LA DEMARCHE EXPERIMENTALE AU CYCLE 2

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1 I.U.F.M. Académie de Montpellier Année Site de Montpellier BENSAFI épouse AUSSEL Lisa JOUSSEIN Véronique LA DEMARCHE EXPERIMENTALE AU CYCLE 2 Séances de sciences dans les classes de GS à l école P. Kergomard de Montpellier CP à l école Les Baux de Poussan Tuteur de mémoire : Marie-Claude Tiret - 1 -

2 RESUMÉ La grande section de maternelle, bien qu appartenant au cycle 2 semble très proche, en terme d organisation, du cycle 1. Ce mémoire se propose de voir s il est possible de mener en grande section de maternelle une démarche expérimentale semblable à celle possible au CP. The great section of primary school was included in the cycle 2 but seems very close to cycle 1 by its organisation. This memory proposes to see if it is possible to carry out in great section of primary school an experimental step similar to the CP one

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4 Sommaire 1.Introduction...5 Historique de l enseignement des sciences :...5 Motivation de l analyse comparative des deux séquences en CP et en maternelle Séquence de CP : solidification de l eau, comment faire pour fabriquer de la glace?...9 Trame générale de la séquence...9 Analyse de la séquence...10 Entrée dans l activité :...11 Le rôle de la maîtresse :...11 Le travail des enfants :...13 Les traces écrites : Séquence de grande section : les aimants...19 Trame générale de la séquence...19 Analyse de la séquence...20 Séance Séance Séance Séance Comparaison des analyses...28 La trace écrite ou la présentation de l expérience...28 L entrée dans l activité...28 Rôle du maître Conclusion...31 ANNEXES

5 1.Introduction Former l esprit scientifique, développer leur sens critique, leur apprendre à s étonner et à s interroger, leur fournir les connaissances nécessaires pour qu ils puissent répondre à leurs interrogations, les aider à comprendre et à maîtriser le monde actuel, tels sont les principaux objectifs de tout enseignement scientifique. L enseignement doit explicitement se fixer comme objectif d apprendre aux élèves à chercher et à trouver par eux-mêmes. Historique de l enseignement des sciences : L enseignement des sciences, qui va de soi de nos jours, a dû conquérir lentement son droit de cité dans le système éducatif au cours du XIXe siècle. Ce n est qu à partir de 1882 que les sciences deviennent un enseignement obligatoire à l école primaire. Pourtant Guizot en 1833 créa un enseignement primaire supérieur dans lequel figurait l étude de notion de sciences physiques et de l histoire naturelle applicables aux usages de la vie, et Hyppolyte Carnot en 1848 proposera les notions élémentaires sur les phénomènes de la nature, dans une école qu il voudrait gratuite et obligatoire. Mais suite aux journées d insurrection ouvrières de juin 1848 le projet de Carnot est oublié et ces matières deviennent facultatives. Au cours du XXe siècle, l enseignement des sciences va connaître des changements considérables. Ceux-ci trouvent leur explication dans le contexte et dans les pensées pédagogiques du moment. Depuis 1985, on peut parler «d activités scientifiques», de nouvelles IO apparaissent. Les programmes «correspondent à une tentative de stabilisation - 5 -

6 après une période de foisonnement, mais aussi d impuissance à développer l éducation scientifique dans toutes les classes.» 1 En 1990, on remarque que les sciences ont un volume horaire qu elles doivent partager avec les mathématiques (D après l arrêté du 1 Er septembre 1990, cycle 2 : 5 heures 30, cycle 3 : 6 heures 30 ) En 1995, les horaires sont changés. Les mathématiques ont un volume horaire qui leur est propre, et les autres sciences sont rassemblées, pour le cycle 2 sous le terme de Découverte du monde, (4 heures partagées avec l éducation civique), et pour le cycle 3 sous le terme de Science et technologie (4 heures partagées avec Histoire/Géographie et Education Civique). Les sciences (biologie, physique et technologie) ne sont pas encore considérées comme une matière à part entière, mais l école, de nos jours, a une volonté d ouverture sur le monde scientifique. Ceci n est pas un luxe, car les sciences sont omniprésentes dans notre vie, nous baignons quotidiennement dans les produits de la science et de la technologie. Il faut donc «donner à chacun la culture scientifique et technique lui permettant de ne pas se réduire à un simple consommateur boulimique et passif.» Quand on discute avec les enseignants, on remarque, que les sciences sont rarement leur préoccupation majeure. Ils jugent très souvent cette matière inaccessible et demandant beaucoup de moyens. A l école élémentaire alors qu il existe des programmes, les sciences se font «fantômes», alors à l école maternelle il est encore plus difficile d en observer. Cependant depuis Georges Charpak avec le programme «main à la pâte», plus d enseignants osent l expérience de la science. Mais ce programme se consacre essentiellement à l école élémentaire et surtout au cycle 3, on y trouve très peu d éléments pour les maternelles. En juin 2000, Jack Lang, actuel ministre de l Education Nationale, a lancé un plan de rénovation de l enseignement des sciences et de la technologie à l école. Ce plan a pour vocation de mobiliser et de mettre à disposition de l ensemble des équipes de maîtres des moyens spécifiques. Cependant ce plan indique que les maîtres enseignant au cycle 3 seront les bénéficiaires prioritaires de l effort de formation et de mobilisation de ressources. Il précise tout de même qu une fois 1 La culture scientifique et technique pour les PE, CNDP - 6 -

7 cette priorité respectée les classes de cycle 2 puis de cycle 1 sont concernées par ces préconisations pédagogiques. Ce plan de rénovation tient à se distinguer de l opération «La main à la pâte», mais tout en prenant en compte ses acquis et en l intégrant en tant que pôle innovant. En effet il serait dommage de se priver de ses apports car des études ont montré que ce programme avait des effets très positifs sur les enfants et notamment dans trois domaines : le comportement social, les capacités d expression et la formation de l esprit logique. Il convient de saluer une telle initiative, même s il est dommage que pour l instant elle donne la priorité au cycle 3. Pourtant, les jeunes enfants ont un esprit d observation très développé, et ils sont avides de connaissances. De plus dans l évolution normale de l enfant un des moteurs essentiels de son développement est la curiosité. Existe-t-il des textes qui mentionnent un âge minimum pour faire des sciences? Motivation de l analyse comparative des deux séquences en CP et en maternelle. La loi d orientation sur l éducation du 10 juillet 1989 dispose dans son article 4 que : «la scolarité est organisée en cycles pour lesquels sont définis des objectifs et des programmes nationaux de formation comportant une progression annuelle ainsi que des critères d évaluation Pour assurer l égalité et la réussite des élèves, l enseignement est adapté à leur diversité par une continuité éducative au cours de chaque cycle et tout au long de la scolarité.» Toutefois, malgré cette organisation en cycle, il semble subsister une certaine ambiguïté concernant la grande section de maternelle. A ce propos on nous dit que la grande section de maternelle est une classe de l école maternelle dont l unité est non seulement maintenue mais réaffirmée. De plus au niveau de la localisation géographique de la grande section au sein de l école primaire, ce niveau fait partie - 7 -

8 intégrante de l école maternelle. La grande section assure ainsi la cohérence de l école maternelle dont elle est l aboutissement. Les compétences définies pour le cycle des apprentissages premiers correspondent d ailleurs à celles qui sont attendues d un enfant qui quitte cette école. La dernière année d école maternelle est donc celle où l enfant consolide la maîtrise de ces compétences puis commence les apprentissages fondamentaux. Le souci de tenir compte, de façon fine, des possibilités des élèves, en fonction de leur âge et des compétences qu ils ont déjà acquises, doit également amener les maîtres à aborder en grande section de maternelle, dès que les enfants le peuvent, les apprentissages fondamentaux. Ceci nous montre bien l ambiguïté qu il existe par rapport à cette classe en terme de positionnement par rapport aux cycles. Bien que la grande section de maternelle soit rattachée au cycle qui comprend en plus deux classes de l école élémentaire, il semble qu elle soit tout de même plus proche du cycle 1 qui comprend toutes les autres classes de maternelles. Tout ce passe comme si le découpage école maternelle/école élémentaire prévalait sur l organisation en cycle. Cette remarque nous a poussées à nous interroger sur la pertinence de la présence de la grande section de maternelle au sein du cycle 2 par rapport à l enseignement des sciences. Est-il possible de mener en grande section de maternelle une démarche expérimentale au même titre que celle qui pourrait être menée en CP? Nous avons essayé de répondre à cette question en menant deux séquences de sciences basées sur la démarche expérimentale, l une en grande section de maternelle portant sur les aimants et l autre menée en CP sur la solidification de l eau

9 2.Séquence de CP : solidification de l eau, comment faire pour fabriquer de la glace? Trame générale de la séquence Le but de cette séquence est de faire aborder aux enfants les différents états de l eau : ici l état liquide et l état solide. Elle permet de plus d expliquer aux enfants des phénomènes de la vie de tous les jours comme les glaçons, les glaces, la neige, la différence entre un réfrigérateur et un congélateur, Elle permet également une approche de la démarche expérimentale et le développement des comportements nécessaires à cette démarche tels que : l observation, l émission d hypothèses, la synthèses, la prise de parole en grand groupe, Au niveau des compétences spécifiques à la matière elle est aussi très riche, elle permet d aborder de nombreux thèmes, de manière plus ou moins approfondie étant donné le niveau ou nous nous trouvons : - l eau à l état liquide et à l état solide - les conditions de transformation de l un à l autre - les propriétés de la glace - la manipulation d un thermomètre - 9 -

10 Analyse de la séquence Cette séquence a été élaborée par un groupe de professeurs des écoles pendant leur stage de formation continue en sciences avec la collaboration des enseignants de l IUFM de Montpellier. Elle a été mise en place dans la classe de CP de Mme Trinquier dans l école Les Baux de Poussan. Cette classe comporte 24 élèves et le profil de la classe se décompose comme suit : - 1 élève très brillant - 9 élèves ayant des résultats corrects dont un disposant d une grande culture générale et montrant un grand intérêt pour les choses qui l entourent - 10 élèves ayant des résultats moyens - 4 élèves ayant quelques difficultés scolaires Dans cette classe on ne retrouve pas d élève en grandes difficultés scolaires, qui ne sont pas capables de suivre le déroulement correct de la classe. Il n y a pas non plus d élève ayant des personnalités telles qu elles empêchent la maîtresse ou l ensemble de la classe de travailler. Pour résumer on peut dire que c est une classe dans laquelle beaucoup de professeurs des écoles voudraient travailler. J ai choisi d analyser la séquence d une manière globale et non de faire une analyse séance par séance car les paramètres que je viens d énoncer autant sur la manière dont a été conçue la séquence que sur le profil de la classe ont fait que cette séquence s est déroulée d une manière très satisfaisante sur toutes les séances, il n y a pas eu de difficultés particulières autant de la part de la maîtresse que des élèves. J ai donc pensé qu une analyse globale serait moins redondante et plus intéressante qu une analyse par séance

11 Entrée dans l activité : Grâce à l introduction de manière ludique, les enfants entrent tout de suite dans l activité en réfléchissant à la manière de faire de la glace. Le fait de mettre en jeu un objet social et affectif (les anniversaires et les glaces) permet de donner du sens à l activité pour les enfants et ainsi éviter de perdre d une part du temps et d autre part, ce qui est le plus important l attention des enfants. Le rôle de la maîtresse : Ses interventions sont ici très importantes. En effet tout au long de la séquence on peut observer ses différents rôles en fonction de la situation. Pendant la phase de recherche des élèves, elle évite d apporter des informations. Elle fait expliciter et préciser ce que les élèves cherchent à savoir. Elle reformule une représentation d élève en reprenant son vocabulaire. Elle met en relation différentes idées. Elle cherche surtout à encourager l équipe à aller plus loin. Les élèves commencent à être curieux. Le rôle fondamental de la maîtresse consiste à répondre à une fonction d écoute et d observation pour mieux comprendre les questions que les élèves se posent, les difficultés spécifiques qu ils rencontrent, leurs modalités propres de résolution. Parmi les fonctions de l enseignant dans ces démarches figurent aussi : - un rôle de mémoire collective pour rappeler ce qui a été fait et proposer des mises en relation, notamment par la réalisation d affiche au tableau ce qui permet de conserver une trace durable de ce qui est fait,

12 - un rôle de recentrage de l activité et des discussions, sans en dénaturer la signification mais en évitant les dérives On peut noter lors de cette séquence que les enfants sont restés très centrés sur l activité. On n a pas observé les dérives que l on voit souvent lors de discussions collectives, surtout avec des enfants de cet âge. Ceci vient certainement du fait que les enfants étaient très intéressés par le sujet et n ont donc pas ressenti le besoin de s en éloigner. - un rôle de clarification et de reformulation mené tout au long de la séance pour d une part obliger les enfants à aller au bout de leur pensée alors qu ils ont plutôt tendance à lancer une idée sans avoir réellement réfléchi à tout ce qu elle pouvait comporter. Et d autre part pour permettre à tous les enfants de s approprier ce qui venait d être dit par un de leur camarade, - un rôle de contradicteur amenant des contre-exemples, saisissant des points de vue différents pour susciter des conflits cognitifs. Ce rôle est très bien illustré dans la séance 4. En effet, anticipant la réponse des enfants sur la question pourquoi la bouteille de la maîtresse s est cassée? parce qu elle était en verre, la maîtresse avait conservé la bouteille qu un élève avait mis au congélateur, qui était elle aussi en verre, et qui n avait pas cassé car elle n était pas bouchée. L invalidation immédiate de l argument avancé par les élèves les a obligé à imaginer de nouvelles hypothèses pour expliquer le phénomène observé. - un rôle d organisateur puisqu il dispose de la maîtrise du temps et des variations dans les structures de travail Il serait pourtant illusoire de penser que les élèves puissent tout redécouvrir et qu un rôle aussi indirect puisse suffire. La maîtresse intervient aussi pour établir certaines composantes de la méthodologie expérimentale : prévoir une expérience témoin, refaire plusieurs fois la même manipulation, passer au quantitatif par l usage de la mesure, du repérage ou du dénombrement. Si les imposer d emblée et hors de situation est inopérant, il est essentiel de conserver ces exigences à l esprit pour en faire saisir la nécessité aux élèves dans

13 le concret de leur cheminement. La difficulté est alors de se limiter à donner ce qui peut être reçu et intégré, ce qui est nécessaire pour progresser, alors que la tentation est de saisir toute occasion pour faire une théorie qui reste décalée des exigences de la tâche, ou des projets des élèves. L enseignant intervient aussi pour complexifier les plans d expériences proposés, souvent binaires, opposant deux conditions expérimentales extrêmes dont il suffit de comparer les effets contrastés, ce qui exclut l utilité de la mesure. En effet ceci est très bien illustré dans la séance 4, au cours de laquelle les enfants doivent observer et vérifier que l eau prend plus de place en devenant de la glace. Pour le vérifier un élève propose de remplir un tube à ras bords et de regarder si cela déborde. Ici le plan d expérience binaire proposé est cela déborde/cela ne déborde pas. La maîtresse est alors obligée d intervenir pour pousser les élèves à élaborer un schéma d expérience plus complexe. Là, de même, la marge est étroite entre une intervention qui fait prendre conscience de la nécessité de complexifier le plan d expérience et une autre qui substitue sans le dire au projet des élèves, une proposition qui leur devient étrangère. Le travail des enfants : La démarche expérimentale est trop souvent pensée comme une activité de type logique s exerçant quasi indépendamment des objets sur lesquels elle porte. Une telle conception conduit à négliger le rôle que jouent les connaissances initiales dans les conduites expérimentales. Or de nombreuses observations montrent que ces connaissances orientent, d une part, les questions que les élèves se posent et, d autre part, les informations qu ils tirent des expériences. Les enseignants sont ainsi quelquefois surpris que leurs élèves ne tirent pas des expériences faites en classe les conditions auxquelles ils s attendaient. C est qu en effet les élèves interprètent les situations qu on leur présente en fonction des représentations dont ils disposent. Plutôt que de penser qu il s agit d un défaut de pensée qu il

14 convient de combattre, il vaut mieux admettre la généralité d un tel processus et s appuyer sur lui pour faire progresser les élèves. Les théories les plus couramment admises sur l apprentissage supposent en effet qu il consiste en un processus d intégration complexe d informations nouvelles par rapport à des informations anciennes. Les opérations intellectuelles essentielles seraient des opérations de comparaison. Les élèves apprennent, inventent, à partir de ce qu ils savent déjà. On voit très bien dans cette séquence les élèves utiliser le raisonnement par analogie. Les élèves ont souvent recours à ce type de raisonnement, notamment lorsqu ils abordent l étude d un domaine non familier. L opération fondamentale qui caractérise l analogie consiste à mettre en correspondance deux domaines, le domaine «de référence» et le domaine «cible». Faire une analogie revient à sélectionner dans le domaine de référence un réseau de relations et à appliquer certaines de ces relations au domaine cible. Un tel raisonnement s avère très utile notamment lorsqu on est dans l incapacité de faire une description complète du domaine cible, ce qui est extrêmement fréquent. Cependant, si la mise en correspondance de deux domaines repose sur des aspects non pertinents, l analogie expose à commettre des erreurs. Toutefois si dans un premier temps l explication permise par l analogie n est pas satisfaisante, celle-ci permet à l élève d avancer dans sa recherche, pour peu qu il n attache pas trop de certitude au produit de son raisonnement analogique. C est à ce niveau que la mise en commun du travail des élèves prend tout son intérêt. Il arrive parfois que la maîtresse utilise elle-même ce raisonnement par analogie pour amener les enfants à certaines conclusions (comme dans la séance 2, quand les élèves regardent le résultat de leurs expériences pour fabriquer de la glace, où elle leur rappelle que quand on prend quelque chose dans le frigo ce n est pas de la glace). En effet ce type de raisonnement se développe à partir de l école maternelle mais avec une phase d accélération au niveau du CP étant donné que cette méthode est énormément utilisée dans l apprentissage de la lecture. Ces séances permettent de mettre en évidence le rôle déterminant de certains enfants. Quelques-uns, pas nécessairement ceux qui ont les meilleurs résultats scolaires mais aussi les plus curieux, en terme de connaissances, sont les véritables moteurs de la classe et permettent de faire

15 progresser l ensemble des élèves, on peut parler d enfants-ressources. Dans cette situation, aux vues des compte-rendu de séances, nous pouvons identifier 2 élèves qui poussent le reste de la classe : Allan et Aymeric. Cependant on peut voir que ces deux élèves n interviennent pas tout à fait au même niveau. Aymeric, qui de plus est celui ayant les meilleurs résultats scolaires, semble être tout à fait à son aise dans l interprétation des faits et il joue également le rôle de mémoire collective pour la classe, rappelant ce qui a été fait dans les expériences ou lors des séances précédentes, comme le montrent plusieurs de ses interventions. Alors qu Allan semble plus à même de formuler des hypothèses et d apporter des informations. Allan, qui fait partie des élèves qui travaille correctement sans être dans la tête de la classe, fait preuve d une très grande culture pour un enfant de son âge et d une grande curiosité dans la vie de tous les jours. Ces enfants sont nécessaires dans une classe car ils permettent de relancer les débats sur de nouvelles propositions alors que sans eux la classe se trouverait bloquée et cela nécessiterait une intervention de la maîtresse. L avantage d une intervention d un enfant par rapport à l intervention de la maîtresse est que les enfants, même s ils ont quelques connaissances sur un sujet, celles-ci restent limitées et laissent donc la place pour la réflexion des autres enfants. Alors que la maîtresse risque de donner trop d informations pour permettre aux élèves de construire leur réflexion. On voit dans ces séances qu un grand nombre d enfants intervient, seuls cinq enfants ne participent pas. Intervenant N intervenant pas Elève brillant 1 0 Elèves ayant des résultats correct 8 1 Elèves ayant des résultats moyens 8 2 Elèves ayant des difficultés scolaires 2 2 Ce constat n est pas spécifique, je pense, à l activité, mais propre aux enfants eux-mêmes. De plus lors des réponses données collectivement par les enfants, ceux qui ne participent pas de manière individuelle quand la maîtresse pose une question

16 répondent avec les autres. Ceci montre bien que ces enfants sont intéressés par l activité et que leur silence est sans doute du à un manque de confiance en eux pour prendre la parole de manière individuelle.. Les interventions sont plus ou moins intenses et plus ou moins judicieuses, selon les enfants, mais le fait que beaucoup s expriment montrent l intérêt qu ils éprouvent pour l activité. Il aurait été intéressant de faire une cinquième séance pour mettre en place une évaluation. En effet le fait de faire des phases d oral collectif et de faire travailler les enfants par binôme ne permet pas de savoir si chaque enfant à réellement compris le sens des séances. La maîtresse de la classe n a pas souhaité réaliser une évaluation, car c était la première fois que les élèves faisait des sciences de cette manière et elle voulait que cette séance soit juste «pour eux». Malgré tout on peut se poser la question de savoir quelle aurait pu être cette évaluation s il y en avait eu une. Je pense que cette évaluation aurait pu porter sur deux point essentiels : - les contenus notionnels de la séance à savoir : o l eau se transforme en glace à partir de 0 degré, o l eau prend plus de place quand elle se transforme en glace, - les contenus méthodologiques : o la réalisation d un schéma d expérience avec la légende appropriée. Les traces écrites : Les recherches de l INRP insistent beaucoup sur le rôle de l écrit, des notes personnelles, des traces. Non pas sous leur forme canonique fréquente dans les cahiers ou classeurs mais dans leur présentation datée, y compris sous forme de brouillons

17 Il n y a pas d activité scientifique sans conservation variée des traces de l action entreprise. Cela permet que chaque élève ait noté un projet, une proposition, un essai, et soit en mesure de le défendre alors que l oral reste le privilège de quelques-uns. En effet lors de la première séance tous les enfants, même ceux qui ne s expriment pas à l oral, notent sur une feuille l endroit dans lequel ils vont placer leur récipient. Et dans la deuxième séance tous font le dessin de leur propre représentation de l expérience, chacun peut s exprimer librement à l écrit sans avoir peur du jugement de ses pairs. Ecrire est souvent plus facile que de parler. L existence de traces et leur utilisation permet souvent de s assurer, de surcroît, que l activité menée a une signification réelle pour les élèves, que ceux-ci ont une maîtrise de leur plan de travail. La variété possible des traces écrites est fréquemment déséquilibrée au profit excessif du compte rendu rédigé. Le risque de trop écrire à l école est constant et, surtout, non fonctionnel, de sorte que les élèves ne maîtrisent pas mieux cette compétence pour autant. La rédaction lourde nécessite en général une élaboration collective et un important contrôle magistral, ce qui s oppose à un emploi simple, rapide, adapté aux besoins de la tâche surtout quand il s agit de garder trace d une phase transitoire de travail. En ce qui concerne l initiation expérimentale, on gagne plutôt à développer l usage d arbres logiques, de schémas simplifiés, de tableaux, auxquels on adjoint de brefs compléments rédigés sous la responsabilité des élèves. C est pourquoi la maîtresse n a pas souhaité faire rédiger un compte-rendu par les enfants. Elle a préférée inscrire leurs réflexions sur une affiche ce qui permet d en conserver une trace permanente, alors que si elle les avait notées au tableau celleci auraient disparues à la fin de la séance. Quant aux expériences, elles ont été schématisées et accompagnées d une légende simple élaborée par la maîtresse, sauf lors de la deuxième séance où les enfant ont réalisé seuls cette schématisation

18 Il aurait été possible d associer les élèves à l élaboration des légendes des représentations des expériences pour les séances 3 et 4, pour permettre de leur donner plus de sens. On voit l extrême importance de la trace écrite pour la maîtresse et cela à deux niveaux différents. Lors de la deuxième séance elle laisse les enfants élaborer eux-mêmes leur trace écrite et cela pour les obliger à passer de l expérimentation à la représentation, chose assez difficile à faire à cet âge. On voit à travers les deux exemples des annexes 5 et 6 que les élèves conçoivent différemment cette représentation, ils en sont à un stade différent de la schématisation. Si Charlotte a réussi à se centrer uniquement sur l expérience et l a représentée de manière tout à fait réaliste. Claudie quant à elle, bien que son expérience soit elle aussi tout à fait réaliste, s est dessinée sur la représentation. Cela laisse penser que pour elle, sa présence est à placer au même niveau que l expérience elle même, et que sans elle l expérience ne serait pas la même (au même titre que sans glaçon l expérience ne serait plus la même). Cela démontre bien les différences de perception qu il peut exister entre des enfants de même âge au niveau de la trace écrite qu il faut laisser d une expérience. Cependant il est nécessaire d avoir aussi des schémas clairs et contenant l essentiel des informations c est pourquoi, par la suite, la maîtresse donnait un modèle de représentation au tableau

19 3.Séquence de grande section : les aimants Trame générale de la séquence Le but de cette séquence est de faire découvrir aux enfants les propriétés physiques des aimants. Ceux-ci offrent des possibilités si variées que l intérêt des enfants devrait être grand et permettre de réaliser des séances d activités simples mais amusantes avec les élèves. De plus, comme toute activité scientifique des attitudes seront développées telles que la curiosité, l observation, l interrogation, la verbalisation, l argumentation, la qualité de présentation d un travail, la participation à un projet. Au niveau de l acquisition de notions, beaucoup de propriétés peuvent être abordées : attraction d objets en fer vers l aimant et vice versa attraction à travers un matériau non ferreux répulsion de deux aimants, les pôles identiques se repoussent les aimants ont un effet d attraction uniquement à leurs extrémités force relative des aimants : attraction à distance Une séquence avait été prévue avec en particulier une progression en ce qui concerne les observations et les notions abordées, mais d après le comportement et les réponses des enfants la séquence a été modifiée tant sur le plan de l organisation que sur le plan des notions mises en jeu. Dans la suite de ce mémoire vous trouverez une présentation succincte des séances telles quelles étaient prévues et surtout les objectifs visés. A la suite de chaque séance seront exposés les réponses et comportement des enfants accompagnés d une analyse de ceux-ci «à chaud» (ce qui à conduit à la modification de la séquence) et à posteriori ce qui amène à encore d autres propositions

20 Analyse de la séquence L analyse se situe très souvent sur deux points qu il m a semblé bon de différencier grâce à deux signes : remarques sur le plan notionnel remarques sur le plan de l organisation Séance 1 Séance prévue annexe 7 p XXIII Objectifs : Manipuler les aimants. Observer des phénomènes physiques. Prendre conscience que l attraction par un aimant est du à un concept de matière et non de forme, couleur, taille, ou poids. Déroulement : Manipulation. Réflexion avec le groupe classe pour obtenir un tableau séparant les objets attirés et ceux non attirés par les aimants. Conclusion : seul les objets en fer sont attirés par les aimants. Analyse et modifications A l issu de la première séance l objectif fixé n a pas du tout été atteint. Cette séance a en fait servi aux enfants à faire connaissance avec le matériel et donc à manipuler. La phase d appropriation du matériel doit être longue, cela nécessite que les enfants aient été souvent en contact avec ce matériel, dans une manipulation libre et sans contrainte comme dans un coin jeux. A cette occasion ils auront pu

21 toucher, manipuler, observer, et même se poser déjà des questions à propos de phénomènes physiques. En laissant du temps aux enfants pour maturer leurs observations, les problèmes ou questions émergeront du côté des enfants et non du maître. En petit groupe chaque enfant s est approprié quelques objets, parfois même sans aimant, et s est amusé à faire des formes, à les emboîter etc. Pourquoi auraient-ils envie de répondre à mes questions alors qu il est si drôle de voir une punaise qui saute sur un aimant ou des trombones qui pendent touts seuls? L organisation en petits groupes n a pas favorisé les échanges verbaux ni les conflits socio-cognitifs. D autre part les enfants était très agités enthousiasmés par le sujet, il y avait beaucoup de bruit, il n était donc pas facile de se concentrer et de réfléchir. Presque tous les enfants ont joué et manipulé individuellement, en venant me montrer leurs «constructions». Pour remédier à cela il aurait fallu organiser les groupes et nommer un rapporteur (qui s exprime bien) dans chaque groupe qui serait venu relater au tableau une ou plusieurs expériences observées. Mais je pense que quelle que soit l organisation, l objectif visé ne sera jamais atteint si les enfants ne sont pas prêts à écouter la consigne - c est à dire tant qu ils n auront pas envie de l écouter - tant qu ils auront autre chose à faire, comme découvrir le matériel. Néanmoins des enfants ont observé certains phénomènes : «Ca tient tout seul» : une vis pendait à l aimant «Regarde ma construction» : à travers plusieurs objets métalliques (vis et couvercle en fer) un trombone est attiré par un aimant. Cette remarque de Léo a rapidement attiré d autres enfants mais il était beaucoup trop prématuré de rebondir sur cette observation pour introduire la notion d attraction à travers un matériau non ferreux puisque nous n étions même pas arrivés à la conclusion de l attraction des matériaux ferreux. Mais il m a semblé important de retenir cette remarque afin de pouvoir m en servir pour la suite de la séquence. Pendant la phase de manipulation libre le mot colle revient chez tous les enfants. A la question : «Y-a-t-il de la colle?» Ils répondent : «Non, mais ça colle quand même.» On aurait pu proposer aux enfants de coller deux objets entre eux avec de la colle et de les faire comparer. La manipulation d une part, un corps étranger est

22 introduit entre les objets, et le résultat d autre part, la colle ne permet pas de décoller et recoller à l infini. Aucune observation ni remarque des enfants n a permis d entamer l élaboration du tableau, cette étape a donc été annulée mais des enfants sont passés devant le groupe classe pour exposer leurs découvertes. La séance prochaine, il faudra poser la question suivante afin d orienter les manipulations et de construire le tableau prévu : Est-ce que l aimant attire tous les objets? J ai demandé à la fin de la séance de dessiner ce que les enfants avaient observé avec ces aimants. En passant auprès de chaque enfant j ai pu noter leurs commentaires. Au niveau notionnel, on note les conceptions erronées qu il faudra détruire ou modifier la semaine suivante: La punaise saute sur l aimant L aimant ou les aimants se collent C est le vent qui attire l aimant La punaise attire l aimant Analyse à posteriori : Sur les dessins d enfants (dont quelques-uns sont réunis en annexes 8, 9, 10 p. XXV à XXVII), on peut remarquer une foule de détails, certains allant même jusqu'à dessiner la fenêtre de la classe avec ce qui se passe dans la cour, sans pour autant être hors sujet puisque figurent à l intérieur de la classe l élève avec les aimants. Notons qu au cycle 3 les enfants ont encore du mal à produire des schémas pertinents. Il serait donc intéressant de travailler la présentation des résultats dès la maternelle afin d éliminer les détails inutiles. La progression dans le processus de schématisation est lente, il est donc important de commencer très tôt

23 Séance 2 Séance prévue annexe 11 p. XXVIII Objectifs Approche d une étape de la démarche scientifique : émettre des hypothèses et les vérifier par l expérience Tous les objets métalliques ne sont pas en fer ( pièces jaunes de monnaie) Déroulement De nouveaux objets sont présentés aux enfants (différents de ceux de la première séance), Ils doivent proposer un tri selon qu ils sont attirés ou pas par un aimant Le maître ou un enfant effectue le tri grâce aux suggestions de la classe. Des désaccords vont intervenir, on invitera les enfants s ils ne le proposent pas euxmêmes à faire l expérience avec le matériel. Les enfants peuvent avoir du mal à proposer l expérience s ils n ont pas le matériel sous les yeux ou si la séance est éloignée de la précédente. On effectue au tableau l expérience pour chaque objet et on vérifie l exactitude de chaque hypothèse. Le maître explique que tous les objets métalliques ne sont pas en fer et invite les enfants s ils ne l ont pas déjà fait à rechercher dans la classe des objets en fer Chaque enfant rempli sa fiche seul. Deux types de fiches : Colorie les objets ou partie d objets qui sont attirés par l aimant (annexe 13 p. XXXI) Mets une croix dans la bonne case «attiré par l aimant» ou «non attiré par l aimant» (annexe 14 p.xxxii)

24 Analyse et modifications A la place de cette séance, nous avons du terminer la séance 1. Les enfants ont manipulé rapidement pour élaborer le tableau séparant les objets attirés et ceux non attirés par un aimant. Une discussion est alors entamée pour répondre aux conceptions erronées retrouvées dans les dessins. «C est le vent» : Comparaison avec les arbres de la cour. Avec le vent des objets de même taille ou poids s envolent, alors que l aimant attire cette pièce de 1 franc et pas ce jeton en plastique. L objectif fixé pour la séance 1 est abordé ici. Je pense qu il faut le temps pour les enfants de faire des observations et pour le maître de proposer des contres exemples ou des expériences. Tout ne peut pas se faire dans la même séance. «Ca colle» : Lorsque j ai demandé si cela collait plusieurs enfants se sont écriés «Mais non y a pas de colle», alors que certains d entre eux l avaient prononcé la séance passée. Les enfants ont eu le temps de maturer et de structurer leur pensée, certaines conceptions erronées peuvent se régler avec le temps et certainement d autres observations dont je n ai pas été maître. Au niveau de la démarche j ai essayé d insister sur l émission d hypothèses comme ce qui était prévu et sur la vérification par l expérience. Celle ci est très rapidement proposée par Léo, Clément ou Leïla qui sont des enfants très vifs voire agités, les autres s emparent de l idée pour faire de même. Pendant la construction du tableau en groupe classe Clément fait la remarque suivante a propos du crayon : «Ca va pas marcher, c est pas du fer le bois.» Je fais répéter cette remarque en essayant de calmer le groupe et demande aux autres ce qu ils en pensent. Certains restent sans voix d autres approuvent et d autres enfin veulent vérifier. Enfin nous arrivons à la conclusion que seuls les objets en fer sont attirés par les aimants. L attitude des enfants m a suggéré d en rester à cette conclusion et de ne pas distribuer la fiche à colorier. Pourtant il aurait été intéressant de voir comment les enfants aurait répondu au problème du pinceau qui ne contient qu une petite partie en fer, sans l avoir testé. Cela aurait été une étape d émission d hypothèses sans que la maîtresse ne le demande. J aurai du proposer cette fiche à un autre moment complètement décroché de façon à avoir la distance avec le matériel et donc faire émerger ce problème

25 Séance 3 Séance prévue annexe 14 p.xxxii Objectifs : Réinvestir les notions d attraction des matériaux ferreux par un aimant en situation problème. Découverte de la notion d attraction à travers un matériau non ferreux. Déroulement : Présentation des petits problèmes au groupe classe. Chaque petit groupe (4 ou 5 enfants) devra trouver l astuce avec le matériel. Comment sortir le trombone du verre en plastique sans le renverser ni le toucher? Avec un aimant je peux faire bouger cette petite boite en carton sans la toucher. Pouvez-vous expliquer comment? J ai renversé toutes ces d épingle dans la boîte de perles, comment les sortir rapidement? Comment fait cette poupée pour se promener toute seule (Dans la poupée de papier se trouve un trombone qui bouge grâce à un aimant, non visible déplacé sous la feuille de carton.) Mise en commun et présentation des solutions. Analyse et modifications Cette séance à été réalisée pratiquement sans modification, les objectifs sont restés les mêmes, j ai simplement supprimé la poupée pour la garder pour la dernière séance qui clôturera la séquence. Dans cette progression la séance 2 qui appuyait plus sur la démarche à été supprimée par manque de temps ; en effet je ne voulais pas dans un temps réduit multiplier les séances de sciences. De plus j ai préféré privilégier les séances plus ludiques. Pour insister sur ces objectifs de démarche, un jeu de pêche à la ligne aurait pu être organisé selon le déroulement détaillé dans la fiche de préparation de séance en annexe 16 (p.xxxvi)

26 Les enfants ont eu beaucoup de mal à trouver des solutions : Pour le trombone à sortir du verre en plastique dans les deux groupes, les enfants voulaient mettre l aimant à l intérieur, sans y mettre leurs doigts, ils ont développé beaucoup d ingéniosité à cela, comme par exemple attacher l aimant à une ficelle, ce qui est une bonne réponse malgré que se ne soit pas celle que j attendais. Ceci est du au fait que l attraction à travers un matériau non ferreux n avait pas été abordé pendant les séances précédentes. En fait la séance de fabrication de la poupée aurait du précéder celle ci. Les enfants ayant ainsi réfléchi à ce problème tous ensemble, et ayant fabriqué et joué pendant une séance entière aurait été imprégnés de cette notion «d attraction à travers» et aurait pu la réinvestir dans les tours de magie. La situation problème ici repose sur une notion pas encore connue des enfants. Pour les épingles, ce problème notionnel ne se posait pas mais les enfants des deux groupes n ont pas non plus trouvé la solution que j attendais. Certains ont trié les épingles, d autres les perles. De plus ne pouvant tous mettre les mains dans la boîte, l attention s est perdue et de nouveau l agitation a commencé à perturber la classe. Pour recentrer ces enfants j ai orienté un peu plus la question en leur demandant d utiliser un aimant, puis - pour ceux à qui cela ne disait toujours rien j ai demandé ce qui allait être attiré par l aimant : les perles ou les épingles. Enfin quelques regards se sont illuminés et des enfants ont récupéré toutes les épingles en les attirant grâce à leur aimant. Pour le jeu de la boîte en carton qui se déplace : j avais confié cet atelier à un seul groupe d enfants qui s étaient montrés très pertinents pendant les autres séances car je trouvais ce problème difficile du fait qu il faille imaginer que la boîte contenait quelque chose. En fait ces enfants sont les seuls à avoir trouvé la solution sans aide. Ce problème était-il finalement moins difficile que les autres ou au moins de difficulté équivalente ou ces enfants avaient-ils le mode de pensée logique adapté à la situation? On pourrait penser que le groupe qui a travaillé sur le problème des épingles a moins bien intégré la notion «d attraction à travers» même s ils ont eu connaissance des autres problèmes grâce à la mise en commun et donc va avoir plus

27 de mal à trouver le fonctionnement du jeu de la poupée dans la séance qui suit. Mais, cette réflexion venant à posteriori je n ai pu vérifier cette hypothèse. Séance 4 Séance prévue annexe 15 p. XXXIII Objectif : Suivre une fiche technique Approche de la démarche technologique : comment c est fabriqué? Déroulement Présentation du jeu Question : comment cette poupée fait-elle pour bouger, quel est le principe? Présentation de la fiche technique (mini séance de lecture) Distribution du matériel et fabrication d un jeu par deux. Analyse Les enfants ont trouvé très rapidement le principe du jeu. Nous sommes donc passé au décryptage de la fiche qui lui aussi a été rapide. Il faut préciser que les enfants avaient l habitude d utiliser des fiches techniques ou de recettes, et que j avais gardé la présentation qu ils connaissaient. Par contre la mise en route de la fabrication a été longue à cause de la distribution du matériel et du choix des binômes. J avais prévu que les enfants viennent eux-mêmes chercher le matériel dont ils avaient besoin ( pour un apprentissage de l autonomie) mais devant l agitation générale, j ai distribué moimême le matériel une fois que les enfants s étaient regroupés par deux. Cette séance à été un peu longue (une heure)mais les enfants se sont amusés, ils avait envie de finir leur jeu et ils ont pris beaucoup de plaisir à jouer avec leur propre production

28 4.Comparaison des analyses La trace écrite ou la présentation de l expérience Le problème d arriver à faire une représentation de l expérience se retrouve dans les deux classes, dans des proportions différentes. Alors qu en grande section une majorité d enfants dessinent leur environnement, dans la classe de CP seuls deux élèves se sont représentés sur le schéma. Ce phénomène peut s expliquer d une part par l âge des enfants - à cinq ans leur égocentrisme est encore très prononcé - et d autre part par la manière dont est menée la séance, c est à dire la place que prend l adulte, le travail de groupe, les consignes. Cependant, malgré ces différences on retrouve dans tous les dessins, l expérience ou le sujet demandé. Dans les deux classes les enfants représentent librement les expériences menées, ceci permet de prendre en compte le travail réel de l enfant au lieu de lui imposer une représentation décidée par la maîtresse. Néanmoins au CP, il est nécessaire qu ils apprennent à schématiser en éliminant les représentations trop figuratives des objets. En GS, il est peut-être prématuré de s engager sur la voix d une schématisation trop normée car les enfants ont encore besoin de repères affectifs. L entrée dans l activité La première séance de la séquence «jouons avec des aimants» qui se résume à une manipulation libre montre bien le besoin pour ces enfants de s approprier le matériel avant de s engager dans une observation ou de suivre une consigne. Pour faire l économie de cette séance de découverte il serait possible quand on a la gestion de la classe sur une année complète, d organiser un coin sciences où serait réuni du matériel que l on à l intention d utiliser pendant l année ou le

29 trimestre. (aimants, balances pour pesée dans le coin épicerie, jeux d eau, jeux de constructions, soins accordés aux plantes...) On rejoint ici le schéma classique de l organisation de maternelle où sont organisés des ateliers de découverte puis des ateliers dirigés avec le même matériel. En CP les enfants connaissent le matériel de la vie courante ici de l eau, un réfrigérateur, un congélateur. De plus à cet âge, la faculté d abstraction est un peu plus développée ce qui permet de pouvoir imaginer donc émettre des hypothèses sans avoir le matériel sous les yeux. En effet pendant la discussion du début, les enfants ont répondu à la question de la maîtresse (Comment peut faire une glace?) en proposant de l eau, et des moyens de refroidir cette eau sans avoir manipulé le matériel. Rôle du maître On voit que la maître tient de nombreux rôles de manière identique dans les deux classes. Notamment il sert de mémoire collective, il aide les enfants à se recentrer sur l activité, il clarifie et reformule les idées des élèves, il joue le rôle de contradicteur quand cela est nécessaire et enfin il est l organisateur de la séance. Cependant on peut également noter quelques différences, notamment au niveau de l étayage de l adulte. Le maître est très présent dans la classe de grande section. Il guide énormément les élèves pour les aider à construire leur savoir. Il pose des questions très orientées afin d obtenir des réponses précises. Dans la classe de CP la maîtresse évite de donner trop d informations pendant la phase de recherche, elle laisse les élèves maîtres de leur progression. Cela s explique tout naturellement par la différence d âge des enfants, qui sont capables d avancer dans leur analyse avec plus ou moins d appui du maître. Pour autant on ne peut pas dire que les élèves de grande section ne puisse pas construire seuls une partie de leurs savoirs. En effet même si le questionnement du maître de grande section est plus orienté cela ne veut pas pour autant dire que

30 c est lui qui impose ses choix. On voit d ailleurs très bien dans la séance 2, annexe 11 que c est un enfant qui propose de valider l hypothèse par l expérimentation et non pas le maître. On peut noter que lors de la phase de recherche d un moyen de valider les hypothèses retenues, certains enfants proposent spontanément l expérimentation alors que pour d autres cette idée reste tout à fait lointaine. Ce phénomène se retrouve aussi bien dans la classe de grande section que dans celle de CP. Cette constatation nous pousse à penser que cette étape de la démarche expérimentale n est pas liée à un contenu d enseignement qui ferait que l expérimentation apparaît plus naturellement aux yeux des enfants. Mais que c est bel et bien lié à un mode de pensée acquis ou non par les enfants. L analyse des deux séquences nous montre que ce mécanisme intellectuel, même s il est peut-être légèrement plus développé dans la classe de CP, ne connaît pas un grand développement entre les deux premières années du cycle 2. Cependant, même si ce mécanisme ne semble pas forcément aller de soi pour des enfants de cet âge il paraît tout à fait primordial de commencer à le travailler précocement pour parvenir ensuite à de meilleurs résultats. En effet des études menées à partir du programme «La main à la pâte» ont montré que des enfants accoutumés à la séquence logique : observation, formulation d hypothèses, expériences, conclusion, se révèlent capables de réinvestir celle-ci dans d autres domaines, en dehors des sciences

31 5.Conclusion Les séances menées nous ont permis de mieux appréhender ce que pouvait réellement être une démarche expérimentale au cycle 2 et de voir dans quelle mesure celle-ci pouvait être appliquée en grande section de maternelle et au CP. L analyse précédente nous montre que dans les deux séquences, la démarche utilisée repose sur les mêmes bases : amener les élèves à émettre des hypothèses sur un fait donné et leur faire expérimenter ces hypothèses. On note bien sûr quelques différences dans la manière de gérer les situations dans les deux classes, mais on peut dire que globalement tous les élèves arrivent au but que l enseignant s est fixé. Il nous semble donc tout à fait pertinent d utiliser la démarche expérimentale dès la grande section de maternelle. Il faut cependant noter que même si cette démarche reste valable il convient toutefois de faire quelques adaptations selon le niveau de la classe. En effet ces adaptations doivent porter principalement sur deux points : - les contenus notionnels et méthodologiques - la gestion de la classe : rôle de la maîtresse et modalités du travail de groupe Le fait d avoir des séquences portant sur des thèmes différents comporte l inconvénient de rajouter des paramètres liés aux contenus et au sujet lui-même qui peuvent fausser les observations. Il aurait été plus intéressant de pouvoir mener parallèlement deux séquences portant sur le même sujet, une en grande section de maternelle et l autre en CP. Nous avons pu voir au travers de ces analyses qu utiliser la démarche expérimentale dès la grande section était possible voire même souhaitable afin de commencer à former très tôt l esprit logique des enfants. Mais on pourrait également se poser la question de savoir s il est possible de familiariser les élèves à ce type de raisonnement dès la moyenne section de maternelle

32 ANNEXES

33 Tables des annexes Annexe 1 : l eau séance 1 34 Annexe 2 : l eau séance 2 38 Annexe 3 : l eau séance 3 43 Annexe 4 : l eau séance 4 47 Annexe 5 : l eau production 1 52 Annexe 6 : l eau production 2 53 Annexe 7 : les aimants séance 1 54 Annexe 8 : les aimants production 1 56 Annexe 9 : les aimants production 2 57 Annexe 10 : les aimants production 3 58 Annexe 11: les aimants séance 2 59 Annexe 12 : les aimants production 4 61 Annexe 13 : les aimants production 5 62 Annexe 14 : les aimants séance 3 63 Annexe 15 : les aimants séance 4 64 Annexe 16 : les aimants proposition de séance 66 Bibliographie

34 Annexe 1 : l eau séance 1 Comment faire pour fabriquer de la glace? Durée Déroulement Organisation matérielle Entrée dans l activité : ce mois-ci pour les anniversaires on va fabriquer des glaces, comment pourrait-on faire? 10 min Hypothèses des élèves : - congélateur - freezer - réfrigérateur - dehors - dans des glaçons Travail d oral collectif : réalisation d une affiche avec les hypothèses des enfants chaque enfant choisit une hypothèse qu il veut tester Ils notent leurs hypothèses sur une feuille 10 min Les élèves remplissent leur récipient d eau et les placent aux endroits choisis Prévoir des récipients différents (en forme et en matières) Le maître place une bouteille en verre, remplie, fermée, dans le congélateur ( en prévision de la séance 4) Remplir la bouteille au maximum et la boucher

35 Compte rendu de la séance 1: M : pour les anniversaires du mois on va fabriquer de la glace, mais comment faire? Aymeric : quelle genre de glace on va faire? M : des glaces comme Mr Freeze, vous avez tous mangé des Mr Freeze déjà? E : oui M : on va faire des glaces à l eau, comment on peut faire? Laurie : il faut mettre de l eau, après je sais pas Delphine : il faut mettre de l eau avec du papier autour, on le met au réfrigérateur, ça fait un glaçon, un glace en glaçons Samy : on fait chauffer du chocolat et on fait une boule, ça donne une glace M : que faut-il pour que ce soit une glace? Pierre : on prend de la grenadine, on met au congélateur et ça fait une glace M : Pierre et Delphine ont dit 2 endroits différents : frigo et congélateur, pourquoi dans ces endroits? Claudie : pour faire refroidir M : il faut mettre dans un endroit comment? Claudie : froid M : oui, il faut mettre dans un endroit froid La maîtresse écrit au tableau, sur une affiche : Comment faire pour fabriquer de la glace? M : qu est-ce qu on met au congélateur pour faire une glace sans parfum? Plusieurs enfants : de l eau La maîtresse note sur l affiche les idées des enfants : - je mets de l eau au congélateur - je mets de l eau au réfrigérateur

36 M : est-ce qu on peut mettre de l eau ailleurs? Manon : dans une glacière (la maîtresse écrit au tableau) Allan : sur la banquise M : où est-ce que c est la banquise? Allan : un endroit où il fait très froid M : mais est-ce que c est en France? est-ce qu on peut le faire? Allan : non, c est trop loin Delphine : on peut le mettre au Canada dehors parce qu il fait très froid M : et est-ce qu on peut le mettre dehors ici, en France? Charlotte : oui mais quand il fait très froid, pas quand il fait chaud M : quand est-ce qu il fait froid? Charlotte : en hiver M : à quel moment il fait très froid dans la journée? Pierre : le matin quand on arrive à l école M : oui et aussi? Cédric : le soir M : entre le soir et le matin qu est-ce qu il y a? Alexis : il fait froid M : oui mais où vous êtes? Laurie : à la maison M : oui mais c est quand? Aymeric : le soir M : si il fait froid le soir et il fait froid le matin alors il fait froid la nuit Au tableau sur l affiche : Comment faire pour fabriquer de la glace? - je mets de l eau au congélateur - je mets de l eau au réfrigérateur - je mets de l eau dans la glacière

37 - je mets de l eau dehors M : vous allez choisir chacun en endroit pour mettre un récipient avec de l eau et on verra si demain il y a de la glace. Vous allez écrire sur une feuille :»je mets mon récipient dans» Les enfant choisissent un récipient (différentes sortes de récipient : fond de bouteille, couvercle, pots de yaourt, plastique, verre, ) que la maîtresse rempli d eau, puis ils vont le placer à l endroit choisi La maîtresse elle aussi remplit un récipient pour elle, c est une bouteille en verre qu elle remplit jusqu à ras bords et qu elle bouche. Elle la place au congélateur

38 Annexe 2 : l eau séance 2 Comment faire pour fabriquer de la glace? Durée Déroulement Organisation matérielle 15 min Observation des expériences de la séance 1 - réfrigérateur - congélateur - dehors - dans une glacière où l eau est-elle devenue de la glace? pourquoi? hypothèses des enfants notion de froid Travail d oral collectif reprise de l affiche avec annotation (glace/pas de glace) à quelle température est-ce que l eau devient de la glace? réponses des enfants 15 min comment faire pour le vérifier? mesurer la température pendant que l eau devient de la glace en mettant de l eau dans des glaçons observation : l eau ne devient pas de la glace, et le thermomètre Travail par groupe de 2 : on place un tube à essai rempli d eau dans un récipient avec des glaçons et on mesure la température avec un thermomètre

39 descend jusqu aux environs de 0 C pourquoi? les élèves pensent que ce n est pas assez froid, ils rajoutent des glaçons, cela ne marche toujours pas conclusion : il faut que cela soit encore plus froid, comme dans le congélateur 10 min trace écrite : schéma de l expérience réalisée Travail individuel Schéma réalisé par les élèves sans consigne du maître Compte rendu de la séance 2: Les enfant vont reprendre leur récipient à l endroit où ils l avaient placé et ils constatent les résultats. M : les enfants qui avaient mis leur récipient dehors, est-ce que vous avez de la glace? Les enfants : non M : alors pourquoi est-ce que dehors ça n a pas fait de la glace? Cédric : parce qu il a plu M : non ce n est pas pour ça, mais pourquoi est-ce qu il a plu et qu il n a pas neigé?

40 Aymeric : parce qu il ne fait pas assez froid M : oui c est pour cela Les enfants qui avaient mis leur bouteille au réfrigérateur, est-ce que vous avez de la glace? Les enfants : non Samy : pourquoi est-ce que dans le réfrigérateur cela n a pas fait de glace? Delphine : parce qu il ne fait pas assez froid M : et oui! comme dehors Quand vous prenez des choses du frigo, ce n est pas de la glace, c est frais. Et dans la glacière, est-ce qu on a de la glace? Les enfants : non M : pourquoi? Pierre : il faudrait mettre des glaçons pour que ce soit plus froid Fiona : sans glaçon dans la glacière ça peut pas faire de la glace Aymeric : peut-être il faisait pas assez froid M : une glacière ne sert pas à faire de la glace Laurie : moi j ai mis des yaourts et ils étaient pas glacés M : je vais prendre l idée de Pierre, on va mettre des glaçons dans la glacière et on va voir si on de la glace Aymeric : ça bouge M : qu est-ce qui bouge? Aymeric : mon pot Aymeric avait placé son récipient dans le congélateur, il a donc de la glace M : et pourquoi est-ce que ça bouge à ton avis? Aymeric : parce que ça fond M : et pourquoi ça fond? Aymeric : parce qu il ne fait pas assez froid M : et oui

41 Alors on a vu que pour avoir de la glace il fallait qu il fasse comment? Tous les enfants : froid M : comment on pourrait faire pour faire du froid dans la classe? Pierre : on pourrait aussi utiliser de glaçons, comme dans la glacière M : oui Pierre, c est une très bonne idée, comment on pourrait faire avec les glaçons? Aymeric : on pourrait mettre de l eau dans les glaçons M : oui mais comment on fait, on renverse de l eau sur les glaçons? Allan : non, on pourrait mettre de l eau dans un récipient et puis mettre des glaçons autour M : on va essayer l idée d Allan, mais à votre avis il faut beaucoup de glaçons ou un peu Les enfants : beaucoup M : pourquoi il en faut beaucoup Charlotte : parce qu il faut qu il fasse très froid M : oui mais froid c est quelle température à votre avis? Les enfants donnent de multiples réponses : 2, -20, -50, -3, 5 M : comment on pourrait faire pour mesurer la température Sonita : on pourrait utiliser un thermomètre, comme pour l eau du bain M : oui on va utiliser un thermomètre, mais pas comme celui du bain, un autre genre de thermomètre, il faudra y faire très attention parce qu il est en verre et il se casse. La maîtresse distribue à chaque groupe de 2 un récipient rempli de glaçons, puis un tube à essai avec de l eau : M : vous allez mettre le petit tube au milieu des glaçons pour qu il fasse bien froid Puis la maîtresse distribue un thermomètre à chaque groupe M : vous allez placer le thermomètre dans le tube pour mesurer la température de l eau et vous allez bien le regarder pour voir quelle est la température

42 Les enfants réalisent l expérience, ils sont très attentifs sur l observation de la température mais encore plus à regarder si l eau devient de la glace. Ils font des commentaires : - ça descend beaucoup - c est presque à 0 - ça devient pas de la glace - les glaçons fondent dans le pot - il faudrait plus de glaçons, c est pas assez froid M : à quelle température c est descendu? Les enfants donnent leurs réponses, entre 1 et 4 M : et est-ce qu on a eu de la glace? Les enfants : non, c est de l eau, mais les glaçons ont fondu dans le pot M : et pourquoi les glaçons ont fondu? Aymeric : parce qu il fait pas froid dans la classe M : oui Bruno : le thermomètre remonte Il le tient dans sa main M : à ton avis pourquoi il remonte Bruno : je sais pas M : il fait froid ou chaud dans ta main? Bruno : ah! il fait chaud alors ça remonte M : vous allez reprendre la feuille où vous aviez écrit l endroit où vous aviez placé votre récipient et vous allez écrire en rouge si vous avez obtenu de la glace. La maîtresse reprend l affiche qui avait été réalisée lors de la première séance où il était écrit les différents endroits où placer les récipients pour faire de la glace et elle écrit en rouge à côté si on a obtenu de la glace ou pas de glace M : vous allez dessiner l expérience que vous venez de réaliser sur le même feuille

43 Annexe 3 : l eau séance 3 A quelle température l eau devient de la glace? Durée Déroulement Organisation matérielle 10 min Rappel de la séance précédente : expérience réalisée Conclusion : le thermomètre est descendu jusqu à presque 0 C et l eau n est pas devenue de la glace, il faut que cela soit encore plus froid Travail d oral collectif Le maître propose un mélange qui Préparer dans des récipients le fait comme dans le congélateur : mélange glace pilée + gros sel un mélange réfrigérant (glace pilée + gros sel) 15 min Les élèves refont la même Travail par groupe de 2 : on place expérience que la séance un tube à essai rempli d eau dans précédente mais avec le mélange un récipient avec du mélange réfrigérant au lieu de glace, les réfrigérant et on mesure la élèves doivent observer pour température avec un thermomètre savoir à quelle température l eau devient de la glace 10 min Mise en commun des résultats : Travail d oral collectif

44 l eau commence à devenir de la glace à partir de 0 C, le thermomètre descend rapidement jusqu à 0 C, puis il reste un moment sur le 0 et continue à descendre jusqu en bas du thermomètre. 10 min Trace écrite : schéma de Travail individuel Schéma réalisé l expérience réalisée et par le maître au tableau et copié conclusion : par les élèves sur une feuille L eau se transforme en glace à 0 C. Compte rendu de la séance 3 : M : qui peut rappeler ce qu on avait vu la dernière fois, qu est-ce qu il faut pour avoir de la glace? Manon : il faut qu il fasse froid M : froid comment? Samy : froid comme dans le congélateur M : oui, et qu est-ce qu on avait fait comme expérience? Delphine : on avait mis un tube avec de l eau dans des glaçons M : oui et est-ce qu on avait eu de la glace? Delphine : non M : et pourquoi à votre avis on a pas eu de la glace?

45 Allan : parce que c était pas assez froid M : oui Allan, et est-ce qu on avait fait autre chose dans l expérience? Cédric : oui on avait mesuré la température avec un thermomètre M : et jusqu à quelle température c était descendu? Sonita : 0 M : est-ce que c était descendu jusqu à 0? Aymeric : non ça s était arrêté avant 0 à 1 ou 2 M : oui on était pas arrivé jusqu à 0 Aujourd hui on va refaire la même expérience mais au lieu de mettre des glaçons, je vais vous donner un mélange qui fait comme dans le congélateur, ça s appelle un mélange réfrigérant. La maîtresse redistribue le même matériel que la séance précédente (un récipient avec le mélange réfrigérant glace pilée + gros sel- un tube à essai avec de l eau et un thermomètre), et les enfants refont l expérience : Commentaires : - ça descend vite - il y a quoi dans le mélange (certains goûtent) - c est très froid - on est presque à 0 - ça s arrête - ça descend moins vite maintenant La maîtresse leur demande de continuer à regarder, certains se découragent parce que ça s arrêtent sur le 0 - ça y est ça continue à descendre - ça fait de la glace - je peux plus sortir le thermomètre - le thermomètre est coincé dans la glace - c est à

46 La maîtresse explique la manière de lire le thermomètre + au dessus du 0 et en dessous - jusqu où ça va descendre, peut-être le rouge descend jusqu en bas - il n y a plus de graduations - on peut pas savoir la température, le trait rouge est trop bas M : qui peut me raconter ce qu il s est passé Claudie : le thermomètre est descendu très vite et maintenant on voit plus le trait rouge et on a de la glace M : le thermomètre est descendu très vite, tout d un coup Laurie : oui Gautier : non, à un moment il s est arrêté et il descendait tout lentement, on croyait que c était arrêté M : oui Gautier à raison, à un moment ça descendait lentement, je vous ai entendu dire que ça voulait plus descendre Qui peut me dire vers quelle température ça a ralenti? Aymeric : c était en arrivant à 0 M : oui c est ça Aymeric, en arrivant vers 0, le thermomètre descendait lentement et qu est-ce qu il se passait en même temps? Allan : on a eu de la glace M : et oui! vous avez eu de la glace, alors à quelle température on a de la glace Aymeric : à 0 M : oui on a de la glace à partir de 0 degré On va dessiner l expérience d aujourd hui, je le fais au tableau et vous faîtes la même chose sur votre feuille. La maîtresse dessine l expérience au tableau, les élèves dessinent sur une feuille

47 Annexe 4 : l eau séance 4 L eau augmente de volume en se solidifiant Durée Déroulement 15 min Le maître montre la bouteille qu il Organisation matérielle Travail d oral collectif avait mise au congélateur à la première séance : elle s est cassée et le bouchon s est enlevé Que s est-il passé? Hypothèses des élèves : - parce que c est du verre - parce qu elle avait un bouchon - parce qu il y avait trop d eau - parce qu il faisait trop froid - parce que l eau a grossi en devenant de la glace et elle n avait pas assez de place vérification des hypothèses erronées reformulation du maître : quand elle se transforme en glace, l eau a besoin de plus de place comment le prouver?

48 10 min Discussion pour élaborer une expérience 10 min réalisation de l expérience (même expérience que la séance précédente ) Travail par groupe de 2 10 min Trace écrite : schéma de l expérience et conclusion l eau prend plus de place quand elle se transforme en glace Travail individuel, le maître réalise le schéma au tableau Compte rendu de la séance 4 : La maîtresse sort du congélateur la bouteille qu elle avait mis lors de la première séance (bouteille en verre, remplie d eau à ras bords et bouchée). La bouteille est cassée, le bouchon s est enlevé et la glace a débordé. Elle avait également conservé la bouteille qu un enfant avait mis au congélateur, également en verre mais non bouchée (la bouteille de Laurie) M : vous vous souvenez que la maîtresse avait mis une bouteille au congélateur en même temps que vous Les enfants : oui M : regardez la bouteille de la maîtresse, qu est-ce qu il lui est arrivé? Plusieurs enfants : elle s est cassée M : et la glace elle est où? Plusieurs enfants : elle a débordé La maîtresse écrit au tableau :

49 Pourquoi la bouteille de la maîtresse s est cassée? Charlotte : parce que c est du verre Allan : parce que la glace elle a grossi, grossi et elle a cassé le verre M : pourquoi la bouteille de Laurie ne s est pas cassée Fiona : parce qu elle est plus petite M : non Allan : parce qu elle avait un bouchon alors quand la glace a grossi, elle a pas pu sortir et elle a cassé la bouteille M : pourquoi la bouteille de Laurie ne s est pas cassée? Allan : parce qu elle avait pas de bouchon La maîtresse écrit au tableau : La glace a grossi, grossi, grossi et elle a fait éclater la bouteille M : si la glace grossi c est qu elle prend plus ou moins de place? Plusieurs enfants : plus de place M :comment montrer que l eau prend plus de place quand elle devient de la glace? Manon : on met de l eau dans une bouteille et elle va éclater M : oui mais ça on l a déjà fait, comment faire pour le montrer? Manon : on prend un tube, on met des glaçons M : oui mais c est déjà de la glace, je veux montrer que l eau prend plus de place quand elle devient de la glace Pierre : il faut mettre beaucoup d eau M : non Gautier : on met un tube d eau, dans le mélange M : oui je mets un tube d eau dans le même mélange que l autre fois, qu est-ce qu on peut faire pour montrer que l eau prend plus de place? Charlotte : je mets de l eau à ras bords et si elle sort c est qu elle prend plus de place

50 M : oui mais on ne peut pas le voir sortir car il y a le mélange réfrigérant autour, est-ce qu on a besoin de mettre de l eau à ras bords Les enfants : non La maîtresse dessine au tableau un tube avec de l eau M : quand on va faire de la glace, où est-ce que ça va arriver? elle montre le niveau d eau du tube Pierre vient montrer au dessus du niveau d eau M : oui mais comment je vais savoir jusqu où j ai mis de l eau Manon : il faut mesurer M : non sans mesurer Aymeric : il faut mettre un trait là où on a mis de l eau M : très bien, c est ce qu on va faire et on va voir si la glace prend plus de place, pour l instant on s en doute parce que la bouteille s est cassée mais la on va le vérifier. Les élèves réalisent la même expérience que celle de la séance précédente. La maîtresse fait une marque sur le tube pour matérialiser le niveau d eau. Remarques : - ça descend vite comme la dernière fois - on est à 0 - ça y est j ai de la glace et elle est au-dessus du trait rouge La maîtresse ne fait pas durer l expérimentation aussi longtemps que la séance précédente car le but est d arriver à la glace et d en vérifier le niveau M : alors où se trouve la glace? Sonita : dans le tube M : oui mais par rapport au trait qu on a fait tout à l heure sur le tube?

51 Allan : elle est au-dessus M : alors cela veut dire qu elle prend plus de place ou moins de place si elle est au dessus du trait Plusieurs enfants : plus de place M : très bien, on va refaire un dessin de l expérience

52 Annexe 5 : l eau production

53 Annexe 6 : l eau production

54 Annexe 7 : les aimants séance 1 Niveau : GS Jouons avec les aimants Séance n 1 OBJECTIFS : Développement d aptitudes : observation, curiosité, écoute de l autre, communication orale et écrite Acquisition de notions : attraction (à distance, à travers), interaction feraimant, notion de matière attirée. Matériel Aimants : différentes formes, tailles, forces Objets : plastique, bois, carton, métal ferreux et non ferreux, liège, vis, allumettes... Punaises, trombones, rondelles de fer et de plastique, ciseaux, pinceaux... Durée Organisation Déroulement Analyse Classe divisée en 4 ou 5 groupes max. de 5 enfants max. 15 min Chaque groupe est disposé autour d une grande table sur laquelle se trouvent objets et aimants. Prévoir assez de matériel pour que chaque enfant puisse manipuler, mais pas trop pour qu il y ait des échanges entre eux. Manipulations libres Le maître observe tous les groupes et surtout écoute les remarques des enfants. Cela va permettre par la suite d introduire du vocabulaire relatif aux aimants et de faire réfléchir toute la classe sur des remarques concernant les phénomènes

55 Retour au groupe classe. Le maître interroge les enfants sur ce qu ils ont pu observer. Phase individuelle Au tableau on classe les objets en deux groupes ceux qui sont «attirés» par l aimant et ceux qui ne le sont pas. Certains enfants auront peut-être remarqué que l aimant attire des objets en fer à travers d autres non métalliques, en faire profiter toute la classe et surtout faire expérimenter. Cela fera l objet d une autre séance notamment pour la fabrication d un jeu en fin de séquence. Consigne : «Dessinez ce que vous avez observé avec les aimants.»

56 Annexe 8 : les aimants production

57 Annexe 9 : les aimants production

58 Annexe 10 : les aimants production

59 Annexe 11: les aimants séance 2 Niveau : GS Jouons avec les aimants Séance n 2 OBJECTIFS : Développement d une attitude scientifique : il est imprudent d affirmer sans preuve et indispensable de vérifier toute affirmation. Acquisition de notions : tous les objets métalliques ne sont pas en fer. Matériel Même matériel que la séance précédente avec une collection d objets différente mais de même nature, plus d objets métalliques non ferreux : pièces de monnaie, attaches parisienne, punaises... Durée Organisation Déroulement Analyse Phase collective : Chaque objet de la nouvelle collection est présenté. On demande aux enfants «Pouvez-vous deviner quels sont les objets qui sont attirés par l aimant?» Le maître ou un enfant effectue le tri grâce aux suggestions de la classe. Des désaccords vont intervenir, on invitera les enfants s ils ne le proposent pas eux-mêmes à faire l expérience avec le matériel. Les enfants peuvent avoir du mal à proposer l expérience s ils n ont pas le matériel sous les yeux ou si la séance est éloignée de la précédente. On effectue au tableau l expérience pour chaque objet et on vérifie l exactitude de chaque hypothèse

60 Le maître explique que tous les objets métalliques ne sont pas en fer et invite les enfants s ils ne l ont pas déjà fait à rechercher dans la classe des objets en fer Par groupe ou individuellement remplir la fiche suivante. On ne distribue pas le matériel aux enfants mais tous les objets et aimants sont à leur disposition sur une table. On vérifie ainsi qu ils ont eux-mêmes la démarche de vérification. Chaque enfant rempli sa fiche seul. Deux types de fiches Colorie les objets ou partie d objets qui sont attirés par l aimant Mets un croix dans la bonne case «attiré par l aimant» ou «non attiré par l aimant»

61 Annexe 12 : les aimants production

62 Annexe 13 : les aimants production

63 Annexe 14 : les aimants séance 3 Niveau : GS Jouons avec les aimants Séance n 3 OBJECTIFS : Réinvestissement de la notion d attraction des objets en fer par un aimant. Découverte de la notion d attraction à travers un matériau non ferreux Matériel Deux petites boîtes en carton ( boîte d allumettes ou de médicaments) avec deux trombones à l intérieur Deux verres en plastique avec deux trombones à l intérieur Deux grandes boîtes en plastiques contenant des petites perles et des épingles en même quantité Un jeu de la poupée ( voir le détail dans la séance 4) Durée Organisation Déroulement Analyse 10 Grand groupe Tous les enfants écoutent chaque devinette avant de savoir laquelle, il va devoir résoudre La maîtresse au tableau montre les «tours de magies» et donne les consignes Puis répartit les tâches et les enfants dans les groupes. 20 Les enfants rejoignent les tables par groupe avec leur matériel La maîtresse passe dans chaque groupe pour orienter les recherches et les raisonnements 10 Grand groupe Un enfant de chaque groupe vient montrer le «truc»

64 Annexe 15 : les aimants séance 4 Niveau : GS Jouons avec les aimants Séance n 4 OBJECTIFS : Réinvestissement de la notion d attraction des objets en fer par un aimant à travers un matériau non ferreux Suivre une fiche technique Approche de la démarche technologique Matériel 12 trombones 12 demis A 4 pliées en deux avec une poupée dessinée 12 cartons A 4 (pour l épaisseur du carton vérifier l attraction de l aimant) 24 fiches techniques une fiche technique agrandie pour le tableau Durée Organisation Déroulement Analyse 10 Grand groupe La maîtresse au tableau montre le jeu et demande si des enfants comprennent comment cela peut fonctionner. Que peut-il y avoir sous le carton? 10 Grand groupe Lecture de la fiche technique agrandi au tableau 15 Petits groupes Réalisation du jeu

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66 Annexe 16 : les aimants proposition de séance OBJECTIFS : Niveau : GS Jouons avec les aimants La pêche miraculeuse Séance Acquisition de notions : Tous les objets métalliques ne sont pas attirés par un aimant, seul le fer est attiré Attitudes : Emissions d hypothèses, vérification par la manipulation, approche d une explication scientifique Référence aux I.O. : Matériel 2 cannes à pêche avec un aimant au bout de la ligne 2 trombones, 2 punaises, 2 vis, 2 plaques en fer, 2 pièces de 1 franc, 2 pinceaux 2 pastilles plastique, 2 plaques de bois, 2 pièces de 20c, 2 limes à ongles Durée Organisation Déroulement Analyse 15 min Groupe de 8 ou 9 enfants partagé en deux équipes avec chacun tous le matériel de pêche. Consigne : «Chacun de vous va pêcher un objet, choisissez le, et dite aux autres enfants : je vais pêcher cet objet. A la fin l équipe qui a le plus d objets à gagné.» Questions à poser aux enfants : - pourquoi reste-t-il des objets? On n a pas eu le temps, tous les objets ne sont pas attirés - pourquoi à votre avis ces

67 objets ces objets ne sont pas attirés? Ils sont trop gros ou trop lourd (montrer un gros objet en fer), ils ne sont pas en fer. Et la pièce de 20c? (Elle ne doit pas être en fer) 5 min Phase individuelle Chaque enfant rempli sa fiche seul. Deux types de fiches Colorie les objets ou partie d objets qui sont attirés par l aimant Mets un croix dans la bonne case «attiré par l aimant» ou «non attiré par l aimant». (tableau à double entrée)

68 Bibliographie ASTER (1985 ) : Procédures d apprentissage en sciences expérimentales, collection Rapport de recherche n 3, I.N.R.P.. ASTOLFI Jean-Pierre, PETERFALVI Brigitte, VERIN Anne (1991) : Compétences méthodologiques en sciences expérimentales, collection Didactique des disciplines, I.N.R.P.. CHARPAK Georges, Académie des sciences (1996) : La main à la pâte, histoire des sciences à l école primaire, Flammarion. CHAUVEL Denise, MICHEL Viviane (1989) : Les sciences dès la maternelle, collection Pédagogie pratique, Retz. GIORDAN André (1982) : Une pédagogie pour les sciences expérimentales, collection Paidagoguide, Bayard Centurion. GIORDAN André (1999) : Une didactique pour les sciences expérimentales, Belin. LEDERMAN Léon, CHARPAK Georges (sous la direction de ) (1998) : Enfants, chercheurs et citoyens, Odile Jacob. M.E.N., C.N.D.P. (1991) : Les cycles à l école primaire, Hachette Éducation. M.E.N., C.N.D.P. (1995) : Les programmes de l école primaire, Hachette Éducation. TAVERNIER Raymond (1993) : De la maternelle au cours élémentaire, Bordas