du robinet. On peut élaborer une expérimentation, en créant artificiellement dans la classe des conditions qui permettront de recueillir des informations. Dans ce dernier cas l'expérience prend une forme active, consciente, dans laquelle le regard est orienté vers la perception de certains phénomènes ou de certains aspects de ces phénomènes.

Nous insistons sur ce dernier point parce que la mise en place de la démarche expérimentale dans la classe vise notamment à rendre les enfants plus critiques vis-à-vis de leur " expérience " au sens large. Les projets scientifiques en classe visent à accompagner les enfants dans le développement de compétences transversales qui leur permettent une mise à distance non seulement des phénomènes naturels, mais aussi des discours, des images, des attitudes ou des comportements qu'ils perçoivent dans leur quotidien. Pour atteindre un tel objectif, il faut considérer que dans le projet scientifique de la classe, il n'y a pas que l'expérience soumise à protocole qui ait de la valeur. La science d'ailleurs ne se joue pas que dans les laboratoires et sur les paillasses : l'expérience " naïve " de chacun peut être un apport pour la classe et permettre d'apprendre, de se poser des questions, de comprendre.

Évaluation

Nos représentations de l'évaluation sont configurées par le souci justifié de mesurer les effets de notre travail. Lors de l'animation du 19 mars, nous avons donc surtout parlé d'une forme bien particulière d'évaluation : la mesure des acquisitions ou des progrès.

Les participants ont proposé plusieurs méthodes :
- des évaluations par écrit
- des mises en situation (élaborer ou réaliser une expérience)
- la lecture et l'analyse de schémas
- la vérification des conclusions de la classe dans des ouvrages documentaires

On peut aussi imaginer que lors d'une visite, lors d'une sortie, ou lors d'une activité, les enfants expriment par leur analyse de la situation les progrès réalisés. Ainsi la classe peut terminer son projet sur l'électricité en visitant une expo à la Cité des Sciences et réaliser un journal après cette sortie. Les propositions de contenus, les textes écrits et les schémas réalisés seront des éléments d'évaluation.

Mais l'évaluation peut prendre au moins deux autres formes essentielles :
- les enfants évaluent le projet global, dans sa dimension " sociale "
- les enfants évaluent la justesse de leurs connaissances par la réussite d'une réalisation

Dans le premier cas il s'agit de s'interroger collectivement sur les procédés, les modes d'organisation, les formes de coopération développés par la classe pour construire ses connaissances : comment a-t-on travaillé ensemble, comment a-t-on échangé, comment se sont organisées les équipes lors du projet. La qualité et la quantité des connaissances dépendent de la manière dont le groupe a travaillé pour les produire. Le but d'une telle évaluation est pour les enfants de prendre du recul par rapport à la démarche qu'ils ont vécue et d'améliorer dans les projets suivants les formes de leur recherche.

Dans le second cas, les connaissances scientifiques ont pu être développées en vue d'une réalisation concrète : la fabrication de bateaux, pour reprendre l'exemple donné par l'une des enseignantes. Si les bateaux flottent et avancent, cela est une bonne évaluation des acquis : on en a appris au moins assez pour faire flotter notre bateau. La façon dont il circule, sa résistance, la comparaison des différentes réalisations et de leur adaptation en fonction des matériaux, du poids, de la forme apporte d'autres éléments d'évaluation.

De la séquence au projet

Dans la deuxième séquence de l'animation du 19 mars, un thème a été proposé aux participants : " flotte/coule ".

De petits groupes ont réfléchi à la question avant de proposer en grand groupe des séquences reliées à différents aspects du projet : représentations, hypothèses, recueil de données etc. Voici la synthèse de nos discussions, complétées d'éléments évoqués tout au long de la matinée et s'inscrivant dans cette problématique du projet.

Lancer le projet

Le groupe s'est interrogé sur la manière de lancer le projet, autour du souci suivant : le projet doit venir des enfants ou être relié à leurs questionnements. Il faut donc identifier une situation de départ qui s'inscrive dans les réflexions ou dans l'expérience des enfants.

On peut ainsi parler de la natation et du fait que nous flottons… On peut poser une question " pourquoi la bouée flotte ? "… On peut lancer le projet comme visant une réalisation finale : construire des bateaux.

Les étapes du projet

Une question a été posée sur la nécessité d'établir ensemble un ordre : comment placer hypothèses, recueil de données etc. dans la chronologie du projet ? Cette question ne trouve pas de réponse évidente. Les manuels nous invitent généralement à travailler d'abord sur les conceptions des enfants. Pourtant il peut être au moins aussi intéressant de commencer par une observation qui permettra d'identifier des questions, ou bien de manipuler d'abord, notamment pour motiver la classe.

Dans le projet scientifique, on fait des allers et retours incessants entre hypothèses, validations, interprétations, conceptions, observations, expériences, analyses, réalisations. Le modèle qui propose une progression linéaire depuis les représentations jusqu'à l'évaluation est un outil méthodologique utile, mais artificiel. Il en va de même du fameux OHERIC (Observation, Hypothèse, Expérience, Résultats, Interprétation, Conclusion).

Par ailleurs la distinction entre les catégories est elle aussi artificielle. Un exemple a été donné. Il a été proposé de commencer le projet ainsi : les enfants expriment leurs représentations en disant ce qui flotte et ce qui coule, selon eux. Ensuite on fait le test en mettant ces objets dans l'eau.

Dans ce cas, les représentations et les hypothèses sont une seule et même chose : " le bouchon de liège " vaut autant comme énonciation d'une conception que comme hypothèse en vue de l'expérimentation. C'est lorsqu'on passe de la question " qu'est-ce qui… " à " pourquoi " ou " dans quelles conditions " que les hypothèses deviennent plus complexes et s'éloignent des représentations.

Durée et rythme du projet

Nous avons finalement travaillé sur la manière de transformer ce thème très ciblé du " flotte/coule " pour en faire un projet, par exemple à l'année, sur l'eau.

Parmi les nombreuses questions qui se sont posées :
- comment rendre le projet suffisamment riche pour entretenir l'intérêt des enfants ?
- quels thèmes relier au thème initial ?
- comment varier les formes de l'activité ?
- comment rythmer le projet, l'organiser ?

Plusieurs pistes proposées concernaient les thématiques :
- châteaux d'eau
- hygiène
- le cycle de l'eau ; eau domestique, eau naturelle
- eau douce, eau de mer
- l'être vivant et l'eau (plantes) ; la vie
- les animaux marins
- la pollution
- répartition des ressources, économie, gaspillage, énergie

D'autres les activités :
- fabriquer un bateau, un sous-marin
- arts plastiques, les nymphéas
- créer une mare

Notamment les sorties ou les visites :
- visiter des marais
- partir en classe de mer
- faire une classe d'eau
- station d'épuration (aqueducs, écluses)

Bien des questions restent en suspens au terme de cette courte séquence de réflexion sur la démarche expérimentale… Elles trouveront leurs réponses dans l'" expérience " !

Les projets des enseignants

Etats de l'eau et thermomètres, cycle 2

Etats de l'eau et changements d'état, cycle 3

Organiser la classe pour le projet

Des trucs pour faciliter le travail en groupe.

Des responsables par table

On forme des équipes de 3 ou 4 élèves, disposant chacun sur leur groupe de tables du matériel nécessaire aux expériences. On distribue à chaque élève une responsabilité, par exemple :
- animateur ; il donne la parole dans les débats
- secrétaire ; il prend des notes, assure le secrétariat de la séquence
- dessinateur ; il a une mission proche de celle du secrétaire mais il est chargé plus précisément des dessins
- expérimentateur ; il a pour mission de superviser le montage technique de l'expérience

La prise en charge par chaque enfant de sa mission ne fonctionne pas forcément du premier coup. Analyser tous ensemble le travail qui a été fait dans chaque équipe peut permettre de préciser peu à peu les tâches reliées à chaque responsabilité et d'améliorer le système.

Des projets longs…

…permettent notamment d'affiner ce fonctionnement. Des équipes fixes d'un projet à l'autre aident les élèves à s'organiser, à s'habituer à la façon dont chacun travaille.

Des changements fréquents d'équipe contraignent chaque fois les enfants à retrouver leur place dans l'équipe et à s'accommoder de nouveau à une façon de travailler. Une équipe fixe peut au fil du temps trouver son style, si ce travail est accompagné.

Des experts

Il est parfois difficile de faire travailler en même temps 4, 5, 6 équipes d'enfants. L'enseignant ne peut pas être partout à la fois, et les groupes ne sont pas toujours autonomes.

Voici une parade : à l'occasion d'une, deux, trois séquences programmées par exemple pendant des récréations, l'adulte regroupe autant d'enfants qu'il y a d'équipes. Ces enfants ont été choisis par la classe parmi des candidats. Ce petit groupe d'élèves prépare avec l'adulte les expérimentations, par exemple en les faisant une première fois, ou en se familiarisant avec le matériel. Leur mission sera d'animer un des groupes au cours d'une ou de quelques séquences. Leurs connaissances permettront de retarder le moment où l'enseignant deviendra indispensable.

Bien sûr, il est intéressant de laisser cette responsabilité aux enfants pendant plusieurs séquences, pour leur permettre de progresser dans ce travail. Mais il est indispensable de permettre à un maximum d'enfants de faire ce travail. S'il faut faire des choix parmi des candidats nombreux, on peut utiliser, pour faire des choix moins subjectifs, au système des brevets (voir plus loin).

Variante : les référents

On réunit à une table, pendant la séquence, les enfants formés à l'expérimentation. Ils font office de consultants, et peuvent être visités par des représentants de chaque table, qui peuvent venir demander des conseils.

L'adulte est sollicité lorsque les consultants ne sont pas en mesure de répondre.

Variante : les binômes

En utilisant le système des brevets, on constitue des binômes réunissant des compétences complémentaires, et qui se retrouveront ainsi moins vite bloqués par une tâche.

Les critères peuvent être reliés aux compétences en écriture, en lecture, ou grâce au système des brevets à des compétences propres aux activités scientifiques : monter un protocole expérimental, dessiner un schéma, faire une mesure.

Une deuxième activité

Parfois, l'agitation vient du fait que les enfants, travaillant de façon relativement autonome, ne terminent pas tous le travail en même temps. Pourquoi ne pas préparer des fiches que les enfants pourront utiliser dès leur travail fini… Par exemple, selon la classe : une lecture relié au sujet du projet scientifique, ou des exercices reliés à d'autres activités.

Collaborer avec d'autres professeurs

S'il est difficile d'animer un projet scientifique pour 20 enfants, il est possible de travailler à plusieurs enseignants. A deux par exemple, un enseignant peut accueillir 25 ou 30 élèves pour une leçon pendant que l'autre enseignant anime le projet scientifique d'un plus petit groupe.

Les brevets et les permis

On peut créer des brevets, constituant des attestations de compétences. Par exemple un brevet pour les missions de secrétaire, de président, de dessinateur ou d'expérimentateur : un enfant qui a exercé une ou deux fois la mission de dessinateur et dont le travail a été reconnu satisfaisant par la classe peut obtenir le brevet correspondant.

On peut lister pour chaque brevet des compétences précises. Par exemple pour le brevet de dessinateur :
- est capable de réaliser un schéma
- a rempli le rôle de dessinateur pendant un projet scientifique
- connaît le matériel de dessin nécessaire pour une séquence
- etc.

D'une part les commentaires faits par le reste des enfants en vue de l'attribution des brevets aident l'enfant à progresser, d'autre part le détenteur d'un brevet est plus crédible auprès de ses camarades : sa compétence a été reconnue par la classe.

Sur d'autres aspects de l'organisation de la classe, les permis peuvent constituer un support intéressant. Un enfant peut ainsi passer un permis relié à l'utilisation du matériel. Il doit montrer qu'il utilise le matériel ou les outils à bon escient, et en toute sécurité. Une fois muni de ce permis, il est habilité à utiliser ce matériel. Il est aussi une ressource pour d'autres enfants, qui ne disposent pas du permis.

Techniques d’animation

Voici quelques exemples de techniques d'animation, ici surtout en vue de séquences sur les représentations des élèves.

Le brainstorming

Un thème ou une question est énoncé ou écrit sur un panneau. La consigne précise ce que les enfants doivent dire : un mot, une phrase…

Chacun donne des idées, en essayant d'être rapide (donc spontané). On évite de commenter les propositions pendant la phase d'expression. L'un des enjeux dans la mise en place de ce type d'activité est de sécuriser la parole, notamment en évitant que des propositions soient critiquées par d'autres ou moquées.

Le traitement des informations peut se faire de façons variées.

Exemple 1 : on organise un débat sur le thème " que pensez-vous des propositions de vos camarades ? Avec lesquelles êtes vous d'accord ? Avec lesquelles n'êtes-vous pas d'accord ? " Certaines propositions peuvent être écartées, d'autres ajoutées.

Exemple 2 : le même débat est organisé, mais en petits groupes qui ont à traiter la même question, éventuellement avec une question du type : " choisissez les 5 idées avec lesquelles vous êtes le plus d'accord ", ou " faites la liste des mots qui selon vous ne rentrent pas dans la catégorie que nous avions citée ".

Exemple 3 : Plusieurs mots sont choisis et on essaie d'en donner ensemble la définition. Le travail peut être suivi d'une recherche documentaire.

D'autres variantes sont présentées dans les fiches suivantes.

Points d'attention et difficultés

Derrière les effets de la matérialisation (on voit les mots, on en repère certains, on discute de leur orthographe) et de la dynamique participative très motivante, l'un des intérêts essentiels de l'activité est le débat qui s'organise sur la base des propositions des enfants.

Selon le thème, l'avancement du projet, les objectifs de la séquence, l'enseignant sera plus ou moins directif dans le débat, induira plus ou moins de choses. Il peut ainsi très vite reformuler et signaler des erreurs, ou plutôt inciter les enfants entre eux à discuter les propositions, il peut encore ne quasiment rien dire et se contenter de donner la parole.

Evidemment, la limite de l'outil est celle de la parole, ou de la non-parole des enfants. Il faut donc d'une part permettre aux plus timides de s'exprimer (par exemple en faisant d'abord travailler les enfants en petit groupe : c'est un émissaire qui donne la liste des mots), et offrir aux enfants qui ne s'exprimeraient pas dans cette séquence de le faire par un autre moyen, à un autre moment.

L'énoncé de mots peut être remplacé par leur écriture ou par des dessins.

Aquarium (mise en commun des délégués)

On constitue des groupes, et chacun travaille sur un thème commun à tous les groupes : une question, une problématique, des représentations, par exemple :
- comment fonctionne une télécommande ?
- comment les plantes grandissent ?
- d'où viennent les nuages ?

Chaque groupe envoie un délégué dans une commission chargée de la synthèse.

Points d'attention et difficultés. Le travail d'animation du petit groupe étant confié à un enfant, il s'agit bien sûr de le former, ce travail n'étant pas simple. Réunir autour de l'enseignant les futurs animateurs pour parler de ce qu'ils auront à faire est une solution. D'autre part, il est important que les enfants aient vécu des débats animés par l'enseignant sur le même thème pour avoir une idée de la façon de s'y prendre.

Photolangage

Un grand nombre de photos, publicités, coupures de presse et autres reproductions sont étalées sur une table, ou punaisées sur un mur.

On donne un énoncé, sous la forme d'un thème ou d'une question… Par exemple :
- Choisissez trois photos qui représentent des objets dans lesquels il y a de l'électricité
- Choisissez trois photos d'objets dans lesquels l'électricité peut passer
- Choisissez trois photos d'objets qu'on trouve en ville
- Choisissez trois photos qui vous font penser à la nature
- Choisissez trois photos qui sont vous font penser à l'eau.

Chaque enfant choisit ses images, puis chacun présente ses choix et les explique.

Points d'attention et difficultés. Les choix et les argumentations sont d'autant plus intéressants que le corpus d'images est bien préparé… Sur le thème de l'eau, des enfants penseront-ils à choisir une plante ou la photo d'une personne ? De très jeunes élèves voient-ils de l'électricité dans la télé, le mixeur, la lampe de poche ? De plus grands penseront-ils à sélectionner la photo d'un être humain ?

Variantes. Le choix des images peut se faire par groupes de 2 ou 3 enfants, pour permettre déjà un débat pendant le choix. On peut envisager que le groupe dans son ensemble propose des choix à l'enseignant et que les enfants débattent pour se mettre d'accord sur leurs choix.

Méthode des cartes

Une question ou un thème est énoncé. Chacun des élèves dispose d'un morceau de papier, sur lequel il va noter ses idées, réponses, avis.

Les papiers sont récupérés et donnent lieu à une synthèse dont la forme peut être variable : lecture des papiers, affichage des documents jusqu'à une autre séquence pendant laquelle ils seront exploités, discussion.

Points d'attention et difficultés. Les difficultés apparaîtront aisément aux enseignants de Petite Section. La méthode est a priori prévue pour des enfants relativement autonomes en écriture.

Variantes. On peut donner plusieurs questions et un nouveau papier à chaque fois… On peut imaginer que l'enseignant émet des hypothèses, par exemple :
- les plantes utilisent seulement le contenu de la terre pour s'alimenter et grandir
- le bois laisse passer l'électricité etc.
Les enfants lèvent une carte verte pour signaler leur accord, rouge s'ils ne sont pas d'accord avec la proposition. On discute ensuite des votes, les enfants les argumentent.

Le panel

Un thème est annoncé, et des équipes travaillent sur ces thèmes avant d'envoyer des porte parole dans la commission d'experts. Les équipes poursuivent le travail se recherche, et les experts font des allers retours dans leurs équipes pour demander de nouveaux avis, des précisions etc.

Un exemple de séquence : A chaque table, les élèves ont pour mission de créer 5 expériences scientifiques, sur un ou des thèmes différents, en vue de démontrer certaines hypothèses. Les experts doivent valider les expérimentations produites.

Le vernissage

On constitue des équipes dont chacune doit créer un panneau ou un dessin sur une question précise (même question ou questions complémentaires). Par exemple :
- dessinez ensemble sur un panneau un maximum d'objets qui conduisent l'électricité
- dessinez sur un panneau l'intérieur d'une voiture
- dessinez sur un panneau le circuit de l'eau

On expose les panneaux et le vernissage consiste à circuler entre les panneaux et à en discuter. On peut ensuite se rassembler pour un échange sur la base des panneaux.

Points d'attention et difficultés. Comme dans beaucoup d'activités sollicitant des petits groupes, il faut s'assurer la participation de tous. On peut pour cela préciser les consignes : chaque enfant propose une idée à son tour, ou chaque enfant dessine à son tour.

La maquette

Il s'agit par équipe de construire une maquette ou un plan. L'un des exemples les plus étonnants est " Le pays de l'eau ", créé par le réseau Ecole et Nature : il consiste pour les enfants à reconstruire une ville et à imaginer la place de l'eau dans cette ville.

Le débat entre enfants ou les indications de l'enseignant doit permettre de trouver les incohérences et d'ajuster la production des enfants. Les conceptions évoluent au fur et à mesure de ce travail, le travail étant facilité par la manipulation.

Matériel nécessaire. L'enseignant peut préparer des éléments que l'on déplacera sur le plan. Le plus simple est d'avoir des cartes sur lesquelles sont dessinés les éléments en jeu : des piles, des appareils électriques, des fils électriques pour une maquette consacré au montage électrique.

La méthode métaplan®

Il s'agit d'une variante, qui peut être très complète, du brainstorming.

Les enfants répondent sur un petit morceau de papier à une question, par exemple : écrivez une chose qu'on trouve dans la nature.

L'ensemble des papiers est fixé sur un mur ou un tableau. Suit un débat sur les productions, visant par exemple à rassembler les propositions par thème : oiseaux, mammifères, arbres, fleurs, productions humaines etc.

Les catégories présentent plusieurs intérêts :
- exprimer des représentations : il y a par exemple dans la nature des productions de l'homme, et l'environnement dans lequel on évolue ne se réduit pas à la Nature.
- travailler ensemble sur des définitions.
- Obtenir une base de travail relativement organisé utilisable dans d'autres séquences

L’étiquetage

Cette technique est particulièrement intéressante avec de jeunes enfants (public maternel).

Les enfants disposent chacun ou par petit groupe d'étiquettes de couleur, chaque couleur étant associée à un critère, un type d'objet, un matériau, et circulent dans un espace délimité dont ils étiquettent les éléments.

Exemple : la classe travaille sur les matériaux. On associe la couleur bleue au bois, verte au métal, jaune au plastique etc. Des équipes de 3 enfants ont un lot de cartons de ces différentes couleurs. Ils circulent et placent sur des objets le carton qui leur paraît correspondre au bon matériau : un carton bleu sur le bureau, un carton jaune sur une caisse de livres ...

On discute ensuite des choix. Chaque équipe peut intervenir pour critiquer le choix d'une autre équipe.

L’inventaire

Les enfants circulent dans un espace délimité, à l'intérieur ou à l'extérieur, et ils doivent faire l'inventaire, seuls ou en petites équipes, de tout ce qu'ils y trouvent, de la manière suivante : pour chaque objet ils créent un feuillet avec un dessin, un mot ou un court texte. Les cartons sont rassemblés au fur et à mesure sur une table ou un tableau.

Ils constituent ainsi un corpus que la classe pourra analyser, classer, étudier.

Variante : les feuillets sont placés directement sur un plan.

Liens

Sur le site de l'INRP :

La page d'accueil

Des fiches pour vous aider à monter des expérimentations

Les textes officiels

Les associations d'éducation populaire et leurs ressources :

Planète-Sciences

Le réseau Ecole et Nature

Les Petits débrouillards

Par ailleurs vous pouvez télécharger une fiche présentant quelques ressources (pdf 40 ko) sur certains thèmes.