Des feuilles qui disparaissent?

Des feuilles qui disparaissent? Atelier de didactique de la biologie B, session 2013-2014 Joëlle Schreiber- Orso Genève, le 17 avril 2014 Travail effectué dans le cadre de l IUFE Formation des enseignants du secondaire Développé conjointement avec Jennifer Donzé en 2012-2013, revu et adapté en 2013-2014 1

Introduction Intentions générales Quel intérêt y a t- il à mettre en œuvre une situation- problème en cours de biologie? Le choix de créer une séquence autour d une situation- problème est très stimulant et crée une dynamique de cours particulière. En effet, susciter l intérêt des élèves est un défi permanent des enseignants. Les situations- problèmes sont particulièrement intéressantes, car elles amènent les élèves à se poser un certains nombres de questions, à petit à petit se les approprier, à devenir acteur du problème car sa résolution dépend directement de leur implication à la tâche. De plus, le contrat didactique entre l enseignant et les élèves est modifié par rapport à un cours ordinaire, car il ne s agit plus pour l enseignant de dispenser des savoirs, mais d aider les élèves à ce qu eux- mêmes acquièrent de nouvelles connaissances et de nouvelles compétences. Ainsi, la construction d un vécu commun au sein de la classe a un impact positif sur la motivation des élèves. Des feuilles qui disparaissent? La disparition des feuilles mortes est le sujet que j ai choisi de traiter en classe comme situation- problème. En effet, le sujet paraît simple, voire même peut- être évident, mais dès que l on gratte un peu la surface, on arrive sur un champ de recherche beaucoup plus complexe qu à prime abord. Premièrement, il permet d aborder le cycle de la matière et permet d illustrer la phrase «rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme!» Antoine Laurent De Lavoisier (chimiste et philosophe français du 18 ème ). Secondement, il permet de mettre en évidence l importance des êtres vivants microscopiques qui nous entourent. Ce thème est particulièrement intéressant à faire vivre comme démarche d investigation si on peut le traiter en automne lorsque les feuilles mortes tapissent le sol. On est dans un sujet très visuel, n importe quel élève a déjà vu des feuilles tomber, mais ont- ils déjà vu des feuilles disparaître? Savent- ils ce que deviennent les feuilles mortes qui le printemps venu ont disparu pour la plupart? Ont- ils déjà les connaissances pour pouvoir y répondre? Contexte curriculaire Le degré cible de cette situation problème est la 9 ème Harmos en regroupement 3. Cette séquence a été intégrée au chapitre «écosystèmes et réseaux trophiques». La démarche d investigation a été vécue par une classe de 22 élèves. Contexte du plan d étude Le nouveau plan d étude romand en vigueur intègre dans son domaine mathématique et sciences de la nature (MSN) la démarche scientifique ainsi que différentes notions et démarches (correspondant à ceux développé la situation problème présentée dans ce document) dans les secteurs suivants : MSN 38 : le vivant et les écosystèmes MSN 38 : Observation expérimentale variant d un seul facteur à la fois MSN 37/38 : Préparation d un protocole d observations et de mesures Élaboration d un dispositif permettant d effectuer les observations et les mesures prévue MSN 35 F : en dégageant une problématique et en formulant une hypothèse 2

Description de la séquence Remarque préliminaire : cette séquence a été co- construite avec Jennifer Donzé en 2012-2013 Amorce La séquence a débuté par la projection d une amorce illustrée contenant les informations suivantes : «Chaque année, en forêt, il tombe une épaisseur de 10 cm de feuilles mortes au pied des arbres. Ça fait beaucoup de feuilles, mais en se promenant, on ne les voit pas. Où sont- elles? Que sont- elles devenues?» Les élèves ont écrit une hypothèse sur le devenir des feuilles mortes ou la cause de disparition des feuilles mortes ce qui nous a permis de sonder l état des connaissances des élèves. Obstacles conceptuels visés : Les élèves ne se posent pas forcément la question de savoir ce que deviennent les feuilles. Pour eux, elles disparaissent. Ils savent peut- être que ce n est pas par magie, mais ils ne se sont, pour la plupart, jamais interrogés par quel mécanisme. Après la présentation de l amorce en classe, les réponses données par les élèves ont été les suivantes : «il y a des gens qui les ramassent quand elles tombent», «elles disparaissent à cause du changement de saison et de température, elles se désintègrent et rentrent dans la terre», «les insectes ou les vers mangent les feuilles», «elles sont biodégradables, elles se décomposent dans la nature» et «le vent les emporte». Questions attendues Les questions que nous attendions étaient les suivantes : Pourquoi ça ne s accumule pas? Où sont les décomposeurs? Qui se nourrit de feuilles mortes? Comment se fait le compost? A quoi ça sert que les feuilles soient décomposées? Il s agissait essentiellement de questions que nous voulions que les élèves se posent. En réalité aucune de ces questions n a été posée par les élèves. Tout les élèves avaient en effet déjà une petite idée sur comment disparaissent les feuilles mortes (préconceptions). Certains élèves ont utilisé les mots «décomposer», «désintégrer» et «dégrader» en ayant l impression de savoir ce que ces mots signifient, mais sans vraiment pouvoir les expliquer. Les élèves ne connaissaient pas le mot «décomposeur». Déroulement de la séquence Remarques préliminaires Avant de commencer la situation problème : - les élèves avaient déjà eu une autre situation problème - les élèves s étaient déjà servis d une loupe binoculaire 3

- les élèves avaient déjà réalisé des dessins d observation et appris à légender un schéma, ainsi que rédiger un texte descriptif Leçon 1 (10 octobre 2013)! Seulement 45 min.: Phase introductive Introduction par l enseignante de la situation problème avec quelques diapositives. «Chaque année, en forêt, il tombe une épaisseur de 10 cm de feuilles mortes au pied des arbres. Certains arbres, comme par exemple les hêtres peuvent avoir jusqu à 200 ans! ça fait beaucoup de feuilles! Pourtant, en se promenant on ne les voit pas? Où sont- elles? Comment disparaissent- elles? Que sont- elles devenues?» - Chaque élève écrit ce qu il pense sur le sujet sur un post- it. Suivi d un tour de table où chaque élève lit sa supposition (sans jugement, l idée n est pas de dire si c est juste ou faux) et l enseignante récupère les post- it pour classer les élèves par affinité d idée (6 groupes sont créés de 3 à 4 élèves, les groupes sont mixtes). Ensuite l enseignante explique les modalités du travail de groupe et du travail attendu. L enseignante fait un petit point théorique sur ce qu est une hypothèse (critère monofactoriel, réaliste/plausible/pas farfelue, réalisable/vérifiable). En petits groupes, les élèves discutent de ce qu ils aimeraient tester dans leur expérience. Ils écrivent une seule hypothèse par groupe, ainsi que la liste du matériel nécessaire à son expérimentation et la description de l expérience. L enseignante passe «prendre la température» vers chacun des groupes. Leçon 2 (17 octobre 2013! leçon juste avant les vacances, donc le lancement de l expérience a été reporté) : Phase préparative L enseignante fait un rappel de la situation- problème et donne quelques précisions sur le vocabulaire utilisé par quelques élèves (désintégrer /décomposer/ biodégradable). La définition est construite tous ensemble. Établissement d un comparatif entre une feuille morte et une feuille «vivante», les élèves donnent les similitudes et les différences (l enseignante écrit les éléments que les élèves relèvent au rétroprojecteur). Ensuite, l enseignante dispense les consignes pour le travail en groupe du jour : - hypothèse du groupe avec 1-2 variable(s) à tester - contraintes en temps et matériel de l expérience (2-3 semaines d observation ; le matériel doit pouvoir être installé en classe) - feuilles à rendre par groupe : 1 protocole (annexe V) remplit avec l hypothèse, l explication de l expérience et la liste du matériel (annexe II) ; et 1 feuille d exercice sur une autre expérience pour comprendre l idée de prévoir un témoin Leçon 3 (31 octobre 2013) : Lancement de l expérience En début de leçon, l enseignante effectue une correction de l exercice sur l importance d avoir un témoin dans une expérience, car plusieurs groupes n ont pas réussi l exercice. Ensuite, elle fait un rapide point sur les consignes du travail en groupe, ainsi que sur les critères et les modes d évaluation. Une répartition du travail est effectuée au sein des groupes, les responsabilités sont partagées ainsi : un- e communicateur/trice (représentant du groupe qui va poser des questions à l enseignante) ; un- e responsable du travail (chargé de rendre tous les documents à l enseignante à l issue de chaque leçon) ; un- e dessinateur/trice ; un- e responsable du matériel. Les élèves s inscrivent au tableau noir. 4

Chaque groupe prépare ses bacs d expérience. Ceux qui attendent, effectuent les corrections de leur protocole (après relecture de l enseignante entre les leçons 2 et 3). Les élèves décrivent leur expérience dans leur carnet de bord, et ils dessinent une de leur feuille morte (pour pouvoir comparer sa décomposition d une semaine à l autre), ainsi qu un de leur animaux (chenilles, asticots, vers de terre etc. selon ce qu ils ont choisi de tester). Leçon 4 (7 novembre 2013) : Suivi de l expérience 1 Les élèves de chacun des groupes observent leurs bacs et notent leurs observations dans le carnet de bord, ils reprennent leur protocole d expérience, l améliore et le complète à l aide des commentaires de l enseignante (souvent manque de cohérence entre les bacs d expérience, la liste du matériel et la description de l expérience). Chaque groupe réalise un dessin représentant le schéma de leur expérience. Les élèves retrouvent la feuille morte qu ils ont dessinée et la redessine. Les élèves qui avaient fini, ont reçu un dossier sur la composition du sol. Les élèves ont travaillé individuellement et je passais de bureau en bureau pour répondre aux questions. Leçon 5 (14 novembre 2013) : Suivi de l expérience 2 L enseignante donne quelques explications à propos des critères d évaluation. Les groupes d élèves observent leurs bacs et notent leurs observations dans le carnet de bord. Chaque groupe reprend son protocole d expérience et l améliore et le complète à l aide des commentaires de l enseignante. Les élèves retrouve la feuille morte qu ils ont dessinée et la redessine. L enseignante explique le principe de Berlèze (avec de la terre prélevée en forêt). Chaque élève va observer à la loupe binoculaire un animal présent dans le sol. Chaque élève dessine son animal. Les élèves qui ont le temps, identifient celui- ci à l aide d une clé de détermination simplifiée Leçon 6 (21 novembre 2013 fin du premier trimestre, j ai mis une note au protocole- rapport d expérience de chaque groupe d élève) : Suivi de l expérience 3 Les groupes d élèves observent leurs bacs et notent leurs observations dans le carnet de bord. Ils rédigent ensuite les résultats de l expérience et une conclusion. Ils rangent leur matériel d expérience. L enseignante gère la mise en commun des résultats de chaque groupe et explique les étapes de la décomposition et les décomposeurs impliqués sous forme d enquête (les suspects sont les animaux dessinés par les élèves lors de la leçon précédente). Le but de chaque groupe est de retrouvé un coupable et de savoir à quel étape de la décomposition il intervient. Leçon 7 (5 décembre 2013 : la leçon du 28 novembre a été remplacée par un concert obligatoire) : Conclusion par groupe Les élèves terminent l enquête sur les décomposeurs. Ils créent ensuite une affiche pour expliquer leurs résultats et leur conclusion (en bibliothèque). Leçon 8 (12 décembre 2013) : Conclusion générale 5

L enseignante fait un rappel des hypothèses et résultats des groupes, de ce qu est une hypothèse et explique la différence entre résultats et conclusion. Ensuite, les élèves (exercice deux par deux) écrivent une conclusion commune pour tout les groupes. L enseignante effectue un rappel théorique sur ce qu est la décomposition et sur les rôles de chaque décomposeurs. L enseignante introduit les réseaux alimentaires en utilisant l exemple des animaux de la litière (annexe IV). Leçon 9 (19 décembre 2013) : Evaluation Un temps de révision est alloué aux élèves pour qu ils puissent être au clair sur ce qu est une expérience et ce qu est la décomposition. Ensuite, les élèves passent une évaluation (annexe VI) sur les notions abordées au cours de la séquence. Observation et analyse du dispositif Les élèves se sont investis dans la tâche dès l élaboration d hypothèses expliquant la cause de la disparition des feuilles mortes. Tous les élèves, sans exception, ont réfléchi à la question posée, individuellement d abord, puis au sein de petits groupes formés par affinité d idée. Parfois, leurs idées sur la question nécessitaient d être affinées, car elles manquaient de précision. La motivation des élèves a augmenté lorsqu ils ont compris qu ils allaient pouvoir tester leur hypothèse en réalisant une expérience en classe. Quelques groupes d élèves se sont vite mis d accord sur la ou les variable- s qu ils allaient tester. D autres ont eu besoin d un peu plus de temps pour se mettre d accord, car ils en avaient trop. Et encore, un autre groupe a eu de la peine à imaginer une expérience, étant donné qu ils pensaient que ce sont les hommes qui ramassent les feuilles et n ont pas compris tout de suite qu il s agissait de feuilles mortes tombées au pied des arbres d une forêt. Pendant cette phase, je suis passée auprès de chaque groupe pour les aider à organiser leurs idées sans toutefois influencer leurs idées de base (sauf en cas de contre- indication pratique). À la fin de la période d expérimentation, les élèves en ont eu marre de devoir travailler toujours avec les mêmes (après 7 leçons). La mise en place des expériences a été trop longue. Et au final, j ai consacré 9 leçons en incluant l évaluation, il faudrait voir à raccourcir le nombre de séances. Concevoir une affiche, n est peut- être pas indispensable non plus, surtout qu elle n a pas été évaluée pour cause de mauvais timing coïncidant avec la fin d un trimestre. Cependant, j ai pu observer que la curiosité des élèves et leur motivation à voir leurs feuilles mortes disparaître sont restées bonnes tout au long de la séquence. En comparaison avec la séquence vécue de Jennifer Donzé, je n ai pas utilisé de dossier théorique, et ai décidé de dispenser la théorie moi- même. J ai pu observer qu en introduisant régulièrement de la théorie, ce qu est une hypothèse, les résultats, la conclusion, les élèves ont rencontré moins de difficultés pour remplir leur protocole. La mise en place de ma séquence a nécessité plus de temps, d une part parce que je souhaitais que les élèves tiennent un cahier de bord sur l évolution de leurs feuilles mortes chaque semaine, et d autres part, parce que certains groupes souhaitaient que leurs bacs d expérience soient humidifiés tout les jours. J ai été donc, obligée de repousser d une leçon le démarrage de l expérience, car entre la leçon 2 et la leçon 3, il y 6

a eu les vacances d automne. Au niveau de la notation, encore pour une question de temps (échéance de fin du premier trimestre), j ai été contrainte de mettre une note sur leur protocole d expérience et non sur leur affiche, comme initialement prévu dans la séquence. Evaluation Le cahier des charges a été développé conjointement avec Jennifer Donzé en 2012-2013 (annexe I). Questions de l évaluation utilisées 1) Les élèves ont eu une note de groupe sur leur protocole et rapport d expérience (annexe III). Ils devaient les remplir de façon cohérente entre les différentes rubriques (hypothèse, matériel, déroulement, résultats, conclusion). J ai ramassé et relu leurs protocoles avant et après la mise en place de l expérience. Je le leur ai annoté plusieurs fois en leur disant ce qu ils devaient améliorer et comment (évaluation de type «formative»). 2) Ensuite les élèves ont passé une évaluation individuelle qui reprenait d une part, les notions abordées sur ce qu est la décomposition des feuilles mortes (étapes, décomposeurs) et d autre part, les démarches (comment analyser une expérience) (annexe VI). Critères de correction 1) Les protocoles et rapports d expérience ont été noté selon une grille critériée (annexe III). 2) Chaque question de l évaluation individuelle a été notée en fonction des critères de corrections (expliqués sur le correctif : annexe VII). Observations et liens avec les objectifs Les objectifs que nous avions posés étaient les suivants : 1) Illustrer les différents éléments du réseau trophique du sol 2) Découvrir la faune du sol et son rôle 3) Définir : «décomposeur», «matière inorganique et matière organique» 4) Émettre des hypothèses 5) Imaginer un protocole pour tester nos hypothèses 6) Analyser les résultats de nos expériences 7) Utiliser nos conclusions pour répondre à la situation problème 8) Utiliser des documents scientifiques pour répondre à la situation problème Les points 4, 5, 6 ont été évalué dans les deux types d évaluation. Le point 7 a été évalué avec les protocoles et rapports d expérience. Les points 1, 2, 3 qui sont plus des objectifs notionnels ont été évalué dans l évaluation individuelle. Le point 8 n a pas été évalué a proprement dit. Cependant, pour résoudre l enquête sur quels décomposeurs agit quand, les élèves ont eu recours à un document scientifique pour les aider à la résoudre. 7

Les élèves ont tous eu des bons résultats à l évaluation de leurs protocoles et rapports d expérience (moyenne de la classe 5.8). Cela s explique certainement grâce aux nombreux allers retours entre l enseignante et les élèves des différents groupes (nombreuses évaluations formatives). En revanche, l évaluation individuelle a été un peu moins bien réussie (moyenne de la classe 5.1) sans toutefois laisser apparaître de trop grandes lacunes, seul deux élèves n ont pas eu la moyenne. Les objectifs 4, 6 et 7 sont me semble t- il ceux qui nécessiteraient d être retravaillé en classe. Analyse selon les 3 axes Cette partie a été développée avec Jennifer Donzé et modifiée en 2013-2014 Compétences des élèves Avec cette séquence les élèves peuvent construire leurs connaissances, tout en suivant leur questionnement. Ils peuvent aussi tester ce qu est la démarche scientifique de façon assez authentique. En effet, ils se posent une question et essaient d y répondre en faisant une expérience. Ils sont confrontés au temps d attente que pose une expérience (dans cette séquence : quatre semaines). Plusieurs élèves pensaient que ce temps ne serait pas suffisant pour voir les feuilles mortes disparaître. Ils se rendent aussi compte que parfois les expériences ne marchent pas comme on le souhaiterait, et ce pour des raisons diverses. Plusieurs fois j ai rappelé aux élèves qu ils travaillaient comme les scientifiques qui font partie de groupe de recherche dans différents laboratoires à travers le monde et que chaque groupe teste une à deux variables et qu au final c est les résultats de tous les groupes mis ensemble qui sont intéressants. J ai essayé de leur expliquer que même si les résultats qu ils avaient obtenus n étaient pas ceux qu ils attendaient, ça ne voulait pas dire pour autant que l expérience avait raté. Nous avons aussi discuté ensemble des raisons pour lesquelles certaines expériences, semblent avoir mieux marché que d autres. Les élèves m ont montré à travers leur intérêt à refaire des expériences en classe, qu ils avaient apprécié la démarche expérimentale. Les élèves ont bien intégré le champ notionnel de cette expérience. Je pense que le fait de faire plusieurs allers retours entre la théorie (composition du sol, décomposeurs, réseaux trophiques), et la pratique réalisée en classe a beaucoup aidé les élèves à intégrer le champ notionnel et faire des liens entre les deux. Par contre, j ai essayé cette année de dispenser la théorie au fur et à mesure (qu est- ce qu une hypothèse, comment écrire les résultats, etc.) et je pense, tout comme Jennifer Donzé, qu il faudrait mettre en place une séance sur la démarche scientifique avant de commencer la situation problème, même si cette séance ne fait pas écho auprès des élèves, car ce n est pas encore suffisamment concret pour eux. Ceci afin de s assurer que les élèves sachent ce qu ils doivent faire et comment. Je ne l ai pas fait non plus, parce que je pensais que d introduire ces notions au fur et à mesure que les élèves en auraient besoin suffirait. J ai pu me rendre compte que la mise en place de la situation- problème et des expériences nécessitent beaucoup de temps déjà en elles- mêmes et les explications théoriques viennent parfois en surcharge au reste des tâches à effectuer à chaque leçon. 8

Les élèves ont également grâce à cette séquence appris à travailler en petits groupes de trois à quatre élèves : à se répartir des responsabilités, à discuter leurs idées, à trouver un consensus et à travailler avec d autres personnes. Cependant, certains élèves ont soulevé le problème de l investissement inégal dans le travail de groupe de certains élèves du groupe lors de la dernière leçon. La prochaine fois, je tâcherai de repérer par avance les élèves qui pensent faire mieux que tout le monde, ceux qui préfère travailler seul dans leur coin coûte que coûte ou encore ceux qui essaient de tirer au flanc. Séquence Tout comme Jennifer Donzé et comme je l ai déjà mentionné plus haut, je pense également que la séquence prévue initialement est trop longue (la mienne ayant été encore plus longue que celle de Jennifer Donzé, pour différentes raisons). Si je devais la refaire, je ferai une séance d introduction sur la démarche scientifique, puis je m arrêterai après le partage des différents résultats des groupes et la conclusion commune. Le but de l affiche était d organiser les connaissances récoltées lors de la situation problème, je pense que nous pouvons le faire tout simplement avec une présentation de groupe (avec un petit bémol sur la taille des groupes, à bien réfléchir en amont de la séquence). Dispositif d évaluation Je pense que d avoir noté les protocoles et rapports d expérience des groupes d élèves a été une bonne idée au final, même si ce n était pas initialement prévu. En effet, les groupes d élèves ont consacré beaucoup de temps à les remplir, les corriger et les améliorer, donc j ai trouvé que ça portait vraiment du sens de l évaluer. Faire passer une évaluation individuelle, me semble également très approprier car les nombreuses notions et démarches peuvent être ainsi évaluer individuellement et être l indicateur du besoin ou non d une remédiation. De plus, le temps alloués à cette séquence (9 leçons) est important surtout au regard d un trimestre et mérite complétement, à mon sens, une double évaluation par groupe et individuellement. Synthèse Cette partie traite des liens entre la séquence et son évaluation (notamment sur l'alignement entre objectifs d'apprentissage, activités (tâches) et évaluation). J ai trouvé que les liens entre les objectifs d apprentissage, les activités effectuées en classe et les évaluations réalisées ont été particulièrement étroits. Ils étaient en parfaite correspondance les uns avec les autres, car ils ont été réfléchi et construit de cette manière. J y vois une source d inspiration pour traiter d autres chapitres de façon aussi linéaire et concordante. En effet, élaborer premièrement des objectifs d apprentissage (notions et démarches) et établir un cahier des charges de l évaluation ont permis de construire les tâches pour y parvenir et de créer par la suite, des évaluations qui leur correspondent. D une manière générale, je pense que la séquence sur cette situation problème a eu un impact très stimulant sur l investissement des élèves et sur leurs apprentissages. En effet, le sujet de la situation problème et le moment dans l année m ont semblé particulièrement adapté aux élèves de cet âge- là. La question «que deviennent les feuilles» se situe entièrement dans leur zone proximale de développement et est suffisamment proche de la réalité pour avoir comme effet que les élèves crochent. De 9

plus, l expérience à mettre en place est facile à réaliser, avec du matériel peut coûteux et permet aux élèves d élaborer puis de tester leurs propres hypothèses sans nécessiter de trop les recadrer. Un des objectifs qui m était cher, était de faire appréhender le monde scientifique aux élèves. D un côté la rigueur scientifique et de l autre l esprit coopératif. J ai donc expliquer plusieurs fois aux élèves qu en quelque sorte chaque groupe d élève était un groupe de chercheurs qui testaient des conditions expérimentales différentes ceci dans le but de développer une conscience de l ensemble de l expérience pour laquelle ils travaillaient (coopération) et dont la conclusion serait dépendante des différents résultats obtenus. J ai eu l impression que c est seulement lors des moments d échange et de mise en commun organisé par l enseignante que cette conscience émergeait. Peu d élèves ont eu la curiosité de regarder dans les bacs des autres groupes, car ils étaient très concentrés sur leur propre expérience et très impatients de voir leurs feuilles disparaître. En conclusion, tout comme Jennifer Donzé, je suis, dans l ensemble, plutôt satisfaite de la situation problème. Je pense que je la referai avec les modifications qui s y prêtent. Les objectifs n ont pas été complètement atteints, en tout cas en ce qui concerne les démarches, mais de toute façon il est difficile d institutionnaliser des démarches en une seule fois. Il est donc important, de mon point de vue, de bien leur expliquer les bases théoriques de la démarche scientifique et pourquoi est- ce qu on procède de cette façon et de le reprendre régulièrement pendant l année scolaire. Réfléchir aux itérations possibles pour l acquisition de démarches me semble être une bonne piste à explorer lors de la prochaine élaboration de séquence. Bilan réflexif J ai trouvé que le dispositif et son évaluation ont été très cohérents. Cependant, ils ont nécessité de constant ajustement, entre les activités prévues, les obstacles rencontrés, la vitesse d apprentissage des élèves, etc. En effet, j ai trouvé que la mise en œuvre d une situation problème est très intéressante et enrichissante, tant pour l enseignante que pour les élèves, car le contrat didactique diffère d un cours standard. Cependant, à l issue de cette séquence, je réalise que la mise en œuvre d une situation problème nécessite du temps et ne peut être réalisé en une ou deux leçons à moins d avoir un nombre très restreints de notions et/ou démarches à aborder et faire acquérir aux élèves. Et en même temps, une séquence trop longue sur 6 à 9 leçons ne semble pas non plus souhaitable, car les élèves en ont marre après un certain temps, et relancer leur intérêt demande aussi de l énergie de la part de l enseignante et un investissement en temps pris pendant les leçons. Avec quelque mois de recul, j ai pu constater que tout l investissement mis en place pour apprendre aux élèves à travailler en groupe a porté ses fruits. En effet, les élèves ont travaillé sur un autre thème dans une configuration de groupe différente entre février et mars et les résultats ont été excellents. Un collègue enseignant l histoire dans cette classe, m a également fait part de sa satisfaction à mener des travaux de groupe avec ses élèves. Finalement, la démarche d investigation me semble un format d apprentissage très intéressant. Pour l avoir testé, je peux dire maintenant, que d une part, ça fonctionne 10

bien avec les élèves, ça les motive, ça modifie les habitudes de cours, et d autres part, les objectifs d apprentissage ont été relativement bien atteints. Évidemment, l évaluation est aussi un peu différente, étant donné que les élèves sont notés une première fois par groupe, puis individuellement. Mais, je pense que les élèves sont ainsi poussés à faire un meilleur travail, car la note du travail de groupe ne concerne pas que l élève alpha, mais aussi les élèves béta et gamma qui font partie du même groupe. De plus, les élèves plus faibles sont aidés par les plus forts et les élèves plus forts sont responsabilisés (relation «win- win»). Je pense donc que les situations problèmes devraient être mieux investies par les enseignants de science, afin de pouvoir partager entre collègues les expériences positives réalisées en cours de biologie. 11

Annexes Annexe I Cahier des charges évaluation situation problème 1. Champ notionnel : a) «Découvrir la faune du sol et son rôle» Les élèves doivent se rendre compte que le sol est constitué d éléments vivants (animaux, champignons, bactéries, végétaux) et non vivant (matière minérale). Ils n ont pas besoin de retenir les noms des espèces du sol, mais doivent être capable de les reconnaître à l aide d une clé de détermination. Les élèves doivent savoir que la faune du sol contribue à la décomposition des feuilles mortes. Ils doivent pouvoir expliquer le processus. Niveau de formulation : «La faune du sol permet la décomposition des feuilles mortes en humus, riche en sels minéraux, qui pourra être utilisé par les végétaux.» b) «Illustrer les différents éléments du réseau trophique du sol» Les élèves doivent pouvoir donner une définition de réseau trophique. Niveau de formulation : «un réseau trophique est l ensemble des chaînes alimentaires d un milieu donné» A l aide d un texte ou d un tableau informatif, ils doivent pouvoir dessiner un réseau trophique du sol. c) «Définir : décomposeur» Les élèves doivent pouvoir définir les termes ci- dessus. Niveau de formulation : «êtres vivants capables de décomposer les végétaux et animaux morts en matière minérale» 2. Démarches testées Contexte : élèves de 9 e. Ce sera la première fois que les élèves seront confrontés à la réalisation d une expérience. L évaluation se fera donc en deux temps : 1) une affiche notée réalisée en groupe. 2) une épreuve individuelle notée qui reprendra ces notions et ces démarches. d) «Formuler une hypothèse» Caractéristique : rédiger une hypothèse en une phrase affirmative, réaliste et vérifiable. Traduire une idée en hypothèse. Mise en œuvre : mêmes consignes pour tous les niveaux (R1, R2, R3) R3 partent sans informations complémentaires R2 et R1 voient d abord un exemple d hypothèse formulée pour une autre expérience Critères : 12

L hypothèse est affirmative L hypothèse est réaliste L hypothèse est vérifiable L hypothèse est pertinente par rapport au problème Evaluation : une première fois sur l affiche, mais plus sous forme d évaluation formative (retour de l enseignante avant la note finale de l affiche). Puis évaluation lors de l épreuve, à ce stade les élèves doivent être capables de formuler une hypothèse pour une autre expérience. e) «Imaginer un protocole» Caractéristique : imaginer une expérience pour tester notre expérience Mise en œuvre : Groupes de 4-5 élèves Chaque groupe teste une seule hypothèse L enseignante passe de groupe en groupe pour aider les élèves Critères : Le protocole imaginé permet de vérifier l hypothèse (un seul paramètre testé : celui de l hypothèse) Prévoir des témoins Anticiper le matériel nécessaire à la réalisation de l expérience Faire des schémas de l expérience qui sera réalisée Evaluation : de façon formative sur l affiche (après discussion en classe et retour de l enseignante). f) «Réaliser l expérience» Caractéristique : suivre le protocole imaginé pour effectuer l expérience Mise en œuvre : Groupes de 4-5 élèves Chaque groupe réalise son propre protocole L enseignante passe de groupe en groupe pour aider les élèves Critères : Travailler de manière rigoureuse et scientifique (numéroter ses pots, décrire le matériel, faire des dessins des feuilles avant expérience, etc.) Faire l expérience telle que prévue dans le protocole Evaluation : uniquement sur l affiche. g) «Tirer des conclusions d une expérience» Caractéristique : observer les résultats de l expérience et en tirer les conclusions Mise en œuvre : 13

Les élèves ont vu au préalable un exemple pour bien pouvoir faire la différence entre résultats et conclusion Ils notent leurs résultats, puis en tire les conclusions relatives en fonction de leur hypothèse Critères : La conclusion confirme ou infirme l hypothèse Elle est écrite sous la forme d une phrase affirmative Les élèves distinguent clairement les résultats de la conclusion. Les résultats énoncent des observations ; la conclusion infirme ou confirme l hypothèse en fonction des résultats. Evaluation : de façon formative sur l affiche, puis lors de l épreuve, on donne une hypothèse aux élèves, ainsi que les résultats de l expérience, et ils doivent donner la conclusion. h) «répondre la question de départ en utilisant des ressources (résultats d expérience documents» Caractéristique : grâce à l expérience qu ils ont mise en place et aux documents fournis, les élèves sont en mesure de répondre à la question de la situation problème. Mise en œuvre : Au cours de la mise en place de la situation problème (divers moments de la mise en œuvre de l expérience), les élèves peuvent consulter des sources théoriques mises à disposition par l enseignant. Les élèves utilisent leurs conclusions pour répondre en partie à la situation problème Mise en commun des différents résultats des différents groupes pour affiner la réponse à la question de la situation problème Critères : Les élèves sélectionnent des informations pertinentes dans leurs résultats et des documents pour répondre à la situation problème (questionnaire pour les aider) Les élèves sont capables d établir une carte conceptuelle de la décomposition des feuilles. Evaluation : première évaluation de la carte conceptuelle sur l affiche. Puis évaluation de leurs connaissances sur la décomposition pendant le travail (test des notions à ce stade) 14

Annexe II Détails de la mise en oeuvre de l expérience Expériences en classe pour répondre à la question : pourquoi les feuilles mortes disparaissent-elles? Classe 932 R3 Cours de biologie de Joëlle Schreiber-Orso Salle 215 les jeudis en P1-P2 Matériel que les groupes d élèves ont besoin : Groupe 1: - Des vers de terre - Des escargots - 3 bacs transparents dont 1 avec un couvercle - De la terre prélevée en forêt et terreau - Des feuilles mortes de hêtre - De l eau Groupe 2 : - Une lampe rouge ou qui chauffe - Des glaçons - 2 bacs transparents avec un couvercle Groupe 3 : - Un arrosoir - Des glaçons - Une lampe - 2 bacs transparents - De l herbe - Un thermomètre - De la terre prélevée en forêt et terreau - Des feuilles mortes de hêtre - De l eau Groupe 4 : - 4 bacs transparents - Des asticots - Des vers de terre - Des chenilles - De la terre prélevée en forêt et terreau - Des feuilles mortes de hêtre - De l eau Groupe 5 : - 3 bacs transparents ou bocaux qui se referment - Des vers de terre - Des chenilles - De la terre prélevée en forêt et terreau 15

- - Des feuilles mortes de hêtre De l eau Groupe 6 : - 4 bacs transparents - Des champignons (2 espèces) - Un escargot - De la terre prélevée en forêt et terreau - Des feuilles mortes de hêtre - De l eau Tableau récapitulatif du matériel dont nous avons besoin : Groupe Bac transparent Bac transparent avec couvercle Terre et terreau Feuilles mortes de hêtre Eau Vers de terre Escargots Chenilles Asticots Champignons Glaçons Lampe Arrosoir Thermomètre Herbe 1 2 1 X X X X X 2 0 2 X X X 3 2 0 X X X X X X X X 4 4 0 X X X X X X 5 0 3 X X X X X 6 0 4 X X X X X 16

Annexe III Évaluation des protocoles d expérience Que deviennent les feuilles mortes? Évaluation de votre protocole d expérience et du travail fourni par groupes Groupe n Prénoms des élèves : Catégories Critères d évaluation Atteint Partiellement atteint Fiche protocole La question de départ est bien formulée correctement Les idées sur la question sont intéressantes L hypothèse choisie est affirmative, réaliste, vérifiable La liste du matériel est complète et les bacs ont été correctement étiqueté L expérience réalisée est en cohérence avec l hypothèse et la liste du matériel et vous avez pensé à avoir un bac «témoin» Le schéma de l expérience est fidèle à l expérience réalisée Le texte expliquant l expérience est correct et explique bien ce qui est fait et à quels moments L anticipation des résultats a été décrit Résultats : le compte-rendu des observations est complet Vous avez analysé les différences entre votre hypothèse et vos résultats Votre conclusion est pertinente par rapport à votre expérience et à la question de départ Travail en Chaque élève du groupe a participé activement groupe Progression Vous avez tenu compte de mes remarques afin d améliorer votre travail Non atteint Note du travail en groupe : Commentaires : Remarques pour la fin du travail : Quand l expérience est terminée nous pouvons observer les résultats. On les écrit sous forme d observation, sous forme de texte descriptif, sans donner d opinion sur ces résultats. Une fois les résultats analysés, nous pouvons écrire une conclusion. La conclusion est une sorte de «réponse» à notre hypothèse. Selon nos résultats on peut soit dire que notre hypothèse était juste, soit, au contraire, dire que notre 17

hypothèse était fausse. On ne peut pas dire que l expérience n a pas marché parce que l on n observe pas les résultats qu on attendait. Chaque résultat nous amène une partie de l information que l on recherche. Souvent, les chercheurs doivent imaginer plusieurs expériences et émettre plusieurs hypothèses avant de pouvoir répondre à leur question de départ. 18

Annexe IV Documents distribués aux élèves La terre que vous avez utilisée pour votre expérience a été récupérée pour être mise dans un Berlèse. Le but d un Berlèse est de récupérer la faune du sol. Voilà comment ça fonctionne : La terre est mise dans un entonnoir. Au- dessus on laisse une lumière allumée, en- dessous une bouteille contenant de l alcool. Les animaux du sol fuient la lumière. Ils vont donc, en fuyant la lumière, tomber dans la bouteille contenant l alcool. Ce qui nous permet de les observer. Quels types d animaux ont été retrouvés dans le berlèse? Peux- tu en nommer quelques- uns? A quelle phase de la décomposition participent- ils? Nom de l animal : Phase de décomposition : 19

Voici un réseau alimentaire du sol (les flèches signifient : «est mangé par»): A l aide de ce schéma, donne la définition d un réseau alimentaire : Toujours à l aide de ce schéma réponds aux questions suivantes : 1. De quoi se nourrit le collembole? 2. Quels animaux se nourrissent de débris végétaux? 3. Par quels animaux est mangé le ver de terre? 4. Que peut- on dire, toujours selon ce schéma, de la taupe et du lithobie? 20

Noms : Prénoms : Classe : Annexe V Protocole d expérience Fiche protocole I. Mise en place de l expérience date : Question à laquelle nous voulons répondre : Nos idées sur la question : Ce que nous avons décidé de tester pour répondre à cette question : Matériel dont nous avons besoin : 21

II. Expérience date : Schéma de l expérience : Ce qu on a fait (texte expliquant l expérience) : Nos hypothèses (anticipation de nos résultats) : 22

III. Résultats date : Nous pouvons observer que : Ce résultat corrobore/ne corrobore pas nos hypothèses : Conclusions : 23

Annexe VI ÉVALUATION DE BIOLOGIE N 4 Décomposition des feuilles et expérimentation scientifique Nom :... Prénom :... Classe :... Date :... Points : Note : Signature des parents : / 28 points Tu disposes de 45 minutes. Aucun document n est autorisé. Bon travail! Partie 1 : analyse d un protocole d expérience Explication d une expérience : Paul et Claire mettent en place une expérience. Voilà ce qu ils font : Ils placent le même nombre de graines d une plante (blé) dans chaque pot, à la même température et à la même lumière. Dans l un des deux pots ils vont mettre de l eau pure, et dans l autre de l eau contenant des sels minéraux dissouts. A. À quelle question veulent-ils répondre?..... Voilà les résultats après 2 semaines d expériences : / 2 points Pot n 1 : pot contenant de l eau pure Pot n 2 : pot contenant de l eau et des sels minréraux 24

B. Quels sont les résultats de cette expérience?..... / 2 points C. Quelle est la conclusion de cette expérience par rapport à la question de départ?..... / 2 points D. Dresse la liste du matériel que Claire et Paul ont utilisé pour leur expérience. -. - - -. - - / 2 points E. Pourquoi ont-ils mis en place deux «montages» plutôt qu un seul?........ / 2 points F. Explique ce qu est un protocole d expérience et à quoi ça sert d en avoir un ou d en faire un......... / 2 points 25

Des feuilles qui disparaissent? J. S- O Partie 2 : la décomposition d une feuille morte Voici, dans le désordre, les différentes étapes de la décomposition d une feuille tombée sur le sol en forêt. A toi de remettre les étapes dans l ordre chronologique en les numérotant de 1 à 7. / 7 points 26

Bonus : Inscris sur la feuille précédente tous les noms des animaux que tu connais à côté de leur dessin : 2 noms justes = 1 point supplémentaire. Chaque nom différent compte une fois. Les animaux qui sont représentés plusieurs fois compte qu une fois. Réponds aux questions suivantes : 1. Comment s appelle l ensemble de ces animaux? Points bonus :..... / 1 pt 2. Que deviennent les feuilles mortes? En quoi sont-elles transformées?......... / 3 pts 3. Les affirmations suivantes sont-elles justes ou fausses? Indique si c est vrai ou faux et corrige les phrases lorsqu elles sont fausses : a. Le sol d une forêt ne comporte que très peu d animaux.... b. Les bactéries ont comme rôle de ramollir les feuilles mortes fraîchement tombées.... c. Les vers de terre mangent les feuilles mortes... d. C est le changement de température, à l arrivée de l automne, qui fait disparaître les feuilles mortes... e. Les feuilles mortes ne peuvent pas être perforées par les animaux du sol... / 5 pts 27

Annexe VII Critères de correction ÉVALUATION DE BIOLOGIE N 4 Décomposition des feuilles et expérimentation scientifique Nom :... Prénom :... Classe :... Date :... Points : Note : Signature des parents : / 28 points Tu disposes de 45 minutes. Aucun document n est autorisé. Bon travail! Partie 1 : analyse d un protocole d expérience Explication d une expérience : Paul et Claire mettent en place une expérience. Voilà ce qu ils font : Ils placent le même nombre de graines d une plante (blé) dans chaque pot, à la même température et à la même lumière. Dans l un des deux pots ils vont mettre de l eau pure, et dans l autre de l eau contenant des sels minéraux dissouts. A. À quelle question veulent-ils répondre? Adéquation de la question avec l expérience Pertinence des termes utilisés Voilà les résultats après 2 semaines d expériences : / 2 points Pot n 1 : pot contenant de l eau pure Pot n 2 : pot contenant de l eau et des sels minréraux 28

B. Quels sont les résultats de cette expérience? Description des résultats pour les 2 pots / 2 points C. Quelle est la conclusion de cette expérience par rapport à la question de départ? Adéquation entre question de départ, résultats et rédaction de la conclusion / 2 points D. Dresse la liste du matériel que Claire et Paul ont utilisé pour leur expérience. -. - - - La liste du matériel est complète, moins 0.5 pt si erreur comme «terre» alors qu il n en est nulle part mention. - / 2 points E. Pourquoi ont-ils mis en place deux «montages» plutôt qu un seul? Les mots «témoin» ou «comparer, comparaison» sont mentionnés. Explication convaincante. / 2 points F. Explique ce qu est un protocole d expérience et à quoi ça sert d en avoir un ou d en faire un. L explication rappelle les notions vues en cours : but, question de recherche, liste de matériel, marche à suivre et schéma de l expérience, résultats, conclusion. Et explique que l idée est de pouvoir permettre de refaire l expérience plus tard. / 2 points 29

Des feuilles qui disparaissent? J. S- O Partie 2 : la décomposition d une feuille morte Voici, dans le désordre, les différentes étapes de la décomposition d une feuille tombée sur le sol en forêt. A toi de remettre les étapes dans l ordre chronologique en les numérotant de 1 à 7. 1 point par bonne réponse/ 7 points 30

Bonus : Inscris sur la feuille précédente tous les noms des animaux que tu connais à côté de leur dessin : 2 noms justes = 1 point supplémentaire. Chaque nom différent compte une fois. Les animaux qui sont représentés plusieurs fois compte qu une fois. Réponds aux questions suivantes : 1. Comment s appelle l ensemble de ces animaux? Décomposeur 1pt le reste 0 pt Points bonus :.. / 1 pt 2. Que deviennent les feuilles mortes? En quoi sont-elles transformées? Explication complète 3 pts, si des éléments sont faux, retrait de point. / 3 pts 3. Les affirmations suivantes sont-elles justes ou fausses? Indique si c est vrai ou faux et corrige les phrases lorsqu elles sont fausses : a. Le sol d une forêt ne comporte que très peu d animaux.... b. Les bactéries ont comme rôle de ramollir les feuilles mortes fraîchement tombées.... c. Les vers de terre mangent les feuilles mortes... d. C est le changement de température, à l arrivée de l automne, qui fait disparaître les feuilles mortes... e. Les feuilles mortes ne peuvent pas être perforées par les animaux du sol. Un demi point par mention de VRAI ou FAUX pour chaque réponse et un autre demi point pour chaque justification correcte. / 5 pts 31