MENER DES APPRENTISSAGES AUX CAPACITES DE LA DEMARCHE SCIENTIFIQUE AFIN D'IDENTIFIER ET DE RESOUDRE DES PROBLEMES

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1 MENER DES APPRENTISSAGES AUX CAPACITES DE LA DEMARCHE SCIENTIFIQUE AFIN D'IDENTIFIER ET DE RESOUDRE DES PROBLEMES PILOTER DES APPRENTISSAGES EN REFERENCE A DES CRITERES DE REUSSITE UN EXEMPLE DE DEMARCHE EN CLASSE DE 5EME

2 Précisions et précautions pour une utilisation optimale de cet outil Afin d'illustrer les travaux réalisés en , ce travail propose, à partir d'une problématique relative au programme de cinquième, différentes opportunités de mise à l'apprentissage des capacités de la démarche scientifique (Compétence 3 du socle commun de connaissances et de compétences). Il présente des éléments pour mener l'apprentissage à ces capacités dans des situations identifiées. Ces apprentissages prenant du temps, il est nécessaire de faire des choix. Ces choix répondront aux besoins des élèves et à la mise en œuvre des programmes. Ces capacités doivent être travaillées au sein d'une démarche d'investigation. Celle-ci n'est pas explicitée ici. L'apprentissage à la maîtrise de ces capacité est le plus fréquemment conduit au sein de tâches complexes nécessitant la mobilisation de plusieurs d'entre elles. En situation pédagogique, afin de favoriser l'apprentissage, les productions non conformes pourront servir de bases à l'identification des critères de réussite des témoignant de la bonne maîtrise des capacités. Auteurs : Patrick AUGE Frédéric HAMELIN Cathy LEVASSEUR-LEONARDI

3 Situation-problème: schéma-bilan des échanges sang/organe Problématique : Comment expliquer l'approvisionnement de l'organe en dioxygène et glucose et l'élimination des déchets? Comment le sang se charge t-il en dioxygène? Comment le sang se charge t-il en glucose? Comment le sang se décharge t-il des déchets? Le glucose, qui provient de la transformation d'aliments, passe dans le sang au niveau du tube digestif On propose d'observer le contenu du tube digestif pour vérifier qu'il se transforme en éléments solubles On propose d'analyser le sang irriguant le tube digestif pour vérifier qu'il s'y enrichit en glucose On propose d'observer à différentes échelles la paroi du tube digestif pour vérifier que le passage du glucose dans le sang est possible On propose de vérifier par une expérience que les aliments peuvent se transformer en éléments solubles. Problématique et démarche, supports de l'illustration

4 Situation-problème: schéma-bilan des échanges sang/organe Poser un problème Comment le sang se charge t-il en dioxygène? Comment le sang se charge t-il en glucose? Émettre une hypothèse Comment le sang se décharge t-il des déchets? Le glucose, qui provient de la transformation d'aliments, passe dans le sang au niveau du tube digestif On propose d'observer le contenu du tube digestif pour vérifier qu'il se transforme en éléments solubles Proposer une méthode pour résoudre un problème On propose d'analyser le sang irriguant le tube digestif pour vérifier qu'il s'y enrichit en glucose On propose d'observer à différentes échelles la paroi du tube digestif pour vérifier que le passage du glucose dans le sang est possible On propose de vérifier par une expérience que les aliments peuvent se transformer en éléments solubles. Capacités intégrées à la démarche choisie Suivre un protocole Utiliser un outil Sélectionner l'information S'exprimer en français Reformuler l'information Valider ou rejeter une hypothèse Réaliser un schéma Réaliser un dessin d'obs Suivre un protocole

5 Exemples : légende des codes utilisés dans les pages suivantes Étapes précédentes de la démarche Situation d'apprentissage Capacité travaillée Exemples de productions réussies conforme exact complet pertinent lisible Exemple de production non conforme à cet indicateur Exemple de production non conforme à cet indicateur Exemple de production non conforme à cet indicateur Exemple de production non conforme à cet indicateur Exemple de production non conforme à cet indicateur

6 Situation-problème: schéma-bilan des échanges sang/organe Individuellement avec mise en commun argumentée ou dialogue pédagogique Poser un problème Comment les nutriments arrivent-ils dans le sang? Comment le sang se recharge t-il en nutriments? Comment le sang renouvelle t-il ses nutriments? La question nécessite une réponse explicative La question est en relation avec la situation posant problème Exprimer à l'écrit Les règles du français sont respectées D'où les nutriments viennent-ils avant d'arriver dans le sang? A quel endroit du corps les nutriments passent-ils dans le sang? Les nutriments peuvent-ils passer dans le sang? A quoi servent les nutriments? Comment ils font les nutriments pour passer dans le sang?

7 Comment les nutriments arrivent-ils dans le sang? Recueil des conceptions initiales Travail sur la formulation d'hypothèse à partir de connaissances, d'informations complémentaires: appareil digestif fourni, textes historiques sur la digestion, texte sur l'alimentation du sportif (pâtes contenant de l'amidon, rappel du besoin en glucose en situation d'effort) Émettre une hypothèse Les aliments se transforment en nutriments. Les nutriments proviennent de la transformation d'aliments. Les nutriments proviennent de la digestion des aliments. Les nutriments passent dans le sang au niveau de l'estomac... L'hypothèse ne propose qu'une seule cause, qu'un seul paramètre, qu'un seul mécanisme. L'hypothèse est émise sous la forme d'une phrase affirmative L'hypothèse reste dans le champ scientifique (se rapporte à la matière ou aux propriétés de celle-ci) L'hypothèse répond au problème de façon explicative Les nutriments viennent des aliments broyés par les dents et l'estomac. Les nutriments viennentils de la transformation des aliments? Les nutriments se forment dans le sang. Les nutriments sont certains de nos aliments. Les nutriments sont présents dans les aliments. Les nutriments viennent de l'intestin grêle. Les aliments deviennent des excréments.

8 Hypothèse: Les aliments se transforment en nutriments. Recherche individuelle, puis mise en commun, dialogue sur la pertinence des propositions Proposer une méthode pour Capacité travaillée résoudre un problème Par l'observation du réel On propose de disséquer le tube digestif d'un animal pour observer son contenu: nous nous attendons à y trouver des aliments encore identifiables au début du trajet, puis transformés ensuite en bouillie. On propose d'envoyer une caméra dans le tube digestif d'un animal pour observer son contenu: nous nous attendons à y trouver des aliments encore identifiables au début du trajet, puis transformés ensuite en bouillie. On propose d'analyser le contenu du tube digestif d'un animal: nous nous attendons à y trouver de l'amidon au début du trajet, transformé ensuite en glucose. Les attendus sont communiqués Les opérations proposées permettront d'identifier des éléments de réponse au problème On va disséquer le tube digestif d'un animal. On va avaler une caméra On va disséquer pour chercher des nutriments dans le tube digestif. On ouvre un animal pour chercher la transformation des aliments en nutriments.

9 Hypothèse: Les aliments se transforment en nutriments. Discussion sur l'opportunité d'expérimenter, et possibilité de faire émerger les critères grâce à l'étude critique de textes historiques. Élaboration par groupes d'un protocole de digestion in vitro. Aide: liste de matériel Proposer une méthode pour Capacité travaillée résoudre un problème Par l'expérimentation Un aliment est mélangé à une enzyme digestive dans un tube. Dans un autre tube, l'aliment est seul avec de l'eau. Les tubes sont placés à 37 C. Seul l'aliment du premier tube devrait devenir liquide. De l'amidon est mélangé à une enzyme digestive dans un tube. Dans un autre tube, l'amidon est seul. Les tubes sont placés à 37 C. Lorsqu'on teste la présence de glucose dans les deux tubes, seul le premier donnera un résultat positif. Un témoin est proposé. Il ne diffère du montage principal que par l'élément supposé intervenir dans l'hypothèse. Les résultats attendus sont communiqués Les opérations proposées permettront d'identifier des éléments de réponse au problème On mélange un aliment à une enzyme digestive dans un tube. L'aliment devrait devenir liquide Un aliment est mélangé à une enzyme digestive dans un tube. Dans un autre tube, l'aliment est seul avec de l'eau. On compare un aliment avec le même aliment régurgité. On s'attend à ce que l'aliment régurgité soit devenu liquide.

10 Hypothèse: Les aliments se transforment en nutriments. Discussion collective sur l'opportunité d'une observation du réel. Travail individuel sur les attendus de l'observation. Proposer une méthode pour Capacité travaillée résoudre un problème Par l'observation à l'aide d'un outil On va observer au microscope un morceau d'intestin grêle. On devrait observer des trous dans la paroi et des vaisseaux sanguins à côté. Les résultats attendus sont communiqués Les opérations proposées permettront d'identifier des éléments de réponse au problème On va observer une coupe d'intestin grêle. On va utiliser le microscope. On va regarder au microscope si on voit les nutriments passer de l'intestin au sang.

11 Hypothèse: Les nutriments passent dans le sang au niveau de l'estomac, l'intestin grêle,... Recherche individuelle, puis mise en commun, dialogue sur la pertinence des propositions Proposer une méthode pour résoudre un problème Par un protocole de mesures On va analyser le sang avant et après l'organe retenu dans l'hypothèse. On s'attend à trouver plus de glucose après l'organe qu'avant. Une comparaison est proposée Les attendus sont communiqués Les opérations proposées permettront d'identifier des éléments de réponse au problème On fait une prise de sang pour mesurer le glucose On va analyser le sang avant et après l'organe On devrait observer plus de nutriments dans le sang sortant de l'organe que dans le sang qui y entre

12 Protocole de digestion in vitro élaboré en classe ou Dissection de l'appareil digestif En binômes Suivre un protocole Le respect d'un protocole est l'occasion de développer chez les élèves les attitudes suivantes: Soigner son travail: respect du matériel Respecter les règles de sécurité, rigueur d'exécution (niveau identiques dans les 2 tubes, utilisation raisonnée des outils) Prendre des initiatives : repérage des tubes, changer d'outil S'impliquer: être actif Tous les gestes techniques sont réalisés, dans l'ordre Les outils sont choisis conformément à leur usage Non prise en compte de certains de ces critères

13 Proposer une méthode d'observation pour tester l'hypothèse du passage des nutriments dans le sang Utilisation individuelle du microscope Utiliser un outil (microscope) Le respect de la fiche technique est l'occasion de développer chez les élèves les attitudes suivantes: Soigner son travail: respect du matériel Prendre des initiatives : choisir le grandissement adapté S'impliquer: être actif Le grandissement est choisi avec pertinence La mise au point est correcte L'éclairage est convenable L'objet est bien choisi L'objet est centré Non prise en compte de certains de ces critères

14 Observation au microscope d'une coupe transversale d'intestin grêle Rendre compte des observations de façon individuelle Réaliser un dessin d'observation Coupe d'intestin grêle de rat observée au microscope Intérieur de l'intestin grêle contenant les nutriments Vaisseau sanguin recevant les nutriments Paroi fine de l'intestin grêle diamètre de l'intestin : 5 mm Les éléments dessinés sont représentés de façon détaillée Les objets représentés sont réels (non inventés) La page est organisée de façon lisible. Les flèches de légendes sont horizontales les mots sont alignés Les proportions sont respectées. Les traits sont fins et réguliers. Tout est au crayon à papier La taille réelle est communiquée (avec unité de mesure). Le titre indique l'objet et l'outil d'observation Des éléments de réponse au Problème apparaissent (titre, légende ou phrase Accompagnant le dessin) Le dessin apporte des éléments de réponse au problème Non prise en compte de certains de ces critères

15 Proposition d'une méthode : on va analyser le sang avant et après l'organe retenu dans l'hypothèse (ici, hypothèses de l'estomac et de l'intestin) La tâche consiste à valider ou rejeter cette hypothèse, d'après le tableau de résultats d'analyse de sang avant et après l'organe proposé. Sélectionner l'information L'analyse montre que le sang contient plus de glucose après l'intestin grêle qu'avant. L'analyse montre que le sang contient la même quantité de glucose avant et après l'estomac. Seules les informations qui ont un rapport direct ou non avec le problème sont sélectionnées Toutes les informations qui ont un rapport direct ou non avec le problème sont sélectionnées Les informations sélectionnées ne sont pas déformées L'analyse montre que le sang contient autant de protéines après l'intestin grêle qu'avant. L'analyse montre que le sang contient du glucose Il y a plus de sang après l'intestin qu'avant

16 L'information a été sélectionnée à partir du tableau d'analyse de sang Valider/rejeter une hypothèse La tâche consiste à valider ou rejeter cette hypothèse, d'après le tableau de résultats d'analyse de sang avant et après l'organe proposé. Chaque méthode proposée précédemment apporte un ou plusieurs éléments de validation de l'hypothèse. Chacune pourrait être également proposée comme situation d'apprentissage de cette même capacité. L'analyse montre que le sang contient plus de glucose après l'intestin grêle qu'avant donc l'hypothèse est validée : c'est bien l'intestin grêle qui permet au glucose de passer dans le sang. L'analyse montre que le sang contient la même quantité de glucose avant et après l'estomac donc l'hypothèse est rejetée : l'estomac ne permet pas au glucose de passer dans le sang. L'hypothèse est validée si ce qui est obtenu ou observé est conforme à ce qui était attendu, rejetée dans le cas inverse. L'analyse montre que le sang contient plus de glucose après l'intestin grêle qu'avant donc l'hypothèse est rejetée.

17 Validation de l'hypothèse de l'absorption du glucose par l'intestin grêle Schéma fonctionnel préparant à la notion de circulation en système clos. Réaliser un schéma Le glucose passe dans le sang légende glucose Intestin grêle absorption sang Les objets sont représentés par des formes simplifiées géométriques ou symboliques Les actions sont distinguées des objets (le plus souvent par des flèches) Les flèches respectent l'ordre chronologique La place des objets, de la légende et du titre rendent le schéma lisible Le titre précise le sujet du schéma Les objets et actions sont tous nommés Les codes sont explicités Seuls les objets et actions répétés sont codifiés: le nombre de codes est limité Le schéma apporte des éléments de réponse au problème Représentation d'objets inutiles Confusion entre objets et actions Flèche dans le mauvais sens Mise en page peu lisible, plusieurs flèches pour une même action Oubli de la légende, des noms d'objets ou d'actions, du titre... Trop de codes : une couleur ou une forme pour chaque objet (légende trop longue)